聯合動力實驗臺遠程監控與故障診斷系統開發

孫傳恒，劉明碩，肖 翠

聯合動力實驗臺遠程監控與故障診斷系統開發

孫傳恒1，劉明碩2，肖 翠3

（1.哈爾濱軸承集團公司 經營發展部，黑龍江 哈爾濱150036；2.東北煉化吉林機械公司，吉林 吉林132021；3.吉林石化公司研究院，吉林 吉林132021）

針對聯合動力裝置實驗臺結構復雜、故障原因多樣的特點，提出了一種以虛擬儀器為開發平臺，結合先進智能診斷算法的遠程狀態監視與故障診斷系統。在分析虛擬儀器應用特點的基礎上，詳細闡述了系統遠程狀態監視、故障診斷以及故障信息管理的設計方案。該系統在提高機組安全運行，實現重大故障快速響應與處理的同時，大幅度降低維修費用，具有重要的應用價值。

虛擬儀器；聯合動力裝置；遠程監視；故障診斷

1 前言

目前僅依靠提高單一機型動力裝置的性能已經不能滿足某些新型船舶的需求，以聯合動力裝置為代表的新型船舶動力裝置不斷涌現。聯合動力裝置形式多樣，主要有柴-燃（CODAG或CODOG）、燃-燃（COGAG或COGOG）、燃-蒸（COSAG或COGAS）[1]。但是，由于整個聯合動力裝置的控制實現方式相對較為復雜，監測點種類雜、數量多，使得部件發生故障的原因形式多樣，需要現場專業技術人員與故障診斷專家共同解決，才能避免造成嚴重的經濟損失[2-4]。

基于虛擬儀器思想的LabVIEW標準圖形化編程軟件，不僅能夠方便地實現與各種軟硬件的連接以及強大的網絡通訊功能，更能夠提供強大的后續數據分析處理能力，通過各種交互式的控件、對話框、菜單以及函數模塊編程，實現直觀友好的人機交互界面，具有較強的數據可視化分析特點[5]。

2 聯合動力裝置實驗臺組成

聯合動力裝置物理模擬實驗臺是根據實船的布置情況，按照物理相似的原則建立而成。實驗臺由GTD-350燃氣輪機、N6135柴油機、S1A-02燃氣輪機、STF426蒸汽輪機、輔助系統等組成。聯合動力裝置實驗臺可以實現的運行方式有：

（1）柴-燃試驗，由N6135柴油機和GTD-350燃氣輪機組合，其中包括四種運行方式：N6135單獨工作、GTD-350單獨工作、N6135和GTD-350交替工作、N6135和GTD-350共同工作。

（2）燃-燃試驗，由S1A-02燃氣輪機和GTD-350燃氣輪機組合，其中包括四種運行方式：S1A-02單獨工作、GTD-350單獨工作、S1A-02和GTD-350交替工作、S1A-02和GTD-350共同工作。

（3）燃-蒸試驗，由GTD-350燃氣輪機和STF426蒸汽輪機組合，其中包括兩種運行方式，STF426單獨運行、GTD-350和STF426共同工作。

3 遠程狀態監視與故障診斷系統設計

3.1系統硬件結構

本系統主要由現場數據采集層、網絡通訊層和診斷中心層三大部分組成。聯合動力裝置遠程狀態監視與故障診斷系統硬件結構示意圖如圖 1所示。

現場數據采集層主要是指通過在柴油機、燃氣輪機、蒸汽輪機、輔助系統等相關測點上安裝各類傳感器，實現相關運行狀態參數的數據采集，采集的信號經現場狀態采集服務器匯集到本地數據庫，并且連接發送至網絡通訊服務器。

由于LabVIEW針對不同的應用與不同的層次，可以提供多種網絡通信方式[5],因此網絡通訊層可通過TCP/IP局域網等方式建立現場數據采集層中數據庫與遠程診斷中心的Internet連接，以方便地實現跨地域遠程監測數據與報警信息的遠程實時信息交互。

