姚競紅 嚴國祥

（浙江萬里學院315100 杭州華豐紙業(yè)有限公司 310011）

1 概述

所謂傳動設備運行的監(jiān)測與故障診斷就是研究設備運行狀態(tài)信息的變化，進而有助于我們識別設備運行狀態(tài)。通常我們說的設備工作正常運行就是指它具備應有的功能，并達到了某一標準。在實際工作中，我們在檢測與故障診斷中，就是把設備的異常情況或者故障狀態(tài)在設備運行中通過其信息提供將其充分反映出來，并且要快速準確?，F(xiàn)代的故障信息處理技術，就是信號測取，中間變換，數(shù)據(jù)采集，信息提示這幾個主要部分的變化與處理，把設備在運行過程中的各種故障狀態(tài)與特性以報警與故障這二種方式加以表達。它的基本故障診斷過程可以用圖1表示。

圖1 故障診斷的基本過程圖Fig.1 The basic procedure diagram of fault diagnosis

由圖1可見：一個診斷系統(tǒng)，它的硬件部分的組成主要由信號探測、信息處理與變換、狀態(tài)診斷和輸出設備構成：軟件部分的組成主要是包括一些管理軟件（統(tǒng)籌與協(xié)調(diào)信息變換，文檔建立、修改、調(diào)用；信號采集、處理軟件的選擇、調(diào)用；故障診斷與評價軟件及調(diào)用，監(jiān)測過程管理及輸入輸出方式選擇等）、文檔軟件（完成自動搜索、域值設置、特征值選取，存入有關診斷和運行參數(shù)，診斷過程和使用方案等）、信號采集和處理軟件（信號樣本選取，提取和凝聚故障特征信號）、信號診斷和狀態(tài)評價軟件等。因此它必須具備以下這些功能：

（1）實時的在線采樣功能，就是在運行條件下（不停機的狀態(tài)）能實時采集各種運行狀態(tài)信號，完成自動監(jiān)測；

（2）有各種信息文檔建立、存儲和讀寫更換功能；

（3）對于各種信息來源，實時作業(yè)數(shù)據(jù)處理、分析、調(diào)用的功能；

（4）在進行監(jiān)測和診斷中，有自選最佳處理程序和方法的功能；

（5）對整個傳動系統(tǒng)，必須有系統(tǒng)自動監(jiān)控和管理控制的功能；

（6）有對故障信息進行自動狀態(tài)評價和故障診斷的功能；

（7）能進行PC通訊的人機對話功能；

加快渝黔區(qū)域合作，推動邊界經(jīng)濟走廊建設，要強化頂層設計，加快兩地各種資源流動共享，增強兩地經(jīng)濟發(fā)展粘合度，因地制宜，因勢利導，科學指導。

（8）有分時診斷功能：主要是在出現(xiàn)多個診斷對象時，自動選取各種不相同的診斷方案，自動地在每次診斷前調(diào)用出相應的文檔運行；

（9）應有多樣化的顯示輸出與報警功能。

2 設備故障信息的特性與分析

當設備在運行中，如果系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生了變化，也就是說偏離了正常的參數(shù)設置值，那么它就是有可能出現(xiàn)故障，這時故障信息就會通過一些功能特征參數(shù)表現(xiàn)出來，并加以傳遞顯示。在這一過程中，當信息源發(fā)出的僅是一種狀態(tài)（確定量）的信號，那么表明它的特征就不會攜帶任何信息。對于各種故障信息蘊含著某種不確定，此時的信息源的不確定性與信息源所包含的隨機事件的可能狀態(tài)數(shù)及每種狀態(tài)出現(xiàn)的概率有關。設系統(tǒng)狀態(tài)集Y（Y1，Y2，……，Yn），每種狀態(tài)出現(xiàn)的概率為P（Yi），則一個信息源可以用一個概率空間來描述：Y：Y1，Y2，……，Yn：P（Y）：P（Y1），P（Y2），……，P（Yn）。其中∑P（Yi）＝1，且各種狀態(tài)空間相互獨立，＠常以｛Y，P（Y）｝來表示。同時故障信息的診斷中，我們也可以把診斷過程的理解看成是一個對系統(tǒng)運行模式的識別過程。通常故障識別信息只來源于兩方面，一方面是故障模式類別屬性構成的信息源，可稱之為故障模式信息，它由系統(tǒng)的可能故障和這些故障類別的出現(xiàn)概率所構成；另一方面的信息為故障樣本特征屬性構成的信息源，我們在這里把它稱之為故障特征信息源，它由故障特征和特征的概率分布函數(shù)所構成。對于這二方面的信息源在故障信息診斷中的作用和相互關系，我們可用圖2表示。

