智能制造技术基础 课件 3.5数字化监测诊断系统

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概述

技术进步推动设备向大型化、自动化等方向发展，性能与复杂度提高，常发生故障。传统定时巡检和事后维护方式已无法满足需求，设备状态监测和故障诊断技术能监测参数、分析状态、发现故障苗头，采取预防措施，避免损失，确保生产顺利。数字化监测诊断系统

定义

设备状态监测与故障诊断技术是一种了解和掌握设备在使用过程中的状态,判断其整体或局部是否正常,及早发现故障及其原因,并能预测故障发展趋势的技术。数字化监测诊断系统

流程设备状态监测与故障诊断技术设备状态监测故障诊断预测发展趋势数字化监测诊断系统

为了维持设备的使用及操作状态,或消除故障和缺陷等问题。

设备维护目的数字化监测诊断系统

远程维护技术通过整合设备的状态监测技术、故障诊断技术和计算机网络技术,用若干台中心计算机作为服务器,在重要关键设备上建立监测点,采集设备的状态数据,建立设备状态的网络分析中心,对地域分布广泛的大型设备进行远程的状态监测、状态征兆匹配及诊断,从而达到高效维护的目的。远程维护技术数字化监测诊断系统

远程维护范围大型设备运行状态的远程综合评价和维护设备故障的在线诊断、远程诊断和远程会诊设备研发人员与维护人员的网络论坛等数字化监测诊断系统

数字化监测诊断系统的功能需求基本功能需求1)存储设备运行数据,支持监测、诊断、预测、维护等功能。2)备份数据库，防数据丢失。3)满足人员查看设备状态需求。4)实时报警、记录设备异常。5)故障诊断，及时处理异常。6)多角度分析诊断，提供维修建议。7)融合传感器数据，支持诊断预测。8)远程维护中心,支持监测、报警、诊断、预测，提供维修建议。9)设定权限，防误操作，保安全。10)系统完整、可靠、可扩展。数字化监测诊断系统

数字化监测诊断系统的组成一个完整的数字化监测诊断系统,完成对设备的监测、诊断与维护。数据采集系统,通常称为下位机设备监测诊断系统,通常称为上位机通信网络,包括连接上位机与下位机的网络、上位机之间的网络和下位机之间的网络。数字化监测诊断系统

下位机负责现场设备直接控制及数据采集,并把数据反馈给上位机，也接收上位机命令。下位机常见的下位机有PLC、单片机、RTU和各种智能仪表等。数字化监测诊断系统的组成数字化监测诊断系统

上位机从下位机获取现场设备状态数据并分析处理，与管理级用户通信，告知用户设备状态。设备异常时，上位机警告用户维修。数据可存数据库或传至监控平台分析。上位机数字化监测诊断系统的组成上位机是指人可以直接发出指令完成操控的集中管理监控计算机,一般是PC。数字化监测诊断系统

通信网络是数字化监测诊断系统的必要部分，实现数据通信。通信网络数字化监测诊断系统的组成系统中的通信网络包括有线网络和无线网络。上位机与下位机通信取决于下位机。包括下位机之间、上位机之间及上位机与下位机之间的通信。数字化监测诊断系统

数字化监测诊断系统的核心功能数据采集与传输数据存储与分析智能诊断与远程维护数字化监测诊断系统

数据采集与传输数字化监测诊断系统的核心功能

监控生产过程需采集设备状态参数，下位机无记录功能，需上位机保存数据。下位机采集后，数据传给上位机分析处理。通信畅通是系统运行的保证。数据采集是从传感器等设备自动采集信息的过程，是监测诊断系统的核心，也是设备状态监测、故障诊断与维护的基础。数字化监测诊断系统

数字化监测诊断系统的核心功能数据存储与分析

记录设备状态数据，为监测诊断提供历史数据，上位机需准确存储下位机传输的数据。数据库用于组织和管理数据，常存储相关数据以供处理。数字化监测诊断系统

数字化监测诊断系统的核心功能数据存储与分析当采集到的设备状态数据存入数据库以后,数字化监测诊断系统就要对数据进行分析。数据分析分为:传感器系统数据分析、设备运行状态特征信息分析。数据分析的目的是把隐藏在大量毫无规律的数据中的潜在信息集中、萃取和提炼出来,找出所研究设备对象的状态和内在规律,以便采取适当的措施。数字化监测诊断系统

