油液在線監(jiān)測與離線檢測的互補性分析

周 娜，黃宇斐，許少凡

（廣州機械科學(xué)研究院有限公司設(shè)備潤滑與檢測研究所，廣東廣州 511356）

0 引言

隨著機械設(shè)備朝著大型化、精密化方向發(fā)展，對設(shè)備關(guān)鍵部位健康狀態(tài)的監(jiān)測要求也越來越高，而潤滑油對于設(shè)備的重要性，相當(dāng)于血液對于人體的重要性，對油樣進行監(jiān)測和分析，不僅能夠獲得油品本身的信息，還能通過數(shù)據(jù)分析與診斷，來判斷設(shè)備的工況[1]。因此，油液監(jiān)測技術(shù)作為設(shè)備故障診斷預(yù)警的重要手段顯得尤為重要。目前，油液監(jiān)測技術(shù)占據(jù)整個工業(yè)市場，所采用的技術(shù)手段主要涉及潤滑劑性能分析和磨損顆粒分析兩大技術(shù)領(lǐng)域，監(jiān)測實施方式包括離線檢測技術(shù)和在線實時監(jiān)測技術(shù)。

油液離線檢測技術(shù)發(fā)展時間較長，從國外引進該技術(shù)到1963 年廣州機械院創(chuàng)立了我國最早的潤滑與密封實驗室，在國內(nèi)已經(jīng)發(fā)展60 余年，技術(shù)發(fā)展相對比較成熟，將采集的設(shè)備油樣進行實驗室檢測，然后評估設(shè)備的污染程度及磨損狀態(tài)，并給出指導(dǎo)性建立，但不能及時獲取并反饋油品信息。而在線油液監(jiān)測技術(shù)是應(yīng)自動化、多功能化的大型機械設(shè)備應(yīng)運而生的一種新的分析技術(shù)，對設(shè)備進行實時監(jiān)測，及時反饋油液監(jiān)測信息，后臺根據(jù)數(shù)據(jù)智能診斷分析對設(shè)備狀態(tài)進行簡單初步判斷，例如油液進水、油液受污染、設(shè)備磨損等，隨著5G 通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，油液在線監(jiān)測技術(shù)反饋信息將會更加及時。

本文對油液在線監(jiān)測和油液離線檢測發(fā)展現(xiàn)狀及其互補性進行討論，并對未來油液監(jiān)測技術(shù)發(fā)展進行展望。

1 油液離線檢測技術(shù)

離線檢測技術(shù)中針對潤滑劑性能和磨損顆粒的分析，主要有原子光譜分析（發(fā)射光譜、X—熒光能譜、吸收光譜等）、紅外光譜分析、理化指標(biāo)分析、鐵譜分析和污染度測試等技術(shù)手段。針對一個油樣，通過離線檢測技術(shù)可以獲得上百項技術(shù)指標(biāo)，油液檢測部分監(jiān)測信息組成見表1。對油液理化性能分析可以準(zhǔn)確了解設(shè)備潤滑狀態(tài)；鐵譜分析可以獲得有關(guān)摩擦副和潤滑系統(tǒng)等重要信息；對油液光譜分析不僅可以有效測定設(shè)備潤滑系統(tǒng)中油液磨損顆粒的成分和含量，也可以準(zhǔn)確檢測油液中添加劑情況、油液污染程度和衰變過程。因此，離線檢測可以多方位判斷機械設(shè)備運行狀況及趨勢。

表1 油液監(jiān)測信息組成

傳統(tǒng)的離線檢測數(shù)據(jù)采集多采用手動方式進行，需要大量人工參與，由于人工精度的局限性，數(shù)據(jù)采集過程中必然會出現(xiàn)錯漏，并且往往難以排查。目前離線檢測實驗室多采用數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r連接油液檢測分析儀器，監(jiān)測儀器工作狀態(tài)，采集檢測數(shù)據(jù)并實現(xiàn)全自動化加工、流轉(zhuǎn)、存儲、分發(fā)等功能，而不需要人工進行干預(yù)，提升數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)效率的同時最大限度減少了出錯問題，同時也大幅度減少了油樣診斷分析時間。

2 油液在線監(jiān)測技術(shù)

油液在線監(jiān)測技術(shù)是基于現(xiàn)代傳感技術(shù)的最新發(fā)展，黏度、水分、介電常數(shù)等潤滑油質(zhì)和磨粒在線監(jiān)測傳感器，建立了傳感器標(biāo)定和應(yīng)用技術(shù)體系，以此為基礎(chǔ)集成開發(fā)監(jiān)測設(shè)備，開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)遠程采集、傳輸?shù)男畔⑾到y(tǒng)。

在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由下位機模塊、通信模塊、上位機模塊等組成：①下位機模塊主要由多參數(shù)在線油液集成監(jiān)測裝置、控制板系統(tǒng)組成，實現(xiàn)設(shè)備油液潤滑與磨損狀態(tài)數(shù)據(jù)的實時、持續(xù)采集；②通信模塊包括控制模塊，完成在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸；③上位機模塊主要由工控機、顯示器組成，工控機對采集到的數(shù)據(jù)進行實時分析，通過顯示器將監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析診斷的結(jié)果直觀地展現(xiàn)出來。在線監(jiān)測系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 在線監(jiān)測系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)

隨著信息化和人工智能的快速發(fā)展，為基于油液的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測帶來了前所未有的發(fā)展機遇和根本性的技術(shù)變革，傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，為大型設(shè)備運行狀態(tài)的實時在線監(jiān)測創(chuàng)造了條件[2]。目前，工業(yè)中使用較多的傳感器包括磨損顆粒監(jiān)測傳感器、油液污染度監(jiān)測傳感器、油液黏度傳感器、水分監(jiān)測傳感器等。