診斷中心層主要包括網絡通訊服務器、診斷中心數據庫、專家支持系統三大部分。網絡通訊服務器實現現場采集數據接收、報警故障信息、維修策略信息的發布；診斷中心數據庫采用大型數據庫管理系統，按照不同的使用層次保存相關信息，分為運行數據庫和案例數據庫，專家支持系統是指對聯合動力裝置的當前工作狀態進行實時監視，當某參數發生報警時自動載入故障診斷推理模塊，調用先進的智能算法進行故障定位并給出相應的維修策略。

3.2系統功能

本系統功能主要包括：用戶管理、數據處理、狀態監視與故障診斷和信息處理四大模塊。

（1）用戶管理：對軟件系統進行安全設置，針對不同的用戶采用了不同的權限設置，只有擁有相應權限的用戶才能訪問相應的功能。

（2）數據處理：主要是指進入故障診斷之前的數據歸一化處理與粗糙集的數據離散化處理。

（3）狀態監測與故障診斷模塊：通過采用在線和離線兩種運行方式相互繼承、相互啟發的綜合預測診斷方法，實現各系統相關典型故障的診斷，對故障的診斷方法及維修策略給出相關的專家建議。

（4）信息管理：主要包括運行日志、案例編輯、報表生成和幫助說明。運行日志能夠對系統所發生的全部運行狀態（相關故障）的發生、發展、診斷、處理的全過程以及錯誤歷史信息等以日志的形式進行詳細的記錄，以備用戶隨時進行查詢。

4 結束語建立了以虛擬儀器---LabVIEW軟件為開發平臺，結合先進智能診斷算法的聯合動力裝置遠程狀態監視與故障診斷系統。該系統是集實時數據采集、網絡通信、狀態監視、故障診斷、人工智能等于一體的遠程專家支持系統，其強大的軟件功能使異地的故障診斷專家能夠實時了解運行設備的運行狀態，實現重大故障的快速響應與處理，從而避免造成嚴重的經濟損失。

[1]張志華等.船舶動力裝置概論[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2002.

[2] 蔣德松.基于虛擬儀器的動力裝置實驗臺測控系統研究[J].測控技術，2006，25（4）.

[3] 劉九七.一種新的船舶燃氣輪機狀態監測系統[J].燃氣輪機技術，2005，18（2）.

[4] 馮蘭君，李建，呂炳朝.燃氣輪機故障診斷專家系統的設計與實現[J].電子科技大學學報，2000，29（3）.

[5] 張桐，陳國順，王正林.精通LabVIEW程序設計[M].北京：電子工業出版社，2008.

[6] 李淑英，李楊，孫聿峰.柴-燃聯合動力裝(CODAG)的實驗研究[J].燃氣輪機技術，2007,20（1）.

（編輯：鐘 媛）

Development of combined power experiment platform for remote monitoring and fault diagnosis system

Sun Chuanheng1,Liu Mingshuo2,Xiao Cui3
（1.Business and Development Department, Harbin Bearing Group Corporation, Harbin 150036,China，2. Northeast Refning & Chemical Jilin Machinery Company，Jilin 132021，China，3. Research Institute of Petro China Jilin Petrochemical Company，Jilin 132021，China ）

According to the characteristics of the combined power experiment platform structure being complex, and the fault causes being various, a virtual instrument development platform was presented, combining the remote condition monitoring and fault diagnosis system with the advanced intelligent diagnosis algorithm. Based on the analysis of virtual instrument application characteristics, the design scheme for system remote state monitoring, fault diagnosis and fault information management were elaborated . At the same time of this system improving the safety operation of the unit to achieve major fault fast response and processing, the repair cost was greatly reduced, and having important application value.

virtual instrument; combined power device; remote monitoring; fault diagnosis

U664.16

B

1672-4852（2015）01-0047-02

2014-10-31.

孫傳恒（1981-），男， 助理工程師.