船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)

唐劍晨

摘要：內(nèi)燃機(jī)是船舶重要?jiǎng)恿υO(shè)備，其工作環(huán)境較惡劣，易出現(xiàn)故障，若維修管理不到位，則造成巨大經(jīng)濟(jì)損失與環(huán)境污染。據(jù)此，以船舶內(nèi)燃機(jī)監(jiān)測(cè)診斷的常用方法分析為切入點(diǎn)，介紹了基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、信息關(guān)聯(lián)處理的船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，并探討不同層次信息聯(lián)系的實(shí)現(xiàn)方法，以期為做好船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷工作奠定基礎(chǔ)。

Abstract： The internal combustion engine is an important power equipment for ships， and its working environment is harsh and easy to malfunction. If the maintenance and management are not in place， it will cause huge economic losses and environmental pollution.Based on this，taking the analysis of common methods of monitoring and diagnosis of marine internal combustion engines as the starting point， this paper introduces the remote state monitoring and fault diagnosis system of marine internal combustion engines based on fieldbus technology and information related processing， and discusses the realization methods of different levels of information connection， in order to do a good job in marine internal combustion engines. Lay the foundation for remote condition monitoring and fault diagnosis.

關(guān)鍵詞：船舶內(nèi)燃機(jī);遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè);故障診斷;信息聯(lián)系

Key words： ship internal combustion engine;remote state monitoring;fault diagnosis;information contact

中圖分類號(hào)：U672.7+3?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）15-0127-02

0? 引言

基于信息科學(xué)技術(shù)發(fā)展，船舶系統(tǒng)發(fā)展體現(xiàn)出高性能化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化等特征。出于船舶系統(tǒng)安全保障考慮，對(duì)船舶內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷具有現(xiàn)實(shí)意義[1]。據(jù)此，以常用監(jiān)測(cè)與診斷方法為切入點(diǎn)，介紹遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與軟件構(gòu)成，并通過信息關(guān)聯(lián)處理，解決監(jiān)測(cè)點(diǎn)多、診斷難等問題，為現(xiàn)代船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)快速向集成化、綜合化方向發(fā)展提供推動(dòng)力。

1? 船舶內(nèi)燃機(jī)監(jiān)測(cè)診斷的常用方法

具體而言，船舶內(nèi)燃機(jī)，特別是柴油機(jī)類型的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷方法主要有四種，具體如表1所示。

表1分析可知，各類方法的實(shí)際應(yīng)用，在精準(zhǔn)性、可靠性等方面存在不同程度缺陷，為提升船舶柴油機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)可靠性、精準(zhǔn)性，提出基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與信息聯(lián)系的系統(tǒng)[2]。

2? 遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖1為系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過獨(dú)立測(cè)控功能儀表、局部融合診斷功能儀表數(shù)據(jù)顯示，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的故障監(jiān)測(cè)。同時(shí)，該系統(tǒng)基于總線網(wǎng)絡(luò)Infranet將儀表上的實(shí)時(shí)信號(hào)傳送至船舶信息中心計(jì)算機(jī)中，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)故障監(jiān)測(cè)與故障診斷[3]。

圖1分析可知，底層現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)由CAN總線構(gòu)成，現(xiàn)場(chǎng)總線信息在該層進(jìn)行融合，并得出監(jiān)測(cè)與故障診斷結(jié)論。同時(shí)，該系統(tǒng)有獨(dú)立顯示與報(bào)警功能，可以實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警操作[3]。通過海事衛(wèi)星的信號(hào)發(fā)射，船舶中心可以通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，調(diào)取船舶柴油機(jī)故障診斷歷史數(shù)據(jù)，并進(jìn)行二級(jí)診斷和信息融合。最終，專家可以借助網(wǎng)絡(luò)訪問遠(yuǎn)程診斷點(diǎn)，對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行三級(jí)融合和診斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)故障點(diǎn)精確診斷。

