網絡技術在旋轉機械狀態監測與故障診斷中的應用

王永祥

摘 要:融合當前的網絡技術,針對廠礦企業的實際需要,對旋轉機械狀態監測與故障診斷的網絡化實現進行了研究。研制開發了一套網絡化的旋轉機械狀態監測與故障診斷系統,并對該系統進行了實驗考核。考核結果表明,該網絡化的狀態監測與故障診斷系統可以實現廠礦企業內旋轉機械的遠程監測、遠程診斷和遠程管理,充分利用專家資源,提高故障診斷率,縮短故障發生到正確決斷之間的反應時間,為廠礦企業的安全生產提供有力的幫助。

關鍵詞:網絡;旋轉機械;遠程監測;遠程診斷;遠程管理

中圖分類號:TP29 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2009)21-127-04

Application of Network Technology in Rotating Machinery Condition

Monitoring and Failure Diagnosis

WANG Yongxiang

(Technology Development Cntre of Shaanxi National Defense Science and Technology Industry,Xi′an,710061,China)

Abstract:According to the practical requirement of factories,the networking of rotating machinery condition monitoring and fault diagnosis are studied in this paper.A set of rotating machinery condition monitoring and failure diagnosis network system are developed and tested.The test experiment results show that this system can be used in the tele-monitoring,tele-diagnosis and tele-management of rotating machinery in the factories.It can make full use of expert resources and increase the rate of fault diagnosis,and shorten the response time between failure beginning and right operation,and providing a powerful help for the safety production of factories and mines.

Keywords:network;rotating machinery;tele-monitoring;tele-diagnosis;tele-management

0 引 言

網絡技術的發展日新月異,在我國的應用也越來越普及,但我國的網絡應用大多集中在經濟、教育、娛樂、咨詢和服務等領域,在工業生產中的應用幾乎是空白,而實際上,網絡技術在工業生產中大有用武之地[1,2]。

一方面,隨著社會的發展,機械加工、機械制造以及產品開發的能力大大提高,現在的廠礦企業規模越來越大,不僅僅表現在生產規模和設備體積上,還表現在廠礦企業的空間跨度增大,即企業的生產設備可能分布很廣,甚至是跨地區的大型集團化生產,尤其是在石油、礦山開采等行業,生產設備分布分散,不宜管理。生產設備狀態監測和故障診斷無法實時進行,是現代企業生產的一大隱患。

另一方面,在實際生產中,旋轉機械的故障多種多樣、原因復雜、不易判斷,這就給技術人員提出了更高的要求。相比之下,故障診斷專家有豐富的經驗和專業知識,能及時診斷出旋轉機械的故障原因并給出解決方案。在信息化的今天,隨著網絡的出現,生產設備分散化和生產設備監測實時性、故障診斷的及時性和故障診斷專家的地域性這兩方面的矛盾都有望得到很好的解決[3-6]。

本方案就是為了實現旋轉機械狀態監測與故障診斷的網絡化而設計的。并且在設計中充分考慮了廠礦企業的實際情況,并針對現有的CAMD-6100系統功能[7],力求準確、迅速和穩定地完成異地故障診斷。

1 總體設計

在設計網絡系統時,需要考慮的主要因素有:安全問題、資源占用情況、穩定性和可移植性。 所設計的網絡化旋轉機械狀態監測與故障診斷系統結構如圖1所示。

圖1中所示的“企業網”是企業內部已有的網絡設施。圖中的現場監測控制器是一臺計算機,專門用來控制旋轉機械的現場數據采集。從圖1中可以看出,該方案分為兩大模塊:現場監測模塊和遠程監測模塊。

由圖1可見,現場監測部分采用客戶機/服務器(Client/Server)模式,即將網絡結構建立在旋轉機械測量數據的分布處理和集中管理相結合的方式上。之所以采用這種模式,是因為這種模式:

(1) 安全性好

網絡安全是網絡上每臺計算機都要面臨的重要問題,對現場控制旋轉機械數據采集的計算機來說,安全性更是至關重要。

廠礦企業的旋轉機械設備監測所遇到的安全性問題主要有:旋轉機械設備的監測控制權既不能不下放權限給用戶,又不能任意下放權限;現場監測的采集控制參數不能任意設置,而要在設備專家、故障診斷專家(譬如設備總師)的指導下根據實際情況設置;設備數據的使用權限問題;歷史數據的備份問題;黑客的惡意攻擊防范問題。

客戶機/服務器是解決這些問題的較好選擇。因為客戶機/服務器模式的原理就是將任務、功能分散,從而減輕服務器的負擔。客戶機/服務器模式將大量的數據處理工作和部分的管理功能下放到客戶機,而讓服務器專注于客戶機管理、網絡管理和任務分配等管理工作,因而可以提高網絡的管理效率。在客戶機/服務器模式中,客戶機只服務器的管理而與企業網隔離,也就是受到服務器的保護,即企業網內的用戶很難直接進入客戶機或控制客戶機,從而控制旋轉機械的現場監測。企業網內的用戶只能通過向服務器提出服務申請,然后由服務器根據用戶的身份判斷服務申請的合法性,如果非法則拒絕,如果合法則執行相應的操作,或控制客戶機(現場監測控制機),或對服務器本身執行相應的管理操作。

客戶機在采集有用數據后,可及時在本地計算機上存盤,同時上傳給服務器,服務器再在服務器硬盤中存盤,從而保證了自動對數據進行備份,提高了防止數據丟失的能力。服務器由于軟、硬件均要高于服務器,因而便于實施防黑客入侵的各種措施。

(2) 充分利用資源

現在的廠礦企業大部分已建成企業內部網,因此應盡量利用已有的網絡資源,減少重復性投資。另一方面,因為產品的不同、地域的差異、工況的相異等等原因,廠礦企業的布局差異很大,企業網也千差萬別。因此,在方案設計時,應盡量做到通用性強,易于接入已有的企業網,盡量減小對整個企業網的影響。采用客戶機/服務器模式,對不同的企業網絡環境,只需改動服務器的相關軟件部分而不必改動每臺現場監測器的軟件或是改變已有的企業網,因而便于移植,能夠充分利用資源。

2 現場監測模塊設計

2.1 結構設計

現場監測模塊結構如圖2所示,圖中虛線框內是已建成的企業網。