分析思考船舶發(fā)電機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)

紀(jì)以泗

（舟山市五洲船廠，浙江 舟山316000）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高， 船舶發(fā)電機(jī)組設(shè)備越來(lái)越大型化、精密化、集成化與高速化，設(shè)備本身結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，功能越來(lái)越多，工作負(fù)荷越來(lái)越強(qiáng)，需要很長(zhǎng)的工作時(shí)間，進(jìn)而增加了發(fā)電機(jī)故障發(fā)生的可能性。為此，一定要加強(qiáng)對(duì)智能故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行分析，保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，充分發(fā)揮其作用，進(jìn)而確保發(fā)電機(jī)可以正常工作，避免出現(xiàn)設(shè)備故障，進(jìn)一步保證船舶的正常運(yùn)行。

1 船舶發(fā)電機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 硬件設(shè)計(jì)

船舶發(fā)電機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)硬件設(shè)備主要包括：傳感器、以太網(wǎng)、CAN 總線、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、控制計(jì)算機(jī)、船舶發(fā)電機(jī)等。 傳感器主要就是對(duì)船舶發(fā)電機(jī)信號(hào)進(jìn)行采集， 之后通過(guò)CAN 總線和以太網(wǎng)將這些信號(hào)傳輸至控制計(jì)算機(jī)上，進(jìn)行相應(yīng)的分析與處理，得到故障結(jié)果。 船舶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 船舶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 軟件設(shè)計(jì)

1.2.1 信號(hào)采集

利用傳感器檢測(cè)出體現(xiàn)船舶發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的物理量，將其轉(zhuǎn)變成適合的電信號(hào)，并且進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理，避免干擾，之后予以A/D 轉(zhuǎn)換。發(fā)電機(jī)傳感器的子系統(tǒng)作為發(fā)電機(jī)故障監(jiān)測(cè)與診斷的重要信息來(lái)源，采集的信息主要包括運(yùn)行參數(shù)、動(dòng)態(tài)參數(shù)、靜態(tài)參數(shù)等。

1.2.2 信號(hào)分析及處理

信號(hào)分析及處理指的就是對(duì)收集的信號(hào)予以特征數(shù)據(jù)的分析，并且提取有用的特征數(shù)據(jù)，比如，頻譜分析、提取特征值、抑制干擾，為故障診斷提供可靠數(shù)據(jù)。 在完成數(shù)據(jù)采集之后，將其傳遞至機(jī)艙的控制計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，展開(kāi)相應(yīng)的分析與處理。針對(duì)船舶發(fā)電機(jī)而言，因?yàn)閿?shù)據(jù)處理單元和現(xiàn)場(chǎng)有著一定的距離， 主要就是利用CAN 總線與以太網(wǎng)展開(kāi)數(shù)據(jù)傳輸。

1.2.3 診斷單元

對(duì)于處理之后的數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)、規(guī)程、故障判定數(shù)據(jù)等展開(kāi)一定的分析與比較，進(jìn)而判斷船舶發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)與故障部位，為下一步維修工作提供可靠依據(jù)。 在對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行故障診斷的時(shí)候，除了需要具備診斷策略之外，還要對(duì)故障機(jī)理展開(kāi)一定的深入研究。 現(xiàn)階段，研究發(fā)電機(jī)故障機(jī)理的方式主要包括現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)仿真、實(shí)驗(yàn)室模擬。其診斷策略主要指的就是怎樣根據(jù)檢測(cè)到的故障數(shù)據(jù)對(duì)船舶發(fā)電機(jī)故障進(jìn)行診斷的方式。

2 船舶發(fā)電機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)

2.1 VC++語(yǔ)言及MATLAB 結(jié)構(gòu)交互

VC++語(yǔ)言是面向?qū)ο蟾拍畹囊环N新的設(shè)計(jì)語(yǔ)言， 其設(shè)計(jì)更加符合程序人員軟件研發(fā)的思維習(xí)慣，其構(gòu)成也比較適合進(jìn)行軟件移植與維護(hù)，通過(guò)VC++語(yǔ)言的運(yùn)用可以促進(jìn)軟件工程質(zhì)量的提高。

