探究船舶發(fā)電機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)

張俊爽

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國船舶事業(yè)也實(shí)現(xiàn)了較快的發(fā)展。在船舶電力系統(tǒng)中船舶發(fā)電機(jī)屬于主要的組成部分，整個(gè)船舶的安全正常運(yùn)行在很大程度上取決于發(fā)電機(jī)的工作情況。一旦船舶發(fā)電機(jī)出現(xiàn)各種故障，就必須要及時(shí)地對(duì)其進(jìn)行維修和處理，從而使船舶發(fā)電機(jī)盡快地恢復(fù)正常工作，最終能夠確保船舶的安全正常運(yùn)行?；诖?，本文對(duì)船舶發(fā)電機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行了分析和介紹，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人士具有一定的借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】船舶發(fā)電機(jī)；故障；智能故障診斷系統(tǒng)

0 引言

目前，船舶發(fā)動(dòng)機(jī)組設(shè)備正在朝著高速化、集成化、精密化和大型化的方向不斷的發(fā)展，而且其具有越來越強(qiáng)的工作負(fù)荷、越來越多的功能和越來越復(fù)雜的設(shè)備結(jié)構(gòu)，由于船舶發(fā)電機(jī)需要持續(xù)的工作，具有較長(zhǎng)的工作時(shí)間，這樣就使得發(fā)電機(jī)發(fā)生故障的幾率得以加大。在這種情況下，船舶發(fā)電機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)揮了重要的作用。

1 故障診斷系統(tǒng)概述

在一定的條件下，故障診斷系統(tǒng)能夠利用各種手段將發(fā)生問題的系統(tǒng)查明，明確問題的性質(zhì)和解決方法，并且對(duì)某個(gè)問題的發(fā)展程度進(jìn)行科學(xué)地預(yù)測(cè)，利用表面現(xiàn)象對(duì)問題的本質(zhì)進(jìn)行判斷，通過過去的現(xiàn)象和現(xiàn)在的現(xiàn)象對(duì)未來可能發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)。船舶發(fā)電機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)能夠利用船舶不同部件的運(yùn)行情況和各項(xiàng)可測(cè)量的參數(shù)對(duì)發(fā)電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行準(zhǔn)確地判斷，一旦發(fā)現(xiàn)異常，能夠?qū)ζ涔收显蚝臀恢眠M(jìn)行判斷，并且做好預(yù)防性措施?？傊?，故障診斷系統(tǒng)主要是對(duì)各項(xiàng)部件的參數(shù)等信息進(jìn)行檢查，從而全面地識(shí)別設(shè)備的狀態(tài)，將診斷設(shè)備的過程完成。由于智能故障診斷技術(shù)在獲取信息的時(shí)候更加的方便，還可以避免出現(xiàn)不必要的麻煩，因此其與人們的要求更加符合[1]。

2 船舶發(fā)電機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計(jì)

2.1 船舶發(fā)電機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

2.1.1 采集信號(hào)

通過傳感器對(duì)船舶發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并且使其轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)，隨后對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理和A/D轉(zhuǎn)換。在監(jiān)測(cè)和診斷發(fā)電機(jī)故障時(shí)發(fā)電機(jī)傳感器的子系統(tǒng)屬于重要的信息來源，需要采集的信息主要包括靜態(tài)參數(shù)、動(dòng)態(tài)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)等，

2.1.2 分析和處理信號(hào)

分析和處理信號(hào)主要就是在分析信號(hào)之后，將其中有用的特征數(shù)據(jù)提取出來，比如抑制干擾、提取特征值和頻譜分析等，從而將可靠的數(shù)據(jù)提供給故障的診斷工作。在將采集數(shù)據(jù)的工作完成之后，就要向機(jī)艙的控制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫傳遞這些數(shù)據(jù)，并且做好分析和處理的工作。船舶發(fā)電機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)和數(shù)據(jù)處理單元之間本身具有一定的距離，在傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候主要是通過CAN 總線與以太網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)[2]。

2.1.3 診斷單元

分析并且比較處理之后的故障判定數(shù)據(jù)、規(guī)程、歷史數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)，并且對(duì)船舶發(fā)電機(jī)的故障部位和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，從而將可靠的數(shù)據(jù)提供給下一步的維修工作，在診斷發(fā)電機(jī)故障的時(shí)候，不僅要具備完善的診斷策略，同時(shí)還要深入地研究故障機(jī)理。目前對(duì)發(fā)電機(jī)故障機(jī)理進(jìn)行研究的主要方法包括實(shí)驗(yàn)室模擬、計(jì)算機(jī)仿真和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)等，其主要診斷的策略就是如何通過檢測(cè)到的故障數(shù)據(jù)診斷船舶發(fā)電機(jī)的故障。

2.2 船舶發(fā)電機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

船舶發(fā)電機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)的硬件包括船舶發(fā)電機(jī)、控制計(jì)算機(jī)、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、CAN總線、以太網(wǎng)、傳感器等。其中的傳感器的主要作用就是采集船舶發(fā)電機(jī)的信號(hào)，隨后利用以太網(wǎng)和CAN總線向控制計(jì)算機(jī)傳輸這些信號(hào)，在經(jīng)過相應(yīng)的處理和分析之后，最終可以將船舶發(fā)電機(jī)的故障結(jié)果診斷出來。

3 船舶發(fā)電機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)

