故障诊断新技术状态监测

1、故障诊断新技术,基于近场声全息的结构故障振动技术,2020/4/13,工业装备故障诊断技术,1,可视化声源定位技术,?,通过重建设备辐射的噪声场以直观的动,态图像来进行噪声源的识别和定位，为,噪声控制、预测及故障诊断等提供依据,2020,年,4,月,13,日星期一,2,常用的声场可视化方法,?,近场声全息,（,NAH,）传统方法,?,基于边界元建模,（,BEM,）的,NAH,?,HELS,方法,（,Helmholtz,方程最小平方误差,?,波叠加方法,（,Wave Superposition,）,?,波束形成,（,Beamforming,）,2020,年,4,月,13,日星期一,3,）,可视化

2、声源定位实例,汽车发动机,电机,2020,年,4,月,13,日星期一,4,汽车发动机声场图,Beamforming(66),3150 Hz,R,?,10 cm,4000 Hz,R,?,8 cm,5000 Hz,R,?,6 cm,6300 Hz,R,?,5 cm,近场声全息需要约,3300,个测点，才能识别这样的高频,2020,年,4,月,13,日星期一,5,计算机辅助状态监测与故障诊断,石油、化工、冶金、能源等行业的许多大型设备，如压缩机，汽轮,机、发电机组、轧钢机、转炉、风机、水泵等都是生产线的关键设备，,这些设备一旦发生故障停机，轻者影响产量，重者会导致整个生产线、,整个装置、整个工厂停止

3、生产，甚至会造成人员伤亡事故，造成环境污,染或产生不良的社会影响。由此看来，大型关键设备的安全、稳定、长,周期、满负荷、优质运行不仅关系到企业的经济效率，而且关系到安全,和社会问题。因此，世界各国都在致力于推广设备状态监测与故障诊断,工作，一些国际知名的大公司、大企业在体会到状态监测与故障诊断工,作给企业带来的经济效益后，也自觉地投入大量资金开展这方面的工作,，这就是设备状态监测与故障诊断技术在国内外蓬勃发展的主要原因。,2020/4/13,工业装备故障诊断技术,6,计算机辅助状态监测与故障诊断,设备在线监测与故障诊断系技术以现代科学中的系统论、控制论,、可靠性理论、失效理论、信息论为理论基础

4、，以包括传感器在内的,仪器设备和计算机为技术手段，结合监测对象的特殊性，有针对性地,对各设备运行参数进行连续监测，对设备运行状态做出实时评估，对,故障提前预报并作出诊断，变故障停机为计划停机，减少停机或避免,事故扩大化，使企业对设备的维修管理从计划性维修、事故性维修逐,步过渡到以状态监测为基础的预防性维修，提高了企业设备管理现代,化水平，刨造了巨大的经济效益。,2020/4/13,工业装备故障诊断技术,7,2020/4/13,计算机辅助状态监测与故障诊断,振动信号,振动信号,PC,总线,网络,机,同步采集,IPC,工业计算机,光隔电流环,PC,计算机,转速信号,转度采集,PC,总线,组,定时触

5、发,数据采集,在线故障,诊断系统,温度,非振动信号,PC,总线,实时监控,系统,压力等,智能采集卡,工业装备故障诊断技术,8,计算机辅助状态监测与故障诊断,2020/4/13,工业装备故障诊断技术,9,2020/4/13,计算机辅助状态监测与故障诊断,工业装备故障诊断技术,10,监测与诊断系统,?,在完成状态监测与故障诊断的过程中，,通常需要依靠一定的监测与诊断工具和,手段，即需要有相应的计算机化的自动,监测与诊断装置、仪器或系统,2020,年,4,月,13,日星期一,11,监测与诊断系统前的考虑,?,建立监测与诊断系统之前应考虑如下问,题：,经济性,-,应能够尽可能地节省投资；,可靠性,-,