2.2 軟件構(gòu)成

該系統(tǒng)的軟件采用“客戶—服務(wù)器”結(jié)構(gòu)（圖2所示），包括內(nèi)燃機(jī)故障監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)、船公司機(jī)務(wù)部門診斷與決策兩部分。其中，內(nèi)燃機(jī)故障監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)分為信息采集模塊、特征分析模塊、信息管理與處理模塊;船公司機(jī)務(wù)部門診斷與決策系統(tǒng)分為聲振信號(hào)監(jiān)測(cè)與故障診斷模塊、瞬時(shí)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)與故障診斷模塊等[4]。通過對(duì)各模塊的信息數(shù)據(jù)整合，船公司機(jī)務(wù)部門可以實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口等融合，為船舶運(yùn)行狀況分析和維護(hù)管理計(jì)劃的科學(xué)制定提供技術(shù)支撐，并能夠?yàn)楹叫兄械拇安裼蜋C(jī)故障進(jìn)行判斷和應(yīng)急維修[5]。在此基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用可以結(jié)合專家建議，完成高層維修決策，為船舶柴油機(jī)維護(hù)與管理提供遠(yuǎn)程指導(dǎo)。

在該系統(tǒng)應(yīng)用過程中，涉及到信息數(shù)據(jù)的錄入、修改、存儲(chǔ)等。基于數(shù)據(jù)模塊的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)船舶柴油機(jī)故障特征，保證柴油機(jī)被系統(tǒng)有效故障監(jiān)測(cè)和故障診斷，以此形成信息二次融合結(jié)果，最終精準(zhǔn)判斷出船舶柴油機(jī)具體故障問題，為船舶柴油機(jī)故障維修與管理提供科學(xué)、合理方案。

3? 船舶柴油機(jī)渦輪增壓系統(tǒng)故障分析

3.1 基于信息關(guān)聯(lián)的故障分析

船舶柴油機(jī)故障監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)是一個(gè)具有多傳感器的系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，單獨(dú)傳感器無法對(duì)柴油機(jī)故障提供全面、科學(xué)合理的診斷信息[6]。據(jù)此，應(yīng)對(duì)各傳感器的信息進(jìn)行融合，并對(duì)傳感器、故障等內(nèi)容進(jìn)行關(guān)聯(lián)（如圖3所示），以此確定柴油機(jī)具體故障點(diǎn)和故障問題。

圖3所示分析可知，信息關(guān)聯(lián)處理對(duì)傳感器所提供的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理，并提取相應(yīng)的特征向量，隨后針對(duì)提取的特征向量進(jìn)行一次融合，并得出局部診斷結(jié)果。為科學(xué)、合理地判斷柴油機(jī)故障情況，并提出具有指導(dǎo)性的建議，相關(guān)工作人員可以根據(jù)船舶提供的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息與故障診斷信息，對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行判斷，從而實(shí)現(xiàn)三級(jí)信息的聯(lián)系與融合[7]。

3.2 渦輪增壓系統(tǒng)常見故障診斷

基于上述系統(tǒng)分析，當(dāng)系統(tǒng)顯示增壓壓力下降時(shí)，壓氣機(jī)效率或渦輪效率也會(huì)下降，最終出現(xiàn)渦輪輸出功率減小的情況;當(dāng)系統(tǒng)顯示空氣冷卻器故障時(shí)，柴油機(jī)排氣溫度相對(duì)增高，燃油的消耗率也會(huì)增高;當(dāng)系統(tǒng)顯示渦輪保護(hù)格柵堵塞時(shí)，壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)下降，柴油機(jī)的耗油率增加……在實(shí)際工作中，相關(guān)工作人員應(yīng)注重該系統(tǒng)的深度應(yīng)用，以及時(shí)判斷和處理柴油機(jī)故障，從而保障船舶運(yùn)行安全。

4? 船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

結(jié)合上述分析可知，船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)將在信息技術(shù)發(fā)展的支持下，向智能化、融合化方向發(fā)展。智能化發(fā)展方面，當(dāng)前的人工智能技術(shù)發(fā)展愈加成熟，且在各領(lǐng)域中的應(yīng)用不斷深入，有利于對(duì)具有復(fù)雜性的船舶內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)和判斷[8]。融合化發(fā)展方面，船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用有利于提升故障診斷的精準(zhǔn)性。通過數(shù)據(jù)與技術(shù)的融合，可以在提升數(shù)據(jù)信息應(yīng)用效率的基礎(chǔ)上，為遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷提供有力依據(jù)。

5? 結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、故障診斷技術(shù)的應(yīng)用為提升設(shè)備使用安全等提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。特別是在船舶行業(yè)中，遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)海洋事業(yè)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。具體實(shí)踐中，相關(guān)工作人員應(yīng)對(duì)有效監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)進(jìn)行深度分析，并結(jié)合該系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，不斷推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息關(guān)聯(lián)融合技術(shù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)、故障診斷技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的融合，以此推動(dòng)船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)更高質(zhì)量發(fā)展。

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