ap故障诊断新技术和状态监测ppt课件.ppt

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1、故障诊断新技术,基于近场声全息的结构故障振动技术,2023/1/4,1,工业装备故障诊断技术,2023/1/4,2,可视化声源定位技术,通过重建设备辐射的噪声场以直观的动态图像来进行噪声源的识别和定位，为噪声控制、预测及故障诊断等提供依据,2023/1/4,3,常用的声场可视化方法,近场声全息（NAH）传统方法基于边界元建模（BEM）的NAHHELS方法（Helmholtz方程最小平方误差）波叠加方法（Wave Superposition）波束形成（Beamforming）,2023/1/4,4,可视化声源定位实例,2023年1月4日星期三,5,可视化声源定位实例,2023年1月4日星期三,6

2、,可视化声源定位实例,汽车发动机,电机,2023/1/4,7,6300 HzR 5 cm,3150 HzR 10 cm,4000 HzR 8 cm,5000 HzR 6 cm,汽车发动机声场图,近场声全息需要约 3300 个测点，才能识别这样的高频,计算机辅助状态监测与故障诊断,石油、化工、冶金、能源等行业的许多大型设备，如压缩机，汽轮机、发电机组、轧钢机、转炉、风机、水泵等都是生产线的关键设备，这些设备一旦发生故障停机，轻者影响产量，重者会导致整个生产线、整个装置、整个工厂停止生产，甚至会造成人员伤亡事故，造成环境污染或产生不良的社会影响。大型关键设备的安全、稳定、长周期、满负荷、优质运行不

3、仅关系到企业的经济效率，而且关系到安全和社会问题。因此，世界各国都在致力于推广设备状态监测与故障诊断工作，一些国际知名的大公司、大企业在体会到状态监测与故障诊断工作给企业带来的经济效益后，也自觉地投入大量资金开展这方面的工作，这就是设备状态监测与故障诊断技术在国内外蓬勃发展的主要原因。,2023/1/4,8,工业装备故障诊断技术,计算机辅助状态监测与故障诊断,设备在线监测与故障诊断系技术以现代科学中的系统论、控制论、可靠性理论、失效理论、信息论为理论基础，以包括传感器在内的仪器设备和计算机为技术手段，结合监测对象的特殊性，有针对性地对各设备运行参数进行连续监测，对设备运行状态做出实时评估，对故

4、障提前预报并作出诊断，变故障停机为计划停机，减少停机或避免事故扩大化，使企业对设备的维修管理从计划性维修、事故性维修逐步过渡到以状态监测为基础的预防性维修，提高了企业设备管理现代化水平，刨造了巨大的经济效益。,2023/1/4,9,工业装备故障诊断技术,计算机辅助状态监测与故障诊断,振动信号,PC总线,PC总线,PC总线,转速信号,温度,压力等,振动信号同步采集,转度采集定时触发,非振动信号智能采集卡,IPC工业计算机,数据采集实时监控系统,网络光隔电流环,PC计算机,在线故障诊断系统,机组,2023/1/4,10,工业装备故障诊断技术,计算机辅助状态监测与故障诊断,2023/1/4,11,工

5、业装备故障诊断技术,计算机辅助状态监测与故障诊断,2023/1/4,12,工业装备故障诊断技术,2023/1/4,13,监测与诊断系统,在完成状态监测与故障诊断的过程中，通常需要依靠一定的监测与诊断工具和手段，即需要有相应的计算机化的自动监测与诊断装置、仪器或系统,2023/1/4,14,监测与诊断系统前的考虑,建立监测与诊断系统之前应考虑如下问题：经济性-应能够尽可能地节省投资；可靠性-自身应具有更高的可靠性；实用性-实用的功能，操作简便；有效性-分析、诊断结果有效；扩展性-较好的可扩展性和自开发性能。一般情况下，根据经验企业用于设备状态监测与故障诊断的投资应占其固定资产的15。并且，随着设

6、备复杂程度和技术先进性的增加，此项投资的额度还应有相应的增加,2023/1/4,15,监测与诊断系统的分类与选用,离线系统(巡检系统)在线系统(集中式、分布式)远程系统(C/S结构、B/S结构),2023/1/4,16,离线系统,也称为机械故障巡检系统，通常由传感器、便携式数据采集器和计算机软件组成采用定期巡回检测和离线分析的方式工作适合于对工厂中量大面广的中、小型机械设备，尤其是那些尚无固定监测点的机器进行定期的状态监测与故障诊断,2023/1/4,17,在线系统,在线监测与诊断系统具有数据采集连续、快速、数据处理实时性好、分析诊断功能全面、丰富等特点适用于具有固定监测点的大型连续运转的关键

7、机械设备这类系统又可分为集中式单机系统、集散式系统以及分布式系统,2023/1/4,18,集中式结构,是以单一(微型)计算机为主体的监测与诊断系统由计算机主控完成现场工况监测、数据采集、信号处理与分析、故障诊断等全部工作优点：便于管理控制，具有较高的稳定性和可靠性;系统具备信号处理、特征提取、状态分类、趋势分析以及分析报告生成、数据库管理等多方面的功能,2023/1/4,19,集散式结构,利用多台计算机来联合实施监测与诊断，但这里的每台计算机彼此相互独立，基本上没有联系，其实质是集中式结构的简单迭加通过RS232或RS422串行通讯方式把一台主控计算机与若干台从属计算机联接起来协同工作的主从式