6、自身应具有更高的可靠性；,实用性,-,实用的功能，操作简便；,有效性,-,分析、诊断结果有效；,扩展性,-,较好的可扩展性和自开发性能。,?,一般情况下，根据经验企业用于设备状,态监测与故障诊断的投资应占其固定资,产的,1,5,。并且，随着设备复杂程,度和技术先进性的增加，此项投资的额,度还应有相应的增加,2020,年,4,月,13,日星期一,12,监测与诊断系统的分类与选用,?,离线系统,(,巡检系统,),?,在线系统,(,集中式、分布式,),?,远程系统,(C/S,结构、,B/S,结构,),设备类型,损坏后果,关键设备,完全停产,推荐选用,监测系统类型,计算机化在线系统,重要设备,大部分停

7、产,(50-100%),一般在线系统,一般设备,小部分停产或不停产,离线监测系统,至少选用,便携式测量仪器,2020,年,4,月,13,日星期一,13,离线系统,?,也称为机械故障巡检系统，通常由传感,器、便携式数据采集器和计算机软件组,成,?,采用定期巡回检测和离线分析的方式工,作,?,适合于对工厂中量大面广的中、小型机,械设备，尤其是那些尚无固定监测点的,机器进行定期的状态监测与故障诊断,(手持式),便携式,PC计算机+,传感器,数据采集器,RS-232c,监测、分析,与诊断软件,2020,年,4,月,13,日星期一,14,在线系统,?,在线监测与诊断系统具有数据采集连续、,快速、数据处理

8、实时性好、分析诊断功,能全面、丰富等特点,?,适用于具有固定监测点的大型连续运转,的关键机械设备,?,这类系统又可分为集中式单机系统、集,散式系统以及分布式系统,2020,年,4,月,13,日星期一,15,集中式结构,?,是以单一,(,微型,),计算机为主体的监测与诊,断系统,?,由计算机主控完成现场工况监测、数据,采集、信号处理与分析、故障诊断等全,部工作,?,优点：便于管理控制，具有较高的稳定,性和可靠性,;,系统具备信号处理、特征提,取、状态分类、趋势分析以及分析报告,生成、数据库管理等多方面的功能,2020,年,4,月,13,日星期一,16,集散式结构,?,利用多台计算机来联合实施监测

9、与诊断，,但这里的每台计算机彼此相互独立，基,本上没有联系，其实质是集中式结构的,简单迭加,?,通过,RS232,或,RS422,串行通讯方式把一台,主控计算机与若干台从属计算机联接起,来协同工作的主从式结构。其中，从属,计算机,(,或称辅助计算机,),分别独立地完成,现场数据采集与状态监测并共享主机，,而主机则负责完成分析与诊断功能并始,终肩负对从属机进行管理和控制的任务,2020,年,4,月,13,日星期一,17,分布式结构,-,远程系统的雏形,?,针对地域分布较广的多台机器设备，通过计,算机网络把分布于各局部现场、独立完成特,定功能的本地计算机互联接起来，并在一台,主控计算机的控制下，构

10、成分级管理模式，,最终达到资源共享、协同工作、分散监测与,集中管理、诊断的目的,主计算,机,主计算,机,网 络,辅 助 计 算 机,辅 助 计 算 机,辅 助 计 算 机,辅 助 计 算 机,辅 助 计 算 机,网络,网络,网络,网 络,(a),(b),2020,年,4,月,13,日星期一,18,分布式结构,-,远程系统的雏形,?,分布式结构具有资源分散、结构模块性、工作,并行性、协作自治性、系统透明性等优点。此,外：,?,分散数据采集，集中状态监测、诊断和管理,?,可靠性高,各现场工作站均能够独立完成分布式处理，各节点具有相,对独立性，当某一节点发生问题时，并不影响其它节点的正常工作,?,可

