基于潤滑磨損多參數的油液在線監測系統應用

朱慶成，黃登超，黃向勇，劉 信，劉啟峰，楊偉明，楊 旭

（1.廣東粵港供水有限公司，廣東深圳 518021；2.廣州機械科學研究院有限公司，廣東廣州 510535）

0 引言

油液被稱為是機械設備的“血液”，作用主要包括密封、潤滑、冷卻、抗磨和防腐[1]。在機械運行期間，油液中的污染物通常包括水分、磨損顆粒以及添加劑等，在一定程度上這些污染物影響著機械設備的使用狀態。同時，潤滑油在使用過程中會攜帶豐富的來自機械設備運動副表面的摩擦學狀態信息[2]，機械的磨損產物，對設備磨損狀態，具有重要評價作用。現場工程師在分析油液指標的過程中，可以診斷出一些故障信息，對設備進行提早維修，大型故障的發生率可大大降低，延長油品與機械的使用壽命。

相關研究表明[3]：被污染的潤滑油會影響機械設備15%～20%的工作效率，增加機械設備的故障率，減少設備使用壽命。油液智能污染監控系統可以實時監測在用油液污染情況，同時對其進行油液自動凈化。所以，通過在線監測油液并及時過濾凈化，對機械設備的安全運行具有重要意義。

1 研究內容

在機械設備正常運行的狀態下，針對油液的理化參數指標，油液在線監測系統依據內置的傳感器進行實時監測，通過專家診斷模塊對參數改變的趨勢來預判機械設備的實時工作狀態，甚至可以精準預測設備的異常零件，為視情維護提供決策依據，規避較大事故發生。

同時油液自動凈化模塊主要是通過濾油機對油液進行過濾凈化，在檢測到油液的指標超過設置的正常值時，能夠啟動該裝置對油液進行自動凈化，使油液能夠恢復到原有水平。因此設備智能污染控制系統及診斷技術研究及開發應用具有重要的現實意義。

根據裝置要實現的兩個目標：可在線監測油液質量，及時發現故障，同時實現油液智能過濾控制。結合現場設備潤滑系統和用油，初步規劃設計智能污染控制系統整體結構，其工作原理如圖1 所示。

圖1 智能污染控制系統結構原理

2 開發系統

潤滑磨損多參數集成在線監測系統采用一體化設計方法、系統集成傳感器、采集模塊、控制模塊、數據傳輸模塊、報警模塊于一體，穩定可靠。集成式在線監測系統如圖2 所示。

圖2 集成式在線監測系統

2.1 系統集成傳感器原理及作用

（1）磨損顆粒傳感器。磨損顆粒傳感器利用電磁感應原理，傳感器元件內有3 個內部線圈，2 個外部線圈反向繞制。

（2）水分傳感器。傳統介電常數測量存在缺陷，所以應用創新的薄膜電容探測技術，在修正過程中引入溫度補償算法。測試指標參數為水活性，單位是aw。

（3）污染顆粒計數傳感器。對于油液的污染程度，一般監測的指標是污染度與機械雜質，通過光纖探測與激光技術，實時反映油液的狀態。

（4）黏度傳感器。黏度是一個重要的物理參數指標，用于評估流體抵抗流動能力。機械設備中的在用油液會根據設備的運行狀態而改變，時間、溫度、污染程度都是重要的影響因素；甚至錯誤加入不同牌號的油品同樣會引起黏度的改變。作為判斷油膜生成情況的重要參數，現場需要引入監測黏度變化的傳感器。

2.2 數據釆集板塊

該板塊主要功能包括數據信息的采集處理、儲存方式、顯示通信以及分析診斷。通過傳感器可以采集現場實時油液狀態，釆集的原始信號經過算法處理，轉換成特征值數據，在界面上直觀呈現油液信息，隨后數據信號處理與分析會錄入到數據庫系統中，并整合到故障診斷功能模塊，用于故障診斷分析。