圖2 故障模式信息與故障特征信息的關系分析表示圖Fig.2 Relationship of the fault model information and fault character information analysis scheme

對于故障概率的空間，我們設E＝｛Ω，P｝是故障模式概率空間，其中Ω是故障模式類別集合：Ω＝（Ω1，Ω2，……，Qm），m 是故障類別數(shù)，P 是定義在E上的故障概率測度。其中各故障的先驗概率為P（Ωi），滿足1，i＝1，2，3，……，n。對于故障特征概率的空間，我們設F＝｛X，P（X）｝為樣本特征概率空間，其中樣本特征向量可表示為X＝（X1，X2，……，Xn）T，n表示向量維數(shù)，P（x）是定義在F下的樣本特征概率密度函數(shù)，滿足1，從上述的故障信息關系定義的分析中，我們可以得到有關故障識別的有關表達方式，即ΔHR＝H（E）－H（E/F），則對于不確定性YE可定義為：YE從中可以看到，故障識別過程是降低故障類別不確定性的過程，可見I（E，F(xiàn)）越大，不確定性也越大，信息模式識別的任務也越大。當YE＝0時，即I（E，F(xiàn)）＝0，即故障類別確定。因此YE也可以作為診斷問題的深度來測定。同樣也可以定義為：YE＝I（F，E）/H（F），當YE＝YF時，表明對特征空間識別信息可轉化為對故障類別的識別。

在實際運行中各種信息的輸送傳遞總是按照一定的變化程序來加以輸送和表示，對于故障信息的傳遞過程，由于通過某一控制單元前它的信息量Jy（i）（x）總要大于通過以后這些控制單元的信息量Jy（I－1）（x），即：Jy（i）（x）＞Jy（I－1）（x）＞Jy（I－2）（x）＞…，式中i＝0，1，2，…由此它的故障信息傳遞圖可用圖3來表示：

圖3 故障信息傳遞表示圖Fig.3 Fault information transport scheme

通過對上面的故障信息特征的研究與分析，針對設備在運行過程中的各種動態(tài)信號，它始終攜帶著與此密切相關豐富信息，對于故障信息量，它既有著確定因素，又存在著不確定性的特點，這種不確定性的主要表現(xiàn)，集中反映在三個方面，隨機性，模糊性和未確定性，當今的信息技術將這些狀況，經(jīng)過采樣，數(shù)據(jù)處理，診斷提示，幫助我們來提高設備的運行效率和安全可靠性，推進管理和維護的時效性。

3 應用實例和結論

圖4是SIEMENS傳動控制的功能模塊原理圖。

圖4 SIEMENS傳動控制的功能模塊原理圖Fig.4 Functional modularity of SIEMENS drive system schematic diagram

系統(tǒng)的信息故障診斷技術控制是通過數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)發(fā)送最終由微處理器來實現(xiàn)的，它對主回路和控制回路都進行監(jiān)控，并通過顯示裝置，傳遞實時運行信息，用相關的信息碼來表示系統(tǒng)的運行正常與否。

對控制回路，可檢查診斷RAM的每個存儲器是否寫入或讀出正確的參數(shù)數(shù)據(jù)，對EPROM的內(nèi)容進行檢測與設置值比較是否符合標準，對各輸入點進行測定，是否符合系統(tǒng)工作要求的相關值。

對功率控制回路，可檢查診斷其各種狀態(tài)，對電源相序檢查是否符合觸發(fā)脈沖相序要求，每個功率模塊的觸發(fā)結果，釋放回路及逆變狀態(tài)，以放止失控。

對電網(wǎng)電源頻率和過零次數(shù)的檢查診斷，確定同步硬件是否正常，檢查診斷電網(wǎng)電壓是否超過系統(tǒng)控制的上限和下限值，檢查和診斷系統(tǒng)在運行中有無過流欠壓狀況，對負載電流信號進行監(jiān)控并與設定的極限值比較，對A/D轉換的時間進行監(jiān)測和診斷，是否在規(guī)定的時間內(nèi)完成。

它的信息故障信號可設置48個，報警信號可設置19個，可以是內(nèi)部故障的，也可以是外接故障的。

由于該系統(tǒng)具有智能型的診斷技術，它提供的各種診斷信息可靠性極高，并指出了相應的維修處理的指南，有助于我們的設備管理。它的實時故障信息診斷功能快速有效，尤其是人機對話，通訊連接更可以獲取高品質(zhì)的診斷效果。因此整個