MATLAB 是一個(gè)功能比較完善的數(shù)據(jù)處理集成環(huán)境與自包容程序設(shè)計(jì)，在數(shù)據(jù)處理、控制系統(tǒng)、科學(xué)運(yùn)算、系統(tǒng)分析等領(lǐng)域中運(yùn)用MATLAB 具有很好的優(yōu)勢(shì)。 在運(yùn)用MATLAB 的時(shí)候，可以直接發(fā)揮其功能，利用其內(nèi)置函數(shù)與工具箱，不需要借用外界幫助，就可以完成相應(yīng)的工作。 在此環(huán)境中，只需要很好的程序就可以完成非常復(fù)雜的工作，具有易學(xué)易用、可讀性、編程效率高、可移植性等特點(diǎn)，針對(duì)編程而言，MATLAB 要比其它編程語(yǔ)言強(qiáng)很多。

盡管MATLAB 功能十分強(qiáng)大，但是依然存在著一些不足，主要包括以下幾點(diǎn)：其一，代碼重用；其二，執(zhí)行效率低，MATLAB 作為一種解釋性語(yǔ)言，其執(zhí)行效率比較低，尤其是在執(zhí)行循環(huán)語(yǔ)句的時(shí)候，執(zhí)行效率特別低，在仿真解算過(guò)程中，需要設(shè)置高效率的執(zhí)行代碼；其三，調(diào)試功能較弱。 現(xiàn)階段，運(yùn)用的MATLAB 均是使用語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)的，所以，兩者之間存在著外部應(yīng)用程序接口，形成了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)了最佳運(yùn)行效果。

2.2 配置編譯器

要想在VC++語(yǔ)言中對(duì)MATLAB 引擎程序進(jìn)行成功的編譯，就一定要包括引擎頭文件engine.h，并且引入MATLAB 對(duì)應(yīng)庫(kù)文件libeng.lib、libmat.lib。具體而言，就是在打開(kāi)一個(gè)設(shè)置之后，進(jìn)行如下操作：其一，通過(guò)菜單選項(xiàng)，打開(kāi)設(shè)置屬性頁(yè)，之后進(jìn)入Directories 頁(yè)面，之后選擇Include files，進(jìn)行“C:MATLABexterninclude”路徑的添加；其二，選擇Library files，進(jìn)行“C:MATLABexternlibwin32microsoftmsvc60”路徑的添加；其三，通過(guò)通過(guò)菜單選項(xiàng)打開(kāi)設(shè)置屬性頁(yè)，進(jìn)入Link 頁(yè)面，進(jìn)行編輯，并且進(jìn)行l(wèi)ibeng.lib、libmat.lib 文件名的添加。 通過(guò)相應(yīng)的實(shí)踐表明，在進(jìn)行編輯的時(shí)候，可以直接選擇libeng.lib、libmat.lib 這些文件名，進(jìn)行選項(xiàng)設(shè)置。在實(shí)際設(shè)置中，步驟一、二只需要設(shè)置一次，步驟三需要對(duì)每一個(gè)選項(xiàng)都進(jìn)行設(shè)置。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，為了保證船舶的正常運(yùn)行，一定要對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，保證其可以正常工作，這樣才可以達(dá)到預(yù)期的工作效果。進(jìn)而需要加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行分析與研究，明確其系統(tǒng)硬件與軟件的設(shè)計(jì)，采取有效技術(shù)，保證系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而及時(shí)診斷出發(fā)電機(jī)的故障，予以有效的排除，保證其可以高效、正常的工作，促進(jìn)船舶的正常運(yùn)行。

［1］劉永建，朱劍英，曾捷.改進(jìn)BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在發(fā)動(dòng)機(jī)性能趨勢(shì)分析和故障診斷中的應(yīng)用[J].南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010（03）.

［2］劉俊華，孟清正，張聘亭，等.船舶動(dòng)力裝置可組態(tài)智能故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)艦船研究，2011（02）.

［3］張曉玉.基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的船舶發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障診斷[D].大連海事大學(xué)，2010.