2.3 數據庫系統管理模塊

數據庫模塊主要用來實現對該在線監測系統中所有數據進行操作、管理、維護、存儲、查詢以及某些界限值的改動，這些數據包括監測裝置所釆集的各種特征參數信號值、診斷知識庫等[4]。根據實際安裝情況，數據庫可以分為兩部分：①對數據采取釆集設置、數字濾波、特征值判據等方法，將油液指標參數儲存在數據庫，讀取參數可以在系統初始化期間；②設備處于正常運轉狀態時，按照一定規則儲存相關特征參數，當設備發生故障時自動將原始數據和特征參數進行儲存。

3 實際應用

3.1 安裝

智能污染監控系統安裝在水泵上導/下導油槽，兩臺設備平行于原有油箱。水泵上導/下導油槽智能污染監控系統設備安裝位置如圖3 所示。

圖3 水泵上導/下導油槽智能污染監控系統設備

3.2 預警系統軟件

針對設備油液監測的數據特點、監測裝置硬件構成和監測預警需求，面向裝置集成的終端一體，定制開發油液在線監測終端軟件系統，通過將終端一體機與采集模塊，實時采集油液監測數據、并實現數據的初步預警分析、一定時期的歷史數據監測分析統計，將采集到的數據信號通過不同方式展示，該軟件系統包括數據實時監測、趨勢分析、歷史報表、報警日志、參數設置等展示功能，現場及后臺人員可通過監測數據趨勢、歷史報告、報警情況來對監測設備進行檢修。軟件主要功能界面如圖4 所示。

圖4 主要功能界面

（1）實時監測。油液監測界面主要由3部分組成：設備監控模塊、實時數據顯示模塊和實時曲線顯示模塊，系統主界面如圖4a）所示。

（2）趨勢分析。左側導航欄選擇趨勢分析切換到趨勢分析界面。趨勢分析包括黏度、水分、溫度、介電常數、磨損等級指標選項的曲線查詢，油品趨勢分析如圖4b）所示：①當日曲線：顯示當天的數據曲線趨勢情況；②3 日曲線：顯示最近3 天的數據曲線趨勢情況；③月曲線：顯示本月的數據曲線趨勢情況。

（3）數據查詢。在數據查詢中可以查詢油液中的黏度、水分、磨損等多個參數的歷史報表數據，查詢結果將會以表格形式顯示在界面中；點擊查詢方式旁邊的按鈕完成查詢操作；當日報表：可以查詢當天的歷史報表；當月報表：可以查詢當月的歷史報表；3 月報表：可以查詢前3 個月的歷史報表；報表導出：將當前查詢的結果導出為csv 文件，位置為/sd/report.csv 可以拔下SD卡進行讀取，也可以使用tftp 讀取一體屏的導出結果。油品報表查詢如圖4c）所示。

數據量較大時，查詢操作可能需要一些時間，點擊查詢后需要稍做等待。除此之外，此外也可以直接將SD 卡中的數據庫復制出來，讀取數據庫中的歷史數據。

（4）報警日志。報警日志分為實時報警和歷史報警兩大部分，如果當前有報警信息，實時報警將會實時顯示當前系統指標產生的報警的詳細信息。報警復位：取消報警指示燈的報警狀態。查詢所有報警：會在歷史報警欄顯示所有報警信息。報警日志界面如圖4d）所示。

（5）參數設置。報警值的設置一般由出廠調試時設置，后續不能隨意改動；泵驅動器：為驅動泵轉動的驅動器型號，在出廠前的調試中已經設置完成，一般不能隨意改動；泵速度調節：可以手動調整泵的啟停和速度，一般用于調試試驗；報警模塊：可以手動開關報警燈，一般用于測試報警燈是否能正常工作。參數設置界面如圖4e）所示。

4 結束語

項目研究開發的“基于潤滑磨損多參數的油液在線監測系統”，能夠完成對設備在用油的水分、黏度、污染度、磨損等多信息的集成檢測，可以對系統的油液指標參數、狀態信息進行展示與處理，對設備潤滑磨損狀態進行診斷。并創新性的結合油液自動凈化模塊，在檢測到油液的指標超過設置的正常值時，能夠啟動該裝置對油液進行自動凈化，并重點解決在用油氣泡與負壓的影響。該項目的成功實踐可及時發現設備潤滑與磨損安全故障隱患，指導設備的潤滑管理和視情維修，規避重大事故的產生，從而降低維修成本，為企業帶來客觀的經濟效益與實際應用價值。