8、结构。其中，从属计算机(或称辅助计算机)分别独立地完成现场数据采集与状态监测并共享主机，而主机则负责完成分析与诊断功能并始终肩负对从属机进行管理和控制的任务,2023/1/4,20,分布式结构-远程系统的雏形,针对地域分布较广的多台机器设备，通过计算机网络把分布于各局部现场、独立完成特定功能的本地计算机互联接起来，并在一台主控计算机的控制下，构成分级管理模式，最终达到资源共享、协同工作、分散监测与集中管理、诊断的目的,2023/1/4,21,分布式结构-远程系统的雏形,分布式结构具有资源分散、结构模块性、工作并行性、协作自治性、系统透明性等优点。此外：分散数据采集，集中状态监测、诊断和管理可靠

9、性高各现场工作站均能够独立完成分布式处理，各节点具有相对独立性，当某一节点发生问题时，并不影响其它节点的正常工作可护展性和灵活性好由于采用了网络化结构，系统能在适应新技术的发展过程中，方便地将落后设备从网上卸下、将更新设备挂到网上功能强系统支持多用户、多任务，可承担较多的工作负荷成本低网络接口集成度高，网络基础设施可与生产管理控制系统、MIS系统等共享，系统的整体性能价格比高,2023/1/4,22,远程故障诊断的基本概念,基于Internet/Intranet的远程故障诊断是设备诊断技术与通信技术、网络技术、计算机技术以及控制技术相结合的产物远程诊断跨越了企业与研究机构、企业与企业在时间和空

10、间上的距离学术界可以利用网上诊断服务器开设技术知识讲座，对企业技术人员进行辅导和技术培训，同时发表有关的最新研究成果企业界则可以利用监测服务器为研究机构提供宝贵的现场数据，向研究机构或其它企业提出咨询,2023/1/4,23,远程故障诊断的基本概念,远程诊断系统能够方便地实现企业内部、行业内部、甚至更大范围的诊断数据和知识的共享，能够有效地组织异地专家会诊等远程诊断系统还是一个集咨询、培训、讨论、数据交换等于一体的全方位的信息交流系统这样既解决了生产企业技术力量不足和技术水平提高的问题又有利于研究机构更准确、更有效的获得设备运行的第一手资料，充实理论和技术研究,2023/1/4,24,远程故障

11、诊断系统的结构,一个完整的远程故障诊断系统通常应当包括三个主要子系统远程诊断中心：在高性能WEB服务器和数据库服务器的支撑下担负整个系统的控制协调任务企业监测分析中心(初级诊断中心)：主要负责企业内部的监测、分析和诊断，以及设备管理工作，同时负责对下属监测工作站的控制及管理现场监测工作站：由网络化的高性能再线数据采集器或便携式数据采集器所构成，主要负责数据采集、预处理以及报警监控等工作,2023/1/4,25,远程故障诊断系统的模型,2023/1/4,26,远程故障诊断系统的基本要求,无成本客户端：客户端软件应当是一般用户桌面系统都具有的浏览器廉价的系统维护：系统功能可以由用户添加组件进行扩展

12、；系统性能可以通过远程升级组件获得提高低廉的网络投资：用户可以充分利用企业内部已建立的Intranet，进行整个系统的构建低廉的监测和诊断费用：各种(关键)设备可以共享同一套系统,2023/1/4,27,远程故障诊断系统的基本要求,知识共享：对于地域分布的大型企业集团，允许在一个地区获取诊断知识，然后通过中心知识库，让整个企业共享相同或相近知识专家共享：能够通过网络汇集同行专家完成数据分析和故障原因会诊及评价协作诊断：不同地区的诊断系统和专家可以在远程诊断中心的协调下组成一个大的诊断网络，通过对不同来源的诊断结果进行融合的形式，最终给出协作诊断的结论,2023/1/4,28,远程故障诊断系统的

13、体系结构,三层B/S结构体系表示层(应用层)逻辑层数据层工作模式,2023/1/4,29,远程在线监测与诊断系统示例,VSN-NetMDS,远程诊断中心,企业监测中心,现场监测站,2023/1/4,30,示例：VSN-NetMDS系统结构框图,2023/1/4,31,示例：VSNsNetEMC企业监测中心,状态监测系统,历史数据分析,故障诊断专家系统,设备管理系统,用户管理系统,启停车过程监测,用户帮助系统,2023/1/4,32,示例：VSNsNetDAU监测工作站,硬件：基于VXI总线、并受DSP处理器支撑的多通道并行数据采集与预处理装置；可实现振动信号8Ch至64Ch的灵活组织，慢变（温

