設備狀態監測與故障診斷

張冀星

摘 要：隨著現代生產的發展和科學技術的進步，現代設備的結構越來越復雜、自動化程度越來越高、故障類型會越來越多、處理難度越來越大。本文就實施設備狀態監測與故障診斷，保證設備安全可靠進行了詳細論述。

關鍵詞：狀態；監測；故障與診斷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.191

0 引言

設備狀態的監測就是人們應用某些專用的儀器和方法對設備的局部或整體進行監視測定，以獲取設備的技術性能狀態參數。故障診斷技術是指在設備運行中或基本不拆卸的情況下，根據設備的運行技術狀態來判斷故障的部位和原因，并預測設備今后的技術狀態變化。

設備狀態監測和診斷技術是兩項既有區別又密切聯系的設備管理技術，是實施狀態維修、預知維修的重要基礎。狀態監測描述反映的是設備運行狀態的好與壞，而故障診斷是狀態監測后的識別和判斷階段，能夠確定設備故障的部位與原因，二者相輔相成。

1 設備狀態監測和故障診斷技術發展歷史

設備狀態監測和故障診斷技術是一門新興技術，它是多學科交叉發展的結果。上世紀60年代前，人們往往采用事后維修和定期維修，但是所定的時間間隔難以掌握，過度維修和突發停機事故時有發生，在20世紀60年代，美國軍方改定期維修為預知維修，也就是定期檢查、視情維修。

20世紀60年代到80年代是狀態監測與故障診斷技術迅速發展的年代，那時把診斷技術分為簡易診斷和精密診斷兩類，前者相當于狀態監測，主要監控設備的運行狀態；后者則要求定量掌握設備的狀態，了解故障的部位和原因，預測故障對設備未來的影響。

20世紀80年代中期以后，人工智能理論得到迅猛發展，人工智能和網絡化已成為監測和故障診斷的主要發展方向，陸續涌現出許多新型的狀態監測和故障診斷方法。出現了振動測量儀、溫度檢測儀、軸承檢測儀等各種便攜式的檢測儀器和分析儀器。

2 設備狀態監測與故障診斷方法

設備監測與故障診斷的基本方法可按不同的觀點來分類，目前流行的分類方法有兩種；一是按機械故障診斷方法的難易程度分為簡易診斷法和精密診斷法；二是按機械故障診斷的測試手段分為直接觀察法、振動噪聲測試法、無損檢測法、磨損物測定法、機器性能參數測定法。

（1）簡易診斷法。它主要采用便攜式的簡易診斷儀器，如測振儀、聲級計、工業內窺鏡、紅外點溫儀對設備進行人工巡回監測，根據設定的標準或人的經驗分析，了解設備是否處于正常狀態。若發現異常，通過對監測數據分析進一步了解其發展的趨勢，它主要解決的是狀態監測和一般的趨勢預報問題。

（2）精密診斷法。對已產生異常狀態的原因采用精密診斷儀器和各種分析手段進行綜合分析，以期了解故障的類型、程度、部位和產生的原因及故障發展的趨勢等問題，它主要解決的問題是分析故障部位、程度、原因和較準確的確定發展趨勢。

（3）直接觀察法。傳統的直接觀察法是指“聽、摸、看、聞”，它一直沿用到現在，在一些情況下仍然十分有效，但因其主要依靠人的感覺和經驗，故有較大的局限性，目前出現的便攜式測振儀、泄漏聽診儀、光纖內窺鏡、紅外熱像儀、激光全息攝影等現代手段，大大延長了人的感觀器官，成為一種有效的診斷方法。

（4）振動噪聲測定法。機械設備在運動狀態下都會產生振動和噪聲，通過進一步的研究發現：振動和噪聲的強弱及其包含的主要頻率成分和故障的類型、程度、部位和原因等有著密切聯系。大多數機械設備是定速運轉設備，各零部件的運動規律決定了它的振動頻率。由于是定速運轉，其振動頻率即為該零件的特征頻率，觀測特征頻率的振動幅值變化，可以了解該零部件的運動狀態和劣化程度。因此利用這種信息進行故障診斷是比較有效的方法，也是目前發展比較成熟的方法，特別是振動法，由于不受背景噪聲干擾的影響，使信號處理比較容易，故應用更普遍。

（5）無損檢驗。無損檢驗是一種從材料和產品的無損檢驗技術中發展起來的方法，是在不破壞材料表面及內部結構的情況下檢驗機械零部件缺陷的方法。它使用的手段包括超聲、紅外、x射線、γ射線、聲發射、摻透染色等。此方法目前已發展成一個獨立的分支，用于檢驗由裂紋、砂眼、縮孔等缺陷造成的設備故障。此方法也具有局限性，主要為某些方法如超聲、射線檢測等不便于在動態下進行。

（6）磨損殘余物測定法。機器的潤滑系統或液壓系統的循環油路中攜帶著大量的磨損殘余物（磨粒），其數量、大小、幾何形狀及成分反映了機器的磨損部位、程度和性質，根據這些信息可有效地診斷設備的磨損狀態，目前磨損殘余物測定方法在工程機械及汽車、飛機發動機監測方面已取得了良好效果。

（7）機器性能參數測定法。機器的性能參數主要包括顯示機器主要功能的一些數據，如泵的揚程、機床的精度、壓縮機的壓力、流量等，這些數據可以直接從機器的儀表上讀出，由此可以判定機器的運行狀態是否離開正常范圍，該方法主要用于狀態監測或作為故障診斷的輔助手段。

3 狀態監測與故障診斷的基本環節

在日常生產中，狀態監測與故障診斷工作有三個基本環節，分別為信號采集環節、信號處理環節、故障識別和排除環節。

信號采集：設備劣化或發生故障后，會伴隨各種狀態信號出現，它們是故障信息的載體，采集包含異常或故障信息的狀態信號是設備診斷技術的首要環節，因此采用合適的傳感器和測量方法來采集信號十分重要。

信息處理：在采集設備有用信息的時候，很多干擾信號也會被采集，會使那些有用信號變的不明顯或雜亂無章，如何去除干擾，使有用信號突出表現出來，這就是信息處理的任務。

故障識別和排除：得到有用設備信息后，需要經過與標準或樣板模式進行對比，才能確定或判斷設備處于何種狀態，這一過程需要以識別技術作為理論基礎。在簡易診斷中可以參照某些標準，加上運用已有的知識和經驗，即可做出判斷，在精密診斷中必須通過計算機技術和各種分析技術，提取故障特征信號來對設備狀態做出判斷，判斷出故障類型后，根據設備及生產實際情況排除故障。

4 結束語

隨著設備狀態監測與故障診斷技術的廣泛應用，維修方式正在發生著深刻的變化，現代的預知性視情維修已成為今后企業設備維修的發展方向，這使得設備故障在未發生前得到恰當的處理，大大節省了維修時間和維修成本，可以預知，設備監測與故障診斷技術在未來我國經濟建設中會發揮越來越大的作用。