11、护展性和灵活性好,由于采用了网络化结构，系统能在适应,新技术的发展过程中，方便地将落后设备从网上卸下、将更新设备挂到,网上,?,功能强,系统支持多用户、多任务，可承担较多的工作负荷,?,成本低,网络接口集成度高，网络基础设施可与生产管理控制系统、,MIS,系统等共享，系统的整体性能价格比高,2020,年,4,月,13,日星期一,19,远程故障诊断的基本概念,?,基于,Internet/Intranet,的远程故障诊断是设备,诊断技术与通信技术、网络技术、计算机技,术以及控制技术相结合的产物,?,远程诊断跨越了企业与研究机构、企业与企,业在时间和空间上的距离,学术界可以利用网上诊断服务器开设技术

12、知识讲,座，对企业技术人员进行辅导和技术培训，同时,发表有关的最新研究成果,企业界则可以利用监测服务器为研究机构提供宝,贵的现场数据，向研究机构或其它企业提出咨询,2020,年,4,月,13,日星期一,20,远程故障诊断的基本概念,?,远程诊断系统能够方便地实现企业内部、,行业内部、甚至更大范围的诊断数据和,知识的共享，能够有效地组织异地专家,会诊等,?,远程诊断系统还是一个集咨询、培训、,讨论、数据交换等于一体的全方位的信,息交流系统,这样既解决了生产企业技术力量不足和技术,水平提高的问题,又有利于研究机构更准确、更有效的获得设,备运行的第一手资料，充实理论和技术研究,2020,年,4,月,

13、13,日星期一,21,远程故障诊断系统的结构,?,一个完整的远程故障诊断系统通常应当,包括三个主要子系统,远程诊断中心：在高性能,WEB,服务器和数据,库服务器的支撑下担负整个系统的控制协调,任务,企业监测分析中心,(,初级诊断中心,),：主要负,责企业内部的监测、分析和诊断，以及设备,管理工作，同时负责对下属监测工作站的控,制及管理,现场监测工作站：由网络化的高性能再线数,据采集器或便携式数据采集器所构成，主要,负责数据采集、预处理以及报警监控等工作,2020,年,4,月,13,日星期一,22,远程故障诊断系统的模型,防火墙,数据库,Hub,防火墙,企业监测中心,打印机,数据库,Intern

14、et,Hub,远程诊断中心,数据库,Hub,现场工作站,Hub,数据库,HUB/MAU,NIC,HUB/MAU,NIC,HUB/MAU,NIC,% UTILIZA,TIO,TAB,BNC,4Mb/s,PRINT,HELP,AL,HA,SHIFT,BNC,4Mb,ENTER,RUN,%,UTILIZA,TION,TAB,PRINT,HELP,ALP,HA,SHIFT,BNC,4Mb/s,ENTER,RUN,% UTILIZA,TIO,TAB,PRINT,HELP,ALP,HA,SHIFT,ENTER,RUN,W,W,W,2020,年,4,月,13,日星期一,23,远程故障诊断系统的基本要求,?,

15、无成本客户端,：客户端软件应当是一般,用户桌面系统都具有的浏览器,?,廉价的系统维护,：系统功能可以由用户,添加组件进行扩展；系统性能可以通过,远程升级组件获得提高,?,低廉的网络投资,：用户可以充分利用企,业内部已建立的,Intranet,，进行整个系统,的构建,?,低廉的监测和诊断费用,：各种,(,关键,),设备,可以共享同一套系统,2020,年,4,月,13,日星期一,24,远程故障诊断系统的基本要求,?,知识共享,：对于地域分布的大型企业集,团，允许在一个地区获取诊断知识，然,后通过中心知识库，让整个企业共享相,同或相近知识,?,专家共享,：能够通过网络汇集同行专家,完成数据分析和故障

16、原因会诊及评价,?,协作诊断,：不同地区的诊断系统和专家,可以在远程诊断中心的协调下组成一个,大的诊断网络，通过对不同来源的诊断,结果进行融合的形式，最终给出协作诊,断的结论,2020,年,4,月,13,日星期一,25,远程故障诊断系统的体系结构,?,三层,B/S,结构体系,表示层,(,应用层,),逻辑层,数据层,?,工作模式,Web,服务器,/IIS 4.0,服务器组件,HTML,JavaScript/VBScript,ActiveX/Java Applet,ASP,Internet,JavaScript,/VBScript,基于浏览器的客户工作站,数据库,2020,年,4,月,13,日星期

