船舶內(nèi)燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)

唐劍晨

摘要：內(nèi)燃機是船舶重要動力設備，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)濟損失與環(huán)境污染。據(jù)此，以船舶內(nèi)燃機監(jiān)測診斷的常用方法分析為切入點，介紹了基于現(xiàn)場總線技術、信息關聯(lián)處理的船舶內(nèi)燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，并探討不同層次信息聯(lián)系的實現(xiàn)方法，以期為做好船舶內(nèi)燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷工作奠定基礎。

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.

關鍵詞：船舶內(nèi)燃機;遠程狀態(tài)監(jiān)測;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：U672.7+3?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）15-0127-02

0? 引言

基于信息科學技術發(fā)展，船舶系統(tǒng)發(fā)展體現(xiàn)出高性能化、結構復雜化等特征。出于船舶系統(tǒng)安全保障考慮，對船舶內(nèi)燃機進行遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷具有現(xiàn)實意義[1]。據(jù)此，以常用監(jiān)測與診斷方法為切入點，介紹遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構與軟件構成，并通過信息關聯(lián)處理，解決監(jiān)測點多、診斷難等問題，為現(xiàn)代船舶內(nèi)燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)快速向集成化、綜合化方向發(fā)展提供推動力。

1? 船舶內(nèi)燃機監(jiān)測診斷的常用方法

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

表1分析可知，各類方法的實際應用，在精準性、可靠性等方面存在不同程度缺陷，為提升船舶柴油機遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)可靠性、精準性，提出基于現(xiàn)場總線技術與信息聯(lián)系的系統(tǒng)[2]。

2? 遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)構成

2.1 網(wǎng)絡結構

圖1為系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構，在實際應用中，可以通過獨立測控功能儀表、局部融合診斷功能儀表數(shù)據(jù)顯示，實現(xiàn)柴油機的故障監(jiān)測。同時，該系統(tǒng)基于總線網(wǎng)絡Infranet將儀表上的實時信號傳送至船舶信息中心計算機中，實現(xiàn)精準故障監(jiān)測與故障診斷[3]。

圖1分析可知，底層現(xiàn)場網(wǎng)由CAN總線構成，現(xiàn)場總線信息在該層進行融合，并得出監(jiān)測與故障診斷結論。同時，該系統(tǒng)有獨立顯示與報警功能，可以實現(xiàn)故障報警操作[3]。通過海事衛(wèi)星的信號發(fā)射，船舶中心可以通過網(wǎng)絡服務器，調取船舶柴油機故障診斷歷史數(shù)據(jù)，并進行二級診斷和信息融合。最終，專家可以借助網(wǎng)絡訪問遠程診斷點，對相關信息進行三級融合和診斷，實現(xiàn)對柴油機故障點精確診斷。

2.2 軟件構成

該系統(tǒng)的軟件采用“客戶—服務器”結構（圖2所示），包括內(nèi)燃機故障監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)、船公司機務部門診斷與決策兩部分。其中，內(nèi)燃機故障監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)分為信息采集模塊、特征分析模塊、信息管理與處理模塊;船公司機務部門診斷與決策系統(tǒng)分為聲振信號監(jiān)測與故障診斷模塊、瞬時轉速監(jiān)測與故障診斷模塊等[4]。通過對各模塊的信息數(shù)據(jù)整合，船公司機務部門可以實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)接口等融合，為船舶運行狀況分析和維護管理計劃的科學制定提供技術支撐，并能夠為航行中的船舶柴油機故障進行判斷和應急維修[5]。在此基礎上，該系統(tǒng)的實際應用可以結合專家建議，完成高層維修決策，為船舶柴油機維護與管理提供遠程指導。

在該系統(tǒng)應用過程中，涉及到信息數(shù)據(jù)的錄入、修改、存儲等?；跀?shù)據(jù)模塊的應用，可以實現(xiàn)船舶柴油機故障特征，保證柴油機被系統(tǒng)有效故障監(jiān)測和故障診斷，以此形成信息二次融合結果，最終精準判斷出船舶柴油機具體故障問題，為船舶柴油機故障維修與管理提供科學、合理方案。

3? 船舶柴油機渦輪增壓系統(tǒng)故障分析

3.1 基于信息關聯(lián)的故障分析

船舶柴油機故障監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)是一個具有多傳感器的系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，單獨傳感器無法對柴油機故障提供全面、科學合理的診斷信息[6]。據(jù)此，應對各傳感器的信息進行融合，并對傳感器、故障等內(nèi)容進行關聯(lián)（如圖3所示），以此確定柴油機具體故障點和故障問題。

圖3所示分析可知，信息關聯(lián)處理對傳感器所提供的數(shù)據(jù)信息進行整理，并提取相應的特征向量，隨后針對提取的特征向量進行一次融合，并得出局部診斷結果。為科學、合理地判斷柴油機故障情況，并提出具有指導性的建議，相關工作人員可以根據(jù)船舶提供的遠程狀態(tài)監(jiān)測信息與故障診斷信息，對故障點進行判斷，從而實現(xiàn)三級信息的聯(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，當系統(tǒng)顯示增壓壓力下降時，壓氣機效率或渦輪效率也會下降，最終出現(xiàn)渦輪輸出功率減小的情況;當系統(tǒng)顯示空氣冷卻器故障時，柴油機排氣溫度相對增高，燃油的消耗率也會增高;當系統(tǒng)顯示渦輪保護格柵堵塞時，壓氣機的轉速會下降，柴油機的耗油率增加……在實際工作中，相關工作人員應注重該系統(tǒng)的深度應用，以及時判斷和處理柴油機故障，從而保障船舶運行安全。

4? 船舶內(nèi)燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)發(fā)展趨勢

結合上述分析可知，船舶內(nèi)燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)將在信息技術發(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，當前的人工智能技術發(fā)展愈加成熟，且在各領域中的應用不斷深入，有利于對具有復雜性的船舶內(nèi)燃機運行狀態(tài)、故障進行監(jiān)測和判斷[8]。融合化發(fā)展方面，船舶內(nèi)燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫的應用有利于提升故障診斷的精準性。通過數(shù)據(jù)與技術的融合，可以在提升數(shù)據(jù)信息應用效率的基礎上，為遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷提供有力依據(jù)。

5? 結束語

網(wǎng)絡技術、故障診斷技術的應用為提升設備使用安全等提供強大的技術支持。特別是在船舶行業(yè)中，遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的應用，對海洋事業(yè)及經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。具體實踐中，相關工作人員應對有效監(jiān)測與故障診斷技術進行深度分析，并結合該系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，不斷推動網(wǎng)絡技術、信息關聯(lián)融合技術、狀態(tài)監(jiān)測技術、故障診斷技術等先進技術的融合，以此推動船舶內(nèi)燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)更高質量發(fā)展。

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