基于潤滑磨損多參數(shù)的油液在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

朱慶成，黃登超，黃向勇，劉 信，劉啟峰，楊偉明，楊 旭

（1.廣東粵港供水有限公司，廣東深圳 518021；2.廣州機(jī)械科學(xué)研究院有限公司，廣東廣州 510535）

0 引言

油液被稱為是機(jī)械設(shè)備的“血液”，作用主要包括密封、潤滑、冷卻、抗磨和防腐[1]。在機(jī)械運(yùn)行期間，油液中的污染物通常包括水分、磨損顆粒以及添加劑等，在一定程度上這些污染物影響著機(jī)械設(shè)備的使用狀態(tài)。同時，潤滑油在使用過程中會攜帶豐富的來自機(jī)械設(shè)備運(yùn)動副表面的摩擦學(xué)狀態(tài)信息[2]，機(jī)械的磨損產(chǎn)物，對設(shè)備磨損狀態(tài)，具有重要評價作用?，F(xiàn)場工程師在分析油液指標(biāo)的過程中，可以診斷出一些故障信息，對設(shè)備進(jìn)行提早維修，大型故障的發(fā)生率可大大降低，延長油品與機(jī)械的使用壽命。

相關(guān)研究表明[3]：被污染的潤滑油會影響機(jī)械設(shè)備15%～20%的工作效率，增加機(jī)械設(shè)備的故障率，減少設(shè)備使用壽命。油液智能污染監(jiān)控系統(tǒng)可以實時監(jiān)測在用油液污染情況，同時對其進(jìn)行油液自動凈化。所以，通過在線監(jiān)測油液并及時過濾凈化，對機(jī)械設(shè)備的安全運(yùn)行具有重要意義。

1 研究內(nèi)容

在機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行的狀態(tài)下，針對油液的理化參數(shù)指標(biāo)，油液在線監(jiān)測系統(tǒng)依據(jù)內(nèi)置的傳感器進(jìn)行實時監(jiān)測，通過專家診斷模塊對參數(shù)改變的趨勢來預(yù)判機(jī)械設(shè)備的實時工作狀態(tài)，甚至可以精準(zhǔn)預(yù)測設(shè)備的異常零件，為視情維護(hù)提供決策依據(jù)，規(guī)避較大事故發(fā)生。

同時油液自動凈化模塊主要是通過濾油機(jī)對油液進(jìn)行過濾凈化，在檢測到油液的指標(biāo)超過設(shè)置的正常值時，能夠啟動該裝置對油液進(jìn)行自動凈化，使油液能夠恢復(fù)到原有水平。因此設(shè)備智能污染控制系統(tǒng)及診斷技術(shù)研究及開發(fā)應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。

根據(jù)裝置要實現(xiàn)的兩個目標(biāo)：可在線監(jiān)測油液質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)故障，同時實現(xiàn)油液智能過濾控制。結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備潤滑系統(tǒng)和用油，初步規(guī)劃設(shè)計智能污染控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，其工作原理如圖1 所示。

圖1 智能污染控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

2 開發(fā)系統(tǒng)

潤滑磨損多參數(shù)集成在線監(jiān)測系統(tǒng)采用一體化設(shè)計方法、系統(tǒng)集成傳感器、采集模塊、控制模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、報警模塊于一體，穩(wěn)定可靠。集成式在線監(jiān)測系統(tǒng)如圖2 所示。

圖2 集成式在線監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)集成傳感器原理及作用

（1）磨損顆粒傳感器。磨損顆粒傳感器利用電磁感應(yīng)原理，傳感器元件內(nèi)有3 個內(nèi)部線圈，2 個外部線圈反向繞制。

（2）水分傳感器。傳統(tǒng)介電常數(shù)測量存在缺陷，所以應(yīng)用創(chuàng)新的薄膜電容探測技術(shù)，在修正過程中引入溫度補(bǔ)償算法。測試指標(biāo)參數(shù)為水活性，單位是aw。

（3）污染顆粒計數(shù)傳感器。對于油液的污染程度，一般監(jiān)測的指標(biāo)是污染度與機(jī)械雜質(zhì)，通過光纖探測與激光技術(shù)，實時反映油液的狀態(tài)。

（4）黏度傳感器。黏度是一個重要的物理參數(shù)指標(biāo)，用于評估流體抵抗流動能力。機(jī)械設(shè)備中的在用油液會根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)而改變，時間、溫度、污染程度都是重要的影響因素；甚至錯誤加入不同牌號的油品同樣會引起黏度的改變。作為判斷油膜生成情況的重要參數(shù)，現(xiàn)場需要引入監(jiān)測黏度變化的傳感器。

2.2 數(shù)據(jù)釆集板塊

該板塊主要功能包括數(shù)據(jù)信息的采集處理、儲存方式、顯示通信以及分析診斷。通過傳感器可以采集現(xiàn)場實時油液狀態(tài)，釆集的原始信號經(jīng)過算法處理，轉(zhuǎn)換成特征值數(shù)據(jù)，在界面上直觀呈現(xiàn)油液信息，隨后數(shù)據(jù)信號處理與分析會錄入到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，并整合到故障診斷功能模塊，用于故障診斷分析。

2.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理模塊

數(shù)據(jù)庫模塊主要用來實現(xiàn)對該在線監(jiān)測系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)進(jìn)行操作、管理、維護(hù)、存儲、查詢以及某些界限值的改動，這些數(shù)據(jù)包括監(jiān)測裝置所釆集的各種特征參數(shù)信號值、診斷知識庫等[4]。根據(jù)實際安裝情況，數(shù)據(jù)庫可以分為兩部分：①對數(shù)據(jù)采取釆集設(shè)置、數(shù)字濾波、特征值判據(jù)等方法，將油液指標(biāo)參數(shù)儲存在數(shù)據(jù)庫，讀取參數(shù)可以在系統(tǒng)初始化期間；②設(shè)備處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時，按照一定規(guī)則儲存相關(guān)特征參數(shù)，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時自動將原始數(shù)據(jù)和特征參數(shù)進(jìn)行儲存。