17、一,26,远程在线监测与诊断系统示例,?,VSN-NetMDS,现场监测站,“,十五”国家科技攻关计划重点项目支持,企业监测中心,DB,Web Server,Server,ISDN,防火墙,ADSL,领域专家,VXI,系统,主控机,分析工作站,计算工作站,Internet,Modem,领域专家,现场监测站,现场监测站,企业监测中心,企业监测中心,DB,Web Server,Server,ISDN,CERNET,远程诊断中心,远程诊断中心,Web Server,DB,Server,防火墙,防火墙,VXI,系统,主控机,分析工作站,计算工作站,诊断计算工作站,2020,年,4,月,13,日星期一,

18、27,示例：,VSN-NetMDS,系统结构框图,基于,VXI,总线的数据采集系统,用户管理系统,VSNsNetDAU,UMS,状态监测系统,企业监测中心,CMS,VSNsNetEMC,故障诊断系统,基于网络的远程监测,FDS,与故障诊断系统,VSN-NetMDS,设备管理系统,数据库,EMS,VSNsNetDB,用户管理系统,UMS,远程诊断中心,远程分析系统,VSNsNetRDC,RAS,组件库系统,CLS,2020,年,4,月,13,日星期一,28,示例：,VSNsNetEMC,企业监测中心,状态监测系统,故障诊断专家系统,历史数据分析,设备管理系统,启停车过程监测,用户帮助系统,用户管

19、理系统,2020,年,4,月,13,日星期一,29,示例：,VSNsNetDAU,监测工作站,转,速,倍频器,采样脉冲序列,“,十五”国家科技攻关计划重点项目支持,A/D,数字抗混,滤波器,主控计算机,SCSI,硬盘,RAM,DSP,处理板,100M,网络,数据库服务器,抗混滤波器,DSP预处理器,JV53112,慢变,信号,适配器,JV53413,?,硬件：基于,VXI,总线,、并受,DSP,处理器,支撑的多通道并行数,据采集与预处理装置；可实现振动信号,8Ch,至,64Ch,的灵活组,织，慢变,（温度、压力、流量）,信号,1Ch,至,24Ch,自由组态,?,快变,（振动）,信号,完全同步采

20、样,。在,内时钟控制采样模式,时，,系统采样频率可设定为：,128 kHz,、,51.2 kHz,、,25.6 kHz,、,12.8 kHz,、, (,按,1:2:5,分频,),；在,倍频器控制采样模式,下，系,统采样频率等于倍频器所提供的采样脉冲的频率,2020,年,4,月,13,日星期一,30,V,X,I,总,线,振,动,信,号,示例：,VSNsNetDAU,监测工作站,?,软件：基于,NI,公司的,LabWindows/CVI,、,VISA,开发环境、,Microsoft,公司的,Visual C+,和,DSP,过程支持开发环境完成的,具有管理控制、参数设置、预处理、特征提取、报警处理、

21、,追忆数据存储和监测数据传输等功能的多个子系统,2020,年,4,月,13,日星期一,31,示例：,VSNsNetDB,网络数据库,?,SQL Server,VSNsNetDB,网络数据库,?,Oracle,用户管理库,报警数据库,临时库,启停车库,测点管理库,诊断知识库,2020,年,4,月,13,日星期一,确诊故障库,历史库,机器简图库,32,示例：监测与分析界面汇集,2020,年,4,月,13,日星期一,33,远程巡检,(,离线,),系统示例,防火墙,打印机,数据库,数据库,监测分析工作站,HY-106,数采器,Hub,企业监测,诊断中心,防火墙,Internet,或,Intranet,