14、度、压力、流量）信号1Ch至24Ch自由组态快变（振动）信号完全同步采样。在内时钟控制采样模式时，系统采样频率可设定为：128 kHz、51.2 kHz、25.6 kHz、12.8 kHz、(按1:2:5分频)；在倍频器控制采样模式下，系统采样频率等于倍频器所提供的采样脉冲的频率,2023/1/4,33,示例：VSNsNetDAU监测工作站,软件：基于NI公司的LabWindows/CVI、VISA开发环境、Microsoft公司的Visual C+和 DSP过程支持开发环境完成的具有管理控制、参数设置、预处理、特征提取、报警处理、追忆数据存储和监测数据传输等功能的多个子系统,2023/1/4

15、,34,示例：VSNsNetDB网络数据库,SQL ServerOracle,2023/1/4,35,示例：监测与分析界面汇集,2023/1/4,36,远程巡检(离线)系统示例,2023/1/4,37,示例：PMS巡检系统功能框图,2023/1/4,38,示例：图片导航式设备信息浏览,2023/1/4,39,示例：巡检计划组态,2023/1/4,40,示例：监测与分析结果报表,2023/1/4,41,示例：监测与分析结果,2023/1/4,42,B/S模式在线监测诊断系统-总体功能,2023/1/4,43,B/S模式在线监测诊断系统-监测界面,波形监测,频谱监测,波形频谱监测,2023/1/4

16、,44,B/S模式在线监测诊断系统-分析界面,2023/1/4,45,监测与诊断技术发展趋势,离线系统与在线系统相互交融，最终形成基于Internet/Intranet的一体化远程监测与诊断系统，其中：分析方法和算法等共享数据库、知识库共享设备管理机制共享在线系统负责关键机组设备巡检系统面向尚无固定测点的中小设备,2023/1/4,46,监测与诊断技术发展趋势,监测与分析新技术的不断引入硬件方面功能强化 便携式数采增加整周期采样、双通道可靠性提高 在线系统采用VXI或PXI总线性能提高 高速多通道并行，DSP器件软件方面功能更加丰富完善、准确有效现代信号处理技术成果实用化分布式计算技术运用,2

17、023/1/4,47,监测与诊断技术发展趋势,系统中故障诊断功能完善故障分析指导系统：针对有关的机械设备及参数，给出若干可能故障的说明和分析依据，最后由操作者或分析人员来确定结论故障诊断辅助系统：在给出分析处理结果和故障特征提示的情况下，利用人机结合的方式进行故障分析与判断故障诊断专家系统：利用知识库和推理机由计算机自主（配合一定的人机交互）完成故障分析与诊断，并提出相应的处理措施,2023/1/4,48,监测与诊断技术发展趋势,设备管理功能占重要地位开发智能维护系统(IMS,Intelligent Maintenance System)IMS是指采用性能衰退分析和预测分析方法，结合信息电子技

18、术(包括：互联网、非接触式通讯技术、嵌入式智能电子技术)，使设备达到近乎零故障的性能的一种新型维护系统该系统将企业的设备管理、备品备件管理、以及设备信息化管理等融为一体,2023/1/4,49,结束语,机械设备状态监测和故障诊断技术在保障石化、冶金、钢铁和电力等流程工业中的机械设备安全、可靠和高效运行方面起到了重要的作用，近年来一直是一个重要的研究方向伴随着信息时代的到来，基于Internet/Intranet的远程设备状态监测和故障诊断技术展露出无可比拟的优势相信监测与诊断技术和系统必将在监护设备的过程中，获得自身的完美发展,思考题,过程装备故障诊断中有哪些主要分析方法？了解振动信号的基本参

19、数及表示（如有效值、峰峰值、频率、周期、相位、速度、加速度等）周期信号和非周期信号的频谱特征自相关函数的定义，自相关函数的表达式，自相关函数的性质？互相关函数的定义，互相关函数的表达式，互相关函数的性质？自功率谱，互功率谱，相干系数的定义？有哪些方面会造成转子的不平衡？不平衡故障的特征？动平衡与静平衡的考虑原则？动平衡精度？刚性转子和挠性转子的不同？造成转子不对中的原因和故障特征（平行不对中和角度不对中）？,2023/1/4,50,工业装备故障诊断技术,思考题,测振传感器的种类，各自的结构特点和使用场合。油膜振荡的故障特征？产生油膜振荡机理。为什么说油膜振荡是一种半速涡动。齿轮的主要故障和特征

20、信息？何为边频带？何为倒频谱？滚动轴承的主要故障类型和滚动轴承故障诊断方法。试述脉冲冲击仪诊断滚动轴承故障的基本思想。有哪些方面会引起往复式压缩机的管道振动。示功图在活塞式压缩机故障诊断中的应用。分析气柱共振产生过程和如何计算气柱共振管长？详述管道振动减振措施。,2023/1/4,51,工业装备故障诊断技术,思考题,何为亚异步振动，亚异步振动的特点。诱发亚异步振动的因素有哪些？旋转失速和喘振的故障特征？它们之间的区别？产生旋转失速和喘振的机理。信号频率、采样频率、采样长度之间的关系。常用的几种无损检测技术在设备故障诊断中的应用。设备状态检测和故障诊断的关系。状态监测和故障诊断系统的基本构成。,2023/1/4,52,工业装备故障诊断技术,