第14章设备状态监测与故障诊断系统.

1、第十四章 设备状态监测与故障诊断系统第十四章 设备状态监测与故障诊断系统第十四章 设备状态监测与故障诊断系统第十四章 设备状态监测与故障诊断系统一、设备在线监测与故障诊断系统的内容 设备在线监测与故障诊断系统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，以包括传感器在内的仪表设备和计算机为技术手段, 结合监测对象的特殊性，有针对地对各运行参数进行连 续监测，对设备状态做出实时评价，对故障提前预报并 做出诊断，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

2、化水平，创造了巨大的经济效 益。第十四章 设备状态监测与故障诊断系统第十四章 设备状态监测与故障诊断系统第十四章 设备状态监测与故障诊断系统二、国外旋转机械在线监测与故障诊断系统=1随着计算机技术的发展，旋转机械在线监测与故障诊断 系统在近20年来得到了日益广泛的开发与应用，世界各国竟 相开展研究工作，不断推出新产品。如美国Bently Nevada Corporation （本特利）的系列产品、Westinghouse公司的 PDS系统、IRD与ENTER公司联合开发的5911系统、 Scientific Atlanta公司的M6000系统以及日本三菱公司的 MHM系统等。其中美国开发得最早

3、，技术也最先进。=i美国Bently公司是世界上生产电涡流位移传感器最早、 最著名的公司，同时也是对转子动力学、旋转机械故障机理 开展研究最早的实验室之一，因此Bently公司的旋转机械状 态监测与故障诊断系统系列产品在世界上应用最为广泛，其 技术水平一直居于国际领先水平。（一）Bently公司产品简介1.传感器系统美国Bently公司的旋转机械状态监测与故障诊断系统常 用的传感器类型主要有以下几种。（1）7200、3300、3500系列电涡流传感器Bently公司生产、使用的电涡流传感器按延伸电缆长度 来分有5加、9加两种系统。按探头直径来分主要有：（用于中小型机组或空间较小的位置）;（常用

4、型 号，用于轴振动测量，轴位移测量）；（pWnm、 （p4mm（用于大范围的轴位移测量或小型机组的胀差测量）； （p25mm、（p35mm、（p50mm （用于大型发电机组的胀差测 量）。第十四章 设备状态监测与故障诊断系统高温型磁电式振动速度传感器（2）7200、常温、常温、3300、3500系列轴瓦温度传感器 高温型压电加速度传感器 高温型压电式内置积分电路振动速度传感器 高温型绝对振动测量传感器2.二次仪表系统Bently公司生产使用的7200、3300、3500系列保护系统, 主要如下：单通道振动监测器 单通道轴位移监测器双通道振动监测器双通道轴位移监测器多通道温度监测器轴弯曲监测器胀

5、差监测器机壳膨胀监测器转速表超速保护系统双通道速度监测器双通道矢量监测器3计算机化在线数据釆集和分析系统(l)TDM (Transient Data Manager System)瞬态数据 管理系统该系统每4s对机组巡检1次，起停机时可按转速 增量进行数据采集，停机前后的数据可以自动保存，并送 人计算机内对停机过程进行分析。系统的数据处理功能主 要有频谱分析、时域波形分析、轴心轨迹分析、轴心位置 分析、波德图分析、三维瀑布图分析、奈奎斯特图分析、 趋势分析等多种分析功能。振动趋势有20min. 24”、7天、 28天、144天等多种时间跨度趋势，并可显示或打印报警清单及各种分析图谱，其软件具有

6、远程通信及联网功能。第十四章 设备状态监测与故障诊断系统第十四章 设备状态监测与故障诊断系统第十四章 设备状态监测与故障诊断系统(2)EA软件EA称为工程师辅助软件，即早期的专家系统。该系统 在TDM软件环境下运行，利用TDM所采集到的数据，对=1机械故障进行判断，对转子不平衡；转子弯曲；径向预载 荷(包括不对中)；摩擦；轴裂纹；旋转部件松动；油膜涡 动和振荡；热弯曲；喘振等9种电动机、压缩机最频繁发生 的机械故障进行诊断。(3)Data Manager 2000 for WindowsNT(DM2000)这是1996年正式推出的最新一代数据管理系统软件， 它是Bently在计算机化的在线监测

7、和管理系统中继DDM / TDM、DDM2 / TDM2之后的第三代瞬态及动态数据管理 系统。(二)DM2000系统介绍DM2000系统可以通过Bently已有的各种通信处理箱 (CP)从二次监测仪表上釆集数据，并通过不同的通信接口 将DM2000的图形、界面及文件通过网络连接或远程通信 (使用MODEM)传送到其他计算机或远程终端。DM2000 系统配置示意图如图所示。其中：TDIX (Transient Data Interface External)DDI (Dynamic Data Interface)DDIX (Dynamic Data Interface External)TDM