22、数据库,防火墙,监测分析工作站,HY-106,数采器,2020,年,4,月,13,日星期一,34,示例：,PMS,巡检系统功能框图,PMS设备巡检系统,用,户,管,理,设,备,管,理,数,据,采,集,数,据,分,析,数,据,库,管,理,结,果,报,告,用,户,信,息,管,理,用,户,系,统,设,置,设,备,信,息,浏,览,设,备,基,本,信,息,巡,检,计,划,组,态,巡,检,计,划,下,载,波,形,分,析,频,谱,分,析,差,谱,分,析,临,时,数,据,转,移,数,据,删,除,机,器,监,测,报,表,最,新,巡,检,报,表,报,警,记,录,报,表,测,点,参,数,设,置,机,器,简,图,设,

23、计,用,户,信,息,设,置,巡,检,数,据,回,收,窄,带,包,络,生,成,趋,势,分,析,瀑,布,图,显,示,参,数,测,点,报,表,设,备,报,表,波,形,频,谱,报,表,巡,检,数,据,报,表,2020,年,4,月,13,日星期一,35,示例：图片导航式设备信息浏览,2020,年,4,月,13,日星期一,36,示例：巡检计划组态,2020,年,4,月,13,日星期一,37,示例：监测与分析结果报表,2020,年,4,月,13,日星期一,38,示例：监测与分析结果,2020,年,4,月,13,日星期一,39,B/S,模式在线监测诊断系统,-,总体功能,2020,年,4,月,13,日星期一,

24、40,B/S,模式在线监测诊断系统,-,监测界面,波,形,监,测,频,谱,监,测,波,形,频,谱,监,测,2020,年,4,月,13,日星期一,41,B/S,模式在线监测诊断系统,-,分析界面,2020,年,4,月,13,日星期一,42,监测与诊断技术发展趋势,?,离线系统与在线系统相互交融，最终形,成基于,Internet/Intranet,的一体化远程监测,与诊断系统，其中：,分析方法和算法等共享,数据库、知识库共享,设备管理机制共享,在线系统负责关键机组设备,巡检系统面向尚无固定测点的中小设备,2020,年,4,月,13,日星期一,43,监测与诊断技术发展趋势,?,监测与分析新技术的不断

25、引入,?,硬件方面,功能强化,便携式数采增加整周期采样、双,通道,可靠性提高,在线系统采用,VXI,或,PXI,总线,性能提高,高速多通道并行，,DSP,器件,?,软件方面,功能更加丰富完善、准确有效,现代信号处理技术成果实用化,分布式计算技术运用,2020,年,4,月,13,日星期一,44,监测与诊断技术发展趋势,?,系统中故障诊断功能完善,故障分析指导系统：针对有关的机械设备及,参数，给出若干可能故障的说明和分析依据，,最后由操作者或分析人员来确定结论,故障诊断辅助系统：在给出分析处理结果和,故障特征提示的情况下，利用人机结合的方,式进行故障分析与判断,故障诊断专家系统：利用知识库和推理机

26、由,计算机自主（配合一定的人机交互）完成故,障分析与诊断，并提出相应的处理措施,2020,年,4,月,13,日星期一,45,监测与诊断技术发展趋势,?,设备管理功能占重要地位,?,开发智能维护系统,(IMS,Intelligent,Maintenance System,),IMS,是指采用性能衰退分析和预测分析方法，,结合信息电子技术,(,包括：互联网、非接触,式通讯技术、嵌入式智能电子技术,),，使设,备达到近乎零故障的性能的一种新型维护系,统,该系统将企业的设备管理、备品备件管理、,以及设备信息化管理等融为一体,2020,年,4,月,13,日星期一,46,结束语,?,机械设备状态监测和故障诊断技术在保,障石化、冶金、钢铁和电力等流程工业,中的机械设备安全、可靠和高效运行方,面起到了重要的作用，近年来一直是一,个重要的研究方向,?,伴随着信息时代的到来，基于,Internet/,Intranet,的远程设