船舶柴油機活塞環(huán)頻繁異常折斷故障診斷系統(tǒng)研究

肖俊磊

【摘? 要】船舶柴油機出現(xiàn)活塞環(huán)頻繁異常折斷故障后，使用傳統(tǒng)診斷系統(tǒng)不僅操作繁瑣，且故障診斷時間較長，因此，本文將根據(jù)傳統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)硬件的相關(guān)框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加可以有效收集柴油機活塞環(huán)相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)的傳感器與接收器模塊，再通過不同終端平臺將數(shù)據(jù)傳輸至處理模塊，使用集散控制（DCS）技術(shù)對有效數(shù)據(jù)進行分析、提取、導(dǎo)入至故障分析模塊中，以此實現(xiàn)船舶柴油機活塞環(huán)頻繁異常折斷故障診斷。通過本研究發(fā)現(xiàn)，新型故障診斷系統(tǒng)的操作簡便，并能夠有效節(jié)省診斷時間，具有重要的應(yīng)用價值。

【關(guān)鍵詞】船舶;柴油機;活塞環(huán);異常折斷;故障診斷系統(tǒng)

前言

柴油機是船舶系統(tǒng)中的動力來源，是保障船舶的正常運轉(zhuǎn)的核心部件，因此，當(dāng)柴油機出現(xiàn)故障后使用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM行診斷才能避免影響船舶的正常工作。活塞環(huán)是柴油機中重要的部件，在日常使用中會經(jīng)常性出現(xiàn)異常折損，一旦發(fā)生故障將直接影響船舶的正常作業(yè)。船舶柴油機出現(xiàn)活塞環(huán)頻繁異常折斷故障后，使用傳統(tǒng)診斷系統(tǒng)不僅操作繁瑣，且故障診斷時間較長，為此，本文創(chuàng)建一種新型船舶柴油機活塞環(huán)頻繁異常折斷故障診斷系統(tǒng)，為了確保新型故障驗證系統(tǒng)的實用性及時效性，本文還將通過模擬真實場景的仿真實驗對其進行驗證。根據(jù)最終實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，新型故障診斷系統(tǒng)的操作簡便，并能夠有效節(jié)省診斷時間，具有重要的應(yīng)用價值。

1 新型故障診斷系統(tǒng)的創(chuàng)建

1.1 系統(tǒng)中硬件框架結(jié)構(gòu)設(shè)計

新型故障診斷系統(tǒng)的硬件框架結(jié)構(gòu)共包含有三個主要模塊，即信息采集、傳輸及分析模塊。其中信息采集模塊是由數(shù)據(jù)參數(shù)傳感器與數(shù)據(jù)接收器模塊組成，在工作過程中信息采集模塊將對柴油機活塞環(huán)的壓力幅值、振動頻率以及溫度變化等數(shù)據(jù)進行分類收集;信息傳輸模塊作用是通過不同終端平臺將數(shù)據(jù)傳輸至處理模塊[2];信息處理模塊主要是對其它模塊所采集到的信息進行分析處理。

1.2 活塞環(huán)的信息采集設(shè)計

活塞環(huán)的信息采集主要對收集的信息使用信息處理模塊進行分析的過程。信息處理模塊主要是由數(shù)據(jù)傳感器及數(shù)據(jù)接收器群組成，能夠準確地實現(xiàn)對柴油機活塞環(huán)各個參數(shù)進行收集，如壓力幅值、振動頻率以及溫度變化等[3]。設(shè)計方案為：在柴油機的活塞環(huán)中布設(shè)若干傳感器監(jiān)測點位，并將數(shù)據(jù)傳感器聯(lián)通至數(shù)據(jù)接收模塊，在工作過程中通過數(shù)據(jù)傳感器各個監(jiān)測點位獲取的信息參數(shù)便可實時傳遞到數(shù)據(jù)接收模塊。

1.3 活塞環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計

活塞環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸是對數(shù)據(jù)接收模塊接收到的信息參數(shù)進行傳輸?shù)倪^程。數(shù)據(jù)傳輸傳輸模塊主要以用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為載體，搭配不同終端平臺將數(shù)據(jù)傳輸至處理模塊。由于數(shù)據(jù)傳輸模塊能夠?qū)?shù)據(jù)進行實時傳輸，因此，在進行故障檢測期間可以有效的節(jié)省大量的時間。

1.4 活塞環(huán)數(shù)據(jù)特征的提取

活塞環(huán)數(shù)據(jù)特征的提取是通過信息處理模塊分析處理信息傳輸模塊所傳遞的有效信息。信息處理模塊將會使用DCS技術(shù)將對收集的信息進行調(diào)制，將其生成為標注數(shù)據(jù)格式，并由計算機系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的歸類劃分，并將數(shù)據(jù)中的特征提取并儲存到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，將此作為故障判斷的參考依據(jù)。