不同類型傳感器監(jiān)測功能不同，同一類型傳感器包括不同工作原理，其監(jiān)測性能也有所不同。例如，磨損顆粒傳感器的技術(shù)原理包括了電學(xué)、聲學(xué)及磁場理論等，可分為吸附式金屬磨損傳感器、磁感式磨損傳感器和超聲磨粒傳感器三大類，產(chǎn)品包括英國Gill 吸附式金屬磨損傳感器、賀德克MCS1000 金屬污染傳感器、加拿大Gastops 金屬磨損監(jiān)測傳感器、POSEIDON DM4600 金屬磨粒傳感器、KEYENCE 超聲波傳感器、赤峰華源新力磨損傳感器、北京航峰DC 系列磨損傳感器等。

通常在線監(jiān)測儀根據(jù)安裝現(xiàn)場實際情況及客戶需要進行集成使用，其自身的優(yōu)越性促使在線監(jiān)測技術(shù)得到迅猛推廣與應(yīng)用。郭毅斐等[3]表示，油液在線監(jiān)測技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用中，對液壓油、潤滑油和燃料油可以實時、動態(tài)、連續(xù)獲取油液信息，消除人為取樣誤差，克服離線檢測的缺點。中鐵十四局集團為避免盾構(gòu)機故障，確保安全，對盾構(gòu)機進行了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的油液在線監(jiān)測技術(shù)改造，減少意外停機產(chǎn)生的故障成本，促進盾構(gòu)機更加數(shù)字化、智能化地管理[4]。孟曉亮[5]表示，做好大型養(yǎng)路機械液壓油污染度的在線監(jiān)測工作，對于維持大型設(shè)備液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性有重要意義。由此可見，油液在線監(jiān)測技術(shù)可以應(yīng)用在不同行業(yè)，并帶來可觀的效果。

3 在線監(jiān)測和離線檢測在實際應(yīng)用中的互補性

據(jù)統(tǒng)計，對于定期送檢的油樣進行離線檢測，分析結(jié)果沒有出現(xiàn)異常值的占50%，油品開始被污染或出現(xiàn)異常磨損顆粒的占45%，檢測出嚴(yán)重問題的僅占5%[6]。因此，僅靠離線檢測來判斷機械設(shè)備的健康狀態(tài)，會消耗大量不必要的人力、物力和財力。而油液在線監(jiān)測技術(shù)作為新發(fā)展起來的技術(shù)，獲得迅猛發(fā)展，但是由于傳感器靈敏度過高和工業(yè)現(xiàn)場的實際誤差，使在線監(jiān)測系統(tǒng)在設(shè)備健康正常運行的情況下觸發(fā)異常報警，而且僅靠在線監(jiān)測技術(shù)只能獲取油液部分信息，不能準(zhǔn)確推斷設(shè)備故障信息，這種情況下，停機檢修不僅會消耗大量不必要的資源，還會影響設(shè)備生產(chǎn)效率。

針對離線檢測技術(shù)和在線監(jiān)測技術(shù)各自的優(yōu)缺點，選擇合適的在線監(jiān)測儀對機械設(shè)備進行實時監(jiān)測，當(dāng)在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警通知，先對預(yù)警信息進行判斷，若系統(tǒng)監(jiān)測到的預(yù)警信息值很快或一段時間內(nèi)恢復(fù)到正常閾值，設(shè)備依舊保持正常運行狀態(tài)，此時，采集對應(yīng)設(shè)備關(guān)鍵部位油樣進行離線檢測，獲取準(zhǔn)確的油液監(jiān)測信息，診斷設(shè)備油液各項指標(biāo)在現(xiàn)場環(huán)境下是否正常，判斷設(shè)備關(guān)鍵部件是否需要提前維護。若系統(tǒng)監(jiān)測到的預(yù)警信息值持續(xù)在異常范圍內(nèi)波動，此時機械設(shè)備需要停機檢修，及時采集對應(yīng)設(shè)備關(guān)鍵部位油樣進行離線檢測，確定油液指標(biāo)異常的主要原因，以便針對性地進行維修。

4 總結(jié)與展望

隨著傳感器監(jiān)測精度越來越高，通信技術(shù)迅猛發(fā)展，在線監(jiān)測技術(shù)的實時性、準(zhǔn)確性得到進一步提升，并且離線檢測技術(shù)也朝著自動、精密方向發(fā)展，通過采集到的油液可以獲得更加豐富的數(shù)據(jù)信息。因此，在線監(jiān)測技術(shù)和離線檢測技術(shù)聯(lián)合使用，可以更加及時地獲取設(shè)備油液數(shù)據(jù)信息，使確定設(shè)備油液健康狀態(tài)時間間隔更短，準(zhǔn)確率更高，對設(shè)備進行精準(zhǔn)維護，能夠最大程度地降低設(shè)備故障帶來的損耗。

隨著國家對企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重視，新一代信息技術(shù)與制造業(yè)融合發(fā)展成為當(dāng)前工業(yè)企業(yè)主要發(fā)展趨勢，設(shè)備油液在線監(jiān)測技術(shù)將在各行業(yè)大力推廣實施，而在線監(jiān)測儀采集到的數(shù)據(jù)和離線檢測獲取的數(shù)據(jù)又為機械設(shè)備遠程監(jiān)測與智能運維提供數(shù)據(jù)支撐，不斷推動工業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展。