数字化监测诊断系统的核心功能智能诊断与远程维护

大型设备复杂，传统故障诊断技术难满足数字化监测诊断系统的要求。传统方法虽可监测与诊断，但对象复杂时，需增传感器种类数量，计算量大增，成本高、时间长。设备庞大复杂，精确数学模型难获，故障诊断规则难描述。数字化监测诊断系统

数字化监测诊断系统的核心功能智能诊断与远程维护基于知识的故障诊断方法不需要对象精确的数学模型,而且具有某些智能特性。智能故障诊断系统组成:人(尤其是领域专家)+模拟脑功能的硬件及其必要的外部设备、物理器件+支持硬件的软件。

目的：对诊断对象进行状态识别与状态预测。数字化监测诊断系统

数字化监测诊断系统的核心功能智能诊断与远程维护基于专家系统(Expert

System,

ES)的诊断技术基于知识处理的智能故障诊断技术分为三类:基于人工神经网络(Artificial

Neural

Network,ANN)的诊断技术基于模糊集理论(Fuzzy

Set

Theory,FST)的诊断技术数字化监测诊断系统

盾构机关键部件与易发生故障部位作为系统的主要监测研究对象。数字化监测诊断系统在智能制造中的应用盾构机1)刀盘系统：监测主轴承、减速箱和主电动机。2)液压系统：采用液压传动，为主要监测对象。3)电控系统：安装众多传感器和电缆线，为主要监测对象。数字化监测诊断系统

数字化监测诊断系统组成数字化监测诊断系统在智能制造中的应用盾构机各台盾构机上的机载监控系统企业内部的远程监控中心数字化监测诊断系统

数字化监测诊断系统组成数字化监测诊断系统在智能制造中的应用盾构机各台盾构机上的机载监控系统:由下至上分为7个层次:数据采集层、数据处理层、状态监测层、健康评估层、预测评估层、决策支持层和表示层。数字化监测诊断系统

数字化监测诊断系统组成数字化监测诊断系统在智能制造中的应用盾构机1)数据采集层:负责与盾构机底层物理设备进行通信,采集盾构机各零部件的实时数据,为其他层提供现场的原始数据,然后将数据存入本地数据库。各台盾构机上的机载监控系统:数字化监测诊断系统

数字化监测诊断系统组成数字化监测诊断系统在智能制造中的应用盾构机各台盾构机上的机载监控系统:2)数据处理层:获得数据采集层采集得到的原始数据,对原始数据信号进行一些预处理,如滤波降噪等,然后将数据存入本地数据库。数字化监测诊断系统

数字化监测诊断系统组成数字化监测诊断系统在智能制造中的应用盾构机各台盾构机上的机载监控系统:3)状态监测层:主要完成数据采集层、数据处理层输出数据与系统工作限定值比较的功能,实现对盾构机零部件工作状态的实时监测,在系统或零部件出现异常时发出警告,将警告记录存入本地数据库。数字化监测诊断系统

数字化监测诊断系统组成数字化监测诊断系统在智能制造中的应用盾构机各台盾构机上的机载监控系统:4)健康评估层:利用多种故障诊断方法对盾构机系统及零部件进行诊断,然后对盾构机的主要监测系统、子系统及组成部件的性能衰退进行评估,如果系统的性能处于衰退期,该层生成诊断记录,描述可能发生的故障迹象和故障,并将诊断和评估结果存入本地数据库。数字化监测诊断系统

数字化监测诊断系统组成数字化监测诊断系统在智能制造中的应用盾构机各台盾构机上的机载监控系统:5)预测评估层:主要根据以上各层提供的相关数据信息,按照一定的预测模型推断盾构机及其零部件的有效工作时间。数字化监测诊断系统

数字化监测诊断系统组成数字化监测诊断系统在智能制造中的应用盾构机各台盾构机上的机载监控系统:6)决策支持层:主要负责接收各部件健康信息,并参照数学模型和历史数据,对历史、当前及未来的盾构机工作状态进行综合考量,为维护人员提供合理、有针对性的盾构机维护计划。数字化监测诊断系统

数字化监测诊断系统组成数字化监测诊断系统在智能制造中的应用盾构机各台盾构机上的机载监控系统:7)表示层:作为与用户交互的接口,可以从其他层提取数据,主要用于