3.1 MATLAB 結(jié)構(gòu)和VC++語言的結(jié)構(gòu)交互

作為一種可以面向?qū)ο蟾拍畹南冗M(jìn)的設(shè)計(jì)語言，VC++語言的設(shè)計(jì)與程序人員研發(fā)軟件的工作中的思維習(xí)慣相適應(yīng)，而且VC++語言的構(gòu)成也與軟件移植和維護(hù)比較適合。利用VC++語言能夠極大地提升軟件工程的質(zhì)量。

作為一個(gè)具有完善功能的自包容和數(shù)據(jù)處理集成環(huán)境的程序設(shè)計(jì)，MATLAB在系統(tǒng)分析、科學(xué)運(yùn)算、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理等各個(gè)領(lǐng)域均得到了十分廣泛的應(yīng)用，而且具有一系列的優(yōu)勢(shì)。在對(duì)MATLAB進(jìn)行運(yùn)用的時(shí)候能夠?qū)⑵涔δ艹浞值匕l(fā)揮出來，并且可以對(duì)其內(nèi)置函數(shù)和工具箱進(jìn)行充分地利用，并不用對(duì)外界的幫助進(jìn)行借用就能夠?qū)⒏鞣N復(fù)雜的工作完成。只需要較好的程序在這個(gè)環(huán)境中就可以將非常復(fù)雜的工作完成，而且MATLAB具有一致性、較高的編程效率、可讀性、易學(xué)、易用等一系列的優(yōu)勢(shì)，與其他編程語言相比，MATLAB在編程領(lǐng)域具有更強(qiáng)的功能[3]。

雖然MATLAB具有非常強(qiáng)大的功能，然而在具體的應(yīng)用過程中仍然具有一系列的問題，這些問題主要包括以下幾個(gè)方面：首先，較弱的調(diào)試功能；其次，較低的執(zhí)行效率：作為一種解釋性語言，MATLAB具有較低的執(zhí)行效率，特別是在對(duì)循環(huán)語句進(jìn)行執(zhí)行的時(shí)候，具有特別低的執(zhí)行效率，而在仿真解算的工作中必須要將高效率的執(zhí)行代碼設(shè)置出來；最后，代碼重用的問題。對(duì)MATLAB的運(yùn)用在現(xiàn)階段都是通過使用語言進(jìn)行編寫的，因此有外部應(yīng)用程序接口存在于兩者之間，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，并且達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行效果。

3.2 配置編譯器

設(shè)計(jì)人員要想在VC++語言中成功的編譯MATLAB引擎程序，就必須要將擎頭文件engine.h包含進(jìn)去，并且還要將libmat.lib、libeng.lib的MATLAB對(duì)應(yīng)庫文件引入進(jìn)去。也就是在將其中的一個(gè)設(shè)置打開之后，還需要實(shí)施以下操作：首先，要利用菜單選項(xiàng)將其中的設(shè)置屬性頁打開，隨后，要在Directories頁面中進(jìn)入，對(duì)其中的Include files進(jìn)行選擇，并且添加“C：＼MATLAB＼extern＼include”路徑；其次，對(duì)Library files進(jìn)行選擇，并且添加“C：＼MATLAB＼extern＼lib＼win32＼microsoft＼msvc60”的路徑；最后，要利用菜單選項(xiàng)將設(shè)置屬性頁打開，隨后在Link 頁面中進(jìn)入，并且開始編輯，添加libmat.lib、libeng.lib文件名[4]。大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在正式實(shí)施編輯的過程中能夠?qū)ibmat.lib、libeng.lib文件名進(jìn)行直接選擇，隨后可以實(shí)施選項(xiàng)設(shè)置。在具體的設(shè)置工作中，只需要針對(duì)其中的第一步和第二步進(jìn)行一次設(shè)置，而在第三步中則需要設(shè)置其中的每一個(gè)選項(xiàng)。

4 結(jié)語

在船舶發(fā)電系統(tǒng)中船舶發(fā)電機(jī)屬于核心部件，船舶發(fā)電機(jī)在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天也變得越來越高端。在這種情況下，智能故障診斷系統(tǒng)在船舶發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用也隨之出現(xiàn)了一系列的變化。智能化故障診斷系統(tǒng)屬于與社會(huì)科學(xué)發(fā)展趨勢(shì)相適應(yīng)的一種非常有效的措施，在具體的應(yīng)用過程中，通過智能診斷系統(tǒng)能夠更快地發(fā)現(xiàn)船舶發(fā)電機(jī)的故障，并且采取有效的措施解決和處理故障，防止出現(xiàn)人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失，所以不斷地完善船舶發(fā)電機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)對(duì)于船舶事業(yè)的發(fā)展來說具有十分重要的作用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉峻華，孟清正，楊濤，張聘亭.船舶動(dòng)力裝置可組態(tài)智能故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 中國艦船研究，2011（02）.

[2]劉永建，朱劍英，曾捷.改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在發(fā)動(dòng)機(jī)性能趨勢(shì)分析和故障診斷中的應(yīng)用[J].南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（01）.

[3]俞希學(xué)，關(guān)磊，陳曉波，戴志偉.基于PCI-6624的船用發(fā)電機(jī)組動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電氣自動(dòng)化，2015（06）.

[4]羅仕超.基于直流區(qū)域配電的船舶綜合電力系統(tǒng)分析及智能保護(hù)方式研究[J].中國水運(yùn)（下半月），2015（11）.

[責(zé)任編輯：王楠]