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

（廣州機械科學研究院有限公司設備潤滑與檢測研究所，廣東廣州 511356）

0 引言

隨著機械設備朝著大型化、精密化方向發(fā)展，對設備關鍵部位健康狀態(tài)的監(jiān)測要求也越來越高，而潤滑油對于設備的重要性，相當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，來判斷設備的工況[1]。因此，油液監(jiān)測技術作為設備故障診斷預警的重要手段顯得尤為重要。目前，油液監(jiān)測技術占據(jù)整個工業(yè)市場，所采用的技術手段主要涉及潤滑劑性能分析和磨損顆粒分析兩大技術領域，監(jiān)測實施方式包括離線檢測技術和在線實時監(jiān)測技術。

油液離線檢測技術發(fā)展時間較長，從國外引進該技術到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，技術發(fā)展相對比較成熟，將采集的設備油樣進行實驗室檢測，然后評估設備的污染程度及磨損狀態(tài)，并給出指導性建立，但不能及時獲取并反饋油品信息。而在線油液監(jiān)測技術是應自動化、多功能化的大型機械設備應運而生的一種新的分析技術，對設備進行實時監(jiān)測，及時反饋油液監(jiān)測信息，后臺根據(jù)數(shù)據(jù)智能診斷分析對設備狀態(tài)進行簡單初步判斷，例如油液進水、油液受污染、設備磨損等，隨著5G 通信技術的迅猛發(fā)展，油液在線監(jiān)測技術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)測技術發(fā)展進行展望。

1 油液離線檢測技術

離線檢測技術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、理化指標分析、鐵譜分析和污染度測試等技術手段。針對一個油樣，通過離線檢測技術可以獲得上百項技術指標，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確了解設備潤滑狀態(tài)；鐵譜分析可以獲得有關摩擦副和潤滑系統(tǒng)等重要信息；對油液光譜分析不僅可以有效測定設備潤滑系統(tǒng)中油液磨損顆粒的成分和含量，也可以準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)能夠實時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、存儲、分發(fā)等功能，而不需要人工進行干預，提升數(shù)據(jù)流轉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

油液在線監(jiān)測技術是基于現(xiàn)代傳感技術的最新發(fā)展，黏度、水分、介電常數(shù)等潤滑油質和磨粒在線監(jiān)測傳感器，建立了傳感器標定和應用技術體系，以此為基礎集成開發(fā)監(jiān)測設備，開發(fā)能夠實現(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)及分析診斷的結果直觀地展現(xiàn)出來。在線監(jiān)測系統(tǒng)典型結構如圖1 所示。

圖1 在線監(jiān)測系統(tǒng)典型結構

隨著信息化和人工智能的快速發(fā)展，為基于油液的設備狀態(tài)監(jiān)測帶來了前所未有的發(fā)展機遇和根本性的技術變革，傳感器技術的快速發(fā)展，為大型設備運行狀態(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原理包括了電學、聲學及磁場理論等，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)測技術得到迅猛推廣與應用。郭毅斐等[3]表示，油液在線監(jiān)測技術在航空領域的應用中，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機故障，確保安全，對盾構機進行了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的油液在線監(jiān)測技術改造，減少意外停機產(chǎn)生的故障成本，促進盾構機更加數(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)測技術可以應用在不同行業(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%，檢測出嚴重問題的僅占5%[6]。因此，僅靠離線檢測來判斷機械設備的健康狀態(tài)，會消耗大量不必要的人力、物力和財力。而油液在線監(jiān)測技術作為新發(fā)展起來的技術，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)測技術只能獲取油液部分信息，不能準確推斷設備故障信息，這種情況下，停機檢修不僅會消耗大量不必要的資源，還會影響設備生產(chǎn)效率。

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

4 總結與展望

隨著傳感器監(jiān)測精度越來越高，通信技術迅猛發(fā)展，在線監(jiān)測技術的實時性、準確性得到進一步提升，并且離線檢測技術也朝著自動、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)測技術和離線檢測技術聯(lián)合使用，可以更加及時地獲取設備油液數(shù)據(jù)信息，使確定設備油液健康狀態(tài)時間間隔更短，準確率更高，對設備進行精準維護，能夠最大程度地降低設備故障帶來的損耗。

隨著國家對企業(yè)數(shù)字化轉型的重視，新一代信息技術與制造業(yè)融合發(fā)展成為當前工業(yè)企業(yè)主要發(fā)展趨勢，設備油液在線監(jiān)測技術將在各行業(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)字化轉型發(fā)展。