1.5 活塞環(huán)故障診斷的實現(xiàn)

活塞環(huán)故障診斷是將系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)引入至故障判斷模塊得以實現(xiàn)的。其中，本設(shè)計中故障診斷主要依托于故障診斷事件管理（DEM）以及故障診斷通信管理（DCM）技術(shù)，當(dāng)DCM接收到診斷請求的數(shù)據(jù)信號，首先會將數(shù)據(jù)信號與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行比對，以此判斷活塞環(huán)當(dāng)前的工作狀態(tài)，當(dāng)判定其為非正常狀態(tài)時便會將數(shù)據(jù)信號所對應(yīng)的特征數(shù)據(jù)信息反饋至DEM，便會立刻觸發(fā)DEM進行故障事件的判別。

DEM主要作用是對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行讀寫與儲存，其中核心功能模塊是故障診斷碼（DTC），此外，DEM還將為DCM提供相關(guān)的技術(shù)支持，輔助DCM進行故障信號的判別?；钊h(huán)的相關(guān)數(shù)據(jù)中既包括信息傳感器監(jiān)測采集到的信息，也包含DCM的比對信息，當(dāng)活塞環(huán)發(fā)生故障后DEM便會將故障信息進行儲存，將經(jīng)由DCM將非正常狀態(tài)下的活塞環(huán)數(shù)據(jù)傳遞至DEM，并通過DEM中的顯示模塊顯示出活塞環(huán)當(dāng)前的狀態(tài)，之后DEM將獲取DCM中的診斷訊息并生成DTC，最終得到活塞環(huán)準確的故障數(shù)據(jù)，若活塞環(huán)出現(xiàn)故障，DEM將會給出對應(yīng)的顯示。DTC不僅可以監(jiān)測判斷出活塞環(huán)的運行狀態(tài)，還可以監(jiān)測出信息傳感器中的各項數(shù)據(jù)，因此可以更加有效的保障數(shù)據(jù)在傳輸過程中的準確性，并確保最終判斷結(jié)果的真實性。

通過將獲取到的活塞環(huán)數(shù)據(jù)由信息模塊傳遞到智能故障診斷模塊時，首先會獲取DEM中的DTC信息，然后依據(jù)DTC確認出故障中的絕對地址與相對地址，至此，故障診斷系統(tǒng)便完成了柴油機活塞環(huán)頻繁異常折斷的故障診斷工作。智能故障診斷模塊結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 智能故障診斷模塊結(jié)構(gòu)圖

2 仿真校驗

為確保本次研究中新型船舶柴油機活塞環(huán)頻繁異常折斷故障診斷系統(tǒng)的可行性、合理性，將進行仿真實驗對其進行校驗，通過對比新型故障診斷系統(tǒng)與傳統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)在柴油機活塞環(huán)異常折斷故障中的診斷時間，驗證新型故障診斷系統(tǒng)的診斷時間是否優(yōu)于傳統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)。

2.1 數(shù)據(jù)準備

仿真校驗要求為：實驗用柴油機數(shù)量為1000臺，且實驗所使用采油機均為新設(shè)備或運行時間均為一致、柴油機各項參數(shù)相同、柴油機中活塞環(huán)所用材質(zhì)相同、實驗區(qū)域環(huán)境溫度相同。實驗數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置如表1所示。

2.2 實驗結(jié)果對比分析

本次實驗中新型故障診斷系統(tǒng)與傳統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)在柴油機活塞環(huán)異常折斷故障中的診斷對比的數(shù)據(jù)記錄是由第三方軟件完成，仿真校驗對比數(shù)據(jù)結(jié)果如圖2所示。

圖2 仿真校驗對比數(shù)據(jù)

通過仿真校驗的實驗對比數(shù)據(jù)可以看出，新型故障診斷系統(tǒng)比傳統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)在柴油機活塞環(huán)異常折斷故障中的診斷時間快出10s，因此，新型故障診斷系統(tǒng)能夠有效節(jié)省診斷時間，具有重要的應(yīng)用價值。

3 結(jié)語

船舶柴油機出現(xiàn)活塞環(huán)頻繁異常折斷故障后，使用傳統(tǒng)診斷系統(tǒng)不僅操作繁瑣，且故障診斷時間較長，本文創(chuàng)建的新型船舶柴油機活塞環(huán)頻繁異常折斷故障診斷系統(tǒng)雖然能夠有效節(jié)省診斷時間，但在故障診斷的準確性方面還有一定的不足，將來希望通過更加深入的研究使其不斷的完善。

參考文獻：

[1]柯赟，宋恩哲，姚崇，董全.船舶柴油機故障預(yù)測與健康管理技術(shù)綜述[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報，2020，41（01）：125-131.

（作者單位：中交天航濱海環(huán)?？：焦こ逃邢薰荆?/p>