8、(Transient Data Manager)DDM (Dynamic Data Manager)PDM (Process Data Manager)DM2000系统配fl!示意图DM2000提供的分析诊断功能(1) 动态分析当前值时基图同一屏幕同时显示出8个通道的瞬态数据趋势和图形 轴心轨迹/时基图频谱图(2) 趋势分析快速趋势图(最短为lOmin)可接受区域(所选矢量可以为IX和2X的单独趋势)趋势图瀑布图 轴中心平均位置图(3) 瞬态分析波德图级联图极坐标图(4) 其他数据实际机组组态图报警事件表系统文件表监测点识别第十四章设备状态监测与故障诊断系统三、国内旋转机械在线监测与故障诊断系

9、统近20年来，国内的科研单位、高等院校也研制、开发了一些旋转机械在线监测与故障诊断系统并投入现场 运行。例如郑州大学工学院(原郑州工学院)的MMDS2000系统、北京英华达公司的EN8000系统、深圳创为实的S8000系统、西北工业大学的MD3905系统、西 安交通大学的RMDS系统及重庆大学的CDMS8900系 统等。其中郑州大学的MMDS2000系统在化工行业应用 较多，西北工业大学的MD3905系统在石油化工行业应 用较多，英华达公司的EN8000系统在电力行业应用较为 广泛。第十四章 设备状态监测与故障诊断系统第十四章 设备状态监测与故障诊断系统郑州大学MMDS2000系统郑州大学工学

10、院振动工程研究所开发的MMDS2000系统是在国家“八五”重大科技攻关项目“大型旋转机械在线监测与故障诊断专系统MMDS9000系统”的基础跟踪轴心轨迹坎贝尔图分析第十四章 设备状态监测与故障诊断系统上开发研制并产业化的系统，其核心技术曾获国家科技进 步奖。因此，可以说这套系统代表目前我国旋转机械在线 监测与故障诊断技术的水平。MMDS2000系统以先进的计算机网络为核心，由数据 釆集、在线监测预报、信号分析处理、故障诊断专家系统 等五部分组成局域网，具有管理功能强、扩展方便和数据 传输速率高等特点。由于采用了网络技术，数据的共享能 力强，扩展性能好，为实现多机组监测以及与工厂管理网 对接提供

11、了条件。系统配置示意图如图所示。第十四章 设备状态监测与故障诊断系统0*0*0 qO*0机is】机组2机组3机组N严匕咨询远程滲断工作站 远桎诊曲务為远亦1圍q o ndL® Q D r!1Li <i:阿络眼务站i i a QsIr细站【j r吋站1 交換 n-1" n数据采集at '效据釆第冯 j散据采篡at系统引入的监测参数主要包括振动、位移、转速等, 同时引入了轴瓦温度、热工参数(介质出入口温度、压力、 流量等)，以弥补单纯振动分析的局限性，配合振动监测, 实现设备状态的全参数综合监测诊断，提高诊断的准确度。(-)信号分析处理系统MMDS2000的信号分

12、析处理系统可以在线和追忆两种方式，对各个机组在不同时刻、不同状态下的动态信号快 速、准确地进行各种信号分析和数据处理，绘制出有利于 观察识别机组状态的图谱，并将信号特征传递给故障诊断 专家系统，供诊断设备故障使用。系统的数据査寻是按照系统的数据管理规则进行的，数据选择与査寻是确定机组名称、数据类型、通道号、地 址、文件日期及分析方式的过程，选择是通过窗口选项， 以菜单或标准对话框形式进行的。第十四章 设备状态监测与故障诊断系统 稳态分析时基图分析 幅值谱分析 功率谱分析 自相关分析 互谱分析特征谱分析 瞬态分析波特图分析 三维频谱图矢谱分析二维矢功率谱提纯轴心轨迹 统计特性分析相位谱分析 倒频

13、谱分析特征频率列表 极坐标图分析互相关分析相干分析矢域图分析进动谱分析轴心轨迹分析二维全息谱自动跟踪分析跟踪轴心轨迹坎贝尔图分析第十四章 设备状态监测与故障诊断系统第十四章 设备状态监测与故障诊断系统（-）故障诊断专家系统功能智能故障诊断专家系统整合了丰富的故障诊断知识， 应用人工智能技术，以人工神经网络、模糊和规则推理得 出机组故障原因，并在运行过程中应用工程知识不断积累 经验，丰富知识库，提供故障发生的原因以及治理措施， 实现操作开环控制。（2）系统特点釆用人工神经网络和基于规则的专家系统有机结 合的故障诊断技术，克服了神经网络每次学习必须忘记原 有知识，需要从头开始学习的弊端，大大提高了