3 實際應(yīng)用

3.1 安裝

智能污染監(jiān)控系統(tǒng)安裝在水泵上導(dǎo)/下導(dǎo)油槽，兩臺設(shè)備平行于原有油箱。水泵上導(dǎo)/下導(dǎo)油槽智能污染監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備安裝位置如圖3 所示。

圖3 水泵上導(dǎo)/下導(dǎo)油槽智能污染監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備

3.2 預(yù)警系統(tǒng)軟件

針對設(shè)備油液監(jiān)測的數(shù)據(jù)特點、監(jiān)測裝置硬件構(gòu)成和監(jiān)測預(yù)警需求，面向裝置集成的終端一體，定制開發(fā)油液在線監(jiān)測終端軟件系統(tǒng)，通過將終端一體機(jī)與采集模塊，實時采集油液監(jiān)測數(shù)據(jù)、并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的初步預(yù)警分析、一定時期的歷史數(shù)據(jù)監(jiān)測分析統(tǒng)計，將采集到的數(shù)據(jù)信號通過不同方式展示，該軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)實時監(jiān)測、趨勢分析、歷史報表、報警日志、參數(shù)設(shè)置等展示功能，現(xiàn)場及后臺人員可通過監(jiān)測數(shù)據(jù)趨勢、歷史報告、報警情況來對監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行檢修。軟件主要功能界面如圖4 所示。

圖4 主要功能界面

（1）實時監(jiān)測。油液監(jiān)測界面主要由3部分組成：設(shè)備監(jiān)控模塊、實時數(shù)據(jù)顯示模塊和實時曲線顯示模塊，系統(tǒng)主界面如圖4a）所示。

（2）趨勢分析。左側(cè)導(dǎo)航欄選擇趨勢分析切換到趨勢分析界面。趨勢分析包括黏度、水分、溫度、介電常數(shù)、磨損等級指標(biāo)選項的曲線查詢，油品趨勢分析如圖4b）所示：①當(dāng)日曲線：顯示當(dāng)天的數(shù)據(jù)曲線趨勢情況；②3 日曲線：顯示最近3 天的數(shù)據(jù)曲線趨勢情況；③月曲線：顯示本月的數(shù)據(jù)曲線趨勢情況。

（3）數(shù)據(jù)查詢。在數(shù)據(jù)查詢中可以查詢油液中的黏度、水分、磨損等多個參數(shù)的歷史報表數(shù)據(jù)，查詢結(jié)果將會以表格形式顯示在界面中；點擊查詢方式旁邊的按鈕完成查詢操作；當(dāng)日報表：可以查詢當(dāng)天的歷史報表；當(dāng)月報表：可以查詢當(dāng)月的歷史報表；3 月報表：可以查詢前3 個月的歷史報表；報表導(dǎo)出：將當(dāng)前查詢的結(jié)果導(dǎo)出為csv 文件，位置為/sd/report.csv 可以拔下SD卡進(jìn)行讀取，也可以使用tftp 讀取一體屏的導(dǎo)出結(jié)果。油品報表查詢?nèi)鐖D4c）所示。

數(shù)據(jù)量較大時，查詢操作可能需要一些時間，點擊查詢后需要稍做等待。除此之外，此外也可以直接將SD 卡中的數(shù)據(jù)庫復(fù)制出來，讀取數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)。

（4）報警日志。報警日志分為實時報警和歷史報警兩大部分，如果當(dāng)前有報警信息，實時報警將會實時顯示當(dāng)前系統(tǒng)指標(biāo)產(chǎn)生的報警的詳細(xì)信息。報警復(fù)位：取消報警指示燈的報警狀態(tài)。查詢所有報警：會在歷史報警欄顯示所有報警信息。報警日志界面如圖4d）所示。

（5）參數(shù)設(shè)置。報警值的設(shè)置一般由出廠調(diào)試時設(shè)置，后續(xù)不能隨意改動；泵驅(qū)動器：為驅(qū)動泵轉(zhuǎn)動的驅(qū)動器型號，在出廠前的調(diào)試中已經(jīng)設(shè)置完成，一般不能隨意改動；泵速度調(diào)節(jié)：可以手動調(diào)整泵的啟停和速度，一般用于調(diào)試試驗；報警模塊：可以手動開關(guān)報警燈，一般用于測試報警燈是否能正常工作。參數(shù)設(shè)置界面如圖4e）所示。

4 結(jié)束語

項目研究開發(fā)的“基于潤滑磨損多參數(shù)的油液在線監(jiān)測系統(tǒng)”，能夠完成對設(shè)備在用油的水分、黏度、污染度、磨損等多信息的集成檢測，可以對系統(tǒng)的油液指標(biāo)參數(shù)、狀態(tài)信息進(jìn)行展示與處理，對設(shè)備潤滑磨損狀態(tài)進(jìn)行診斷。并創(chuàng)新性的結(jié)合油液自動凈化模塊，在檢測到油液的指標(biāo)超過設(shè)置的正常值時，能夠啟動該裝置對油液進(jìn)行自動凈化，并重點解決在用油氣泡與負(fù)壓的影響。該項目的成功實踐可及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備潤滑與磨損安全故障隱患，指導(dǎo)設(shè)備的潤滑管理和視情維修，規(guī)避重大事故的產(chǎn)生，從而降低維修成本，為企業(yè)帶來客觀的經(jīng)濟(jì)效益與實際應(yīng)用價值。