chap7-故障诊断新技术和状态监测

2023/2/4工业装备故障诊断技术1故障诊断新技术基于近场声全息的结构故障振动技术

04二月20232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04二月20233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NAHHELS方法（Helmholtz方程最小平方误差）波叠加方法（WaveSuperposition）波束形成（Beamforming）04二月20234可视化声源定位实例SurfacevelocityofthediscbrakeassemblyMicrophonearrayalignedagainstadiscbrakeassembly04二月20235可视化声源定位实例IntensityplotshowingtransmissionpathsthroughacardoorMicrophonearrayalignedagainstacardoor04二月20236可视化声源定位实例汽车发动机电机04二月202376300HzR

5cm3150HzR

10cm4000HzR

8cm5000HzR

6cm汽车发动机声场图近场声全息需要约3300个测点，才能识别这样的高频2023/2/4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

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。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。

2023/2/4工业装备故障诊断技术9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，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。2023/2/4工业装备故障诊断技术10计算机辅助状态监测与故障诊断振动信号PC总线PC总线PC总线转速信号

温度

压力等振动信号同步采集转度采集定时触发非振动信号智能采集卡IPC工业计算机数据采集实时监控系统

网络光隔电流环PC计算机在线故障诊断系统机组2023/2/4工业装备故障诊断技术11计算机辅助状态监测与故障诊断2023/2/4工业装备故障诊断技术12计算机辅助状态监测与故障诊断04二月202313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04二月202314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-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04二月202315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)04二月202316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04二月202317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04二月202318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04二月202319集散式结构利用多台计算机来联合实施监测与诊断，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04二月202320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04二月202321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04二月202322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04二月202323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04二月202324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04二月202325远程故障诊断系统的模型04二月202326远程故障诊断系统的基本要求无成本客户端：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04二月202327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04二月202328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04二月202329远程在线监测与诊断系统示例VSN-NetMDS现场监测站DBServerWebServer分析工作站企业监测中心现场监测站DBServerWebServer企业监测中心DBServerWebServer远程诊断中心Internet诊断计算工作站计算工作站分析工作站计算工作站领域专家领域专家ADSLModemISDNISDNCERNETVXI系统主控机VXI系统主控机防火墙防火墙防火墙远程诊断中心企业监测中心现场监测站04二月202330示例：VSN-NetMDS系统结构框图04二月202331示例：VSNsNetEMC企业监测中心状态监测系统历史数据分析故障诊断专家系统设备管理系统用户管理系统启停车过程监测用户帮助系统04二月202332示例：VSNsNetDAU监测工作站硬件：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）信号完全同步采样。在内时钟控制采样模式时，系统采样频率可设定为：128kHz、51.2kHz、25.6kHz、12.8kHz、…(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04二月202333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VisualC++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、追忆数据存储和监测数据传输等功能的多个子系统04二月202334示例：VSNsNetDB网络数据库SQLServerOracle诊断知识库确诊故障库临时库历史库测点管理库用户管理库报警数据库机器简图库启停车库VSNsNetDB网络数据库04二月202335示例：监测与分析界面汇集04二月202336远程巡检(离线)系统示例04二月202337示例：PMS巡检系统功能框图04二月202338示例：图片导航式设备信息浏览

04二月202339示例：巡检计划组态04二月202340示例：监测与分析结果报表04二月202341示例：监测与分析结果04二月202342B/S模式在线监测诊断系统-总体功能04二月202343B/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04二月202344B/S模式在线监测诊断系统-分析界面04二月202345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04二月202346监测与诊断技术发展趋势监测与分析新技术的不断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04二月202347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04二月202348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,IntelligentMaintenanceSystem)

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04二月202349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的远程设备状态监测和故障诊断技术展露出无可比拟的优势相信监测与诊断技术和系统必将在监护设备的过程中，获得