14、故障诊断 准确率。人工神经网络和模糊故障诊断模型结合的故障诊 断技术，解决了神经网络透明性差的问题。第十四章 设备状态监测与故障诊断系统 应用时域信号的数学特征量自动识别故障症兆,实现了计算机全自动识别，无须手动输入过多的信息，避 免了人为干预造成的影响。 以故障历史为依据的专家系统自学习功能，可以实现专冢系统的经验积累，提高诊断的正确率。 多测点信号综合应用技术，避免了仅依靠个别测点 进行故障诊断的误判、漏判。 多参数（振动信号+工艺信号）综合应用技术，避免 了单一信号进行故障诊断的不足，大大提高了故障诊断的 准确率。 多台机组集中管理诊断知识库的建造技术，可以分 别将每台机组的共性知识，特

15、有知识分别构造知识库， 可共享，又有针对性。油膜振动喘振转子弯曲碰弹摩擦轴承损坏转子零件松动连续摩擦支撑零件松动轴承间隙过大电磁干扰（三）可诊断故障种类该系统具有针对多种类型机组、不同性质信号的故障 诊断知识库，基于人工神经网络、模糊诊断和规则系统结 合的专家系统原理，能在线、离线诊断以下常见故障：转子不平衡转子裂纹油膜涡动旋转失速转子损坏密封气流激振（四）网络服务站网络服务站是整套系统的支撑平台，网络服务器是整 套系统的中心数据库，采集器、监测预报站和分析诊断站 均以一个独立的工作站工作。第十四章 设备状态监测与故障诊断系统转子不对中四、巡检式在线设备状态监测与信息管理系统为了实现整个工厂效

16、益的最优化，对中型设备的管理也 已经越来越受到重视。对于诸如泵、风机这类中型设备，如果仍使用数据釆集 器进行离线巡检的方式进行管理，一方面要耗费大量的人力, 另一方面，由于对设备的巡检周期较长，运行人员和管理人 员不能及时了解设备的运行状态。在某些场合，由于环境、 位置等原因的限制，由人去巡检甚至是不可能的。因此，就 离线巡检的管理方式而言，显然无法满足这个要求。但为每 一台设备都安装在线监测与故障诊断系统显然又是不经济的, 也是没有必要的。所以要有效地对这类非关键设备进行管理, 就需要一种功能相对简单、费用相对低廉的在线巡检系统， 应用这类系统，运行人员和管理人员可以通过对振动幅值和 趋势的

17、浏览随时了解设备的运行状态。辽化DMS2000系统1.系统总体方案DMS2000机泵群监测诊断系统具有在线状态监测与故障诊断的功能，但其优势在于测点多，特别适合于机泵群状态监测ODMS 2000系统主体硬件采用美国RTD公司生产的工 业级、低功耗、高可靠性PC104产品；系统软件在RTD公司专家合作指导下由辽化设备诊断工程中心完成；振动分 析、工况诊断等软件与哈尔滨工业大学、大连理工大学等 院校合作开发。该系统示意图如图14-6所示，通过FEEI ( Fiber Distributed Data Interface)光纤信息高速公路，远程诊 断中心(RDC)与DMS2000集散监测系统和所有其

18、他在 线监测系统相连，形成一个监测诊断网络。第十四章 设备状态监测与故障诊断系统DMS2(X)0 系统第十四章 设备状态监测与故障诊断系统第十四章 设备状态监测与故障诊断系统系统可以连接不同功能的传感器群，不仅对机器运行 状态，即振动、轴位移、相位、轴承温度、转速等进行监 测，同时还可以对工艺参数如流体介质的压力、温度、流 量、防喘振限及工作点以及润滑油路、冷却水路等参数监 测，以及对往复压缩机活塞杆下示功图等进行监测。信号采集速度快，通过网络可实现远传扩展容易，可以与工厂MIS系统联网。I¥i多种报警功能的设置人工智能分析、诊断系统不仅能分析旋转机械故障， 而且可以进行工艺过程分析，提供诸如蒸汽消耗、内效率 及其他变化趋势、喘振线及工作点等。方便用户的软件，人机界面友好。可在防爆场合等苛刻条件下工作。期末复习重点内容27.第十四章 设备状态监测与故障诊断系统27.第十四章 设备状态监测与故障诊断系统2.3.5.7.8.9.10.11.傅立叶变换的定义及非周期信号频谱特点 随机信号统计特性参数中几个重要的概念 釆样过程中频率混淆的发生原因及解决办法 信号处理过程中泄漏现象发生原因及窗函数的选择依据。 常用幅域参数的定义与计算公式谱图表示方法中分贝的定义转子不平衡的故障特征转子不对中的故障特征及故障原因转子弯曲的故障特征 油膜振荡的故障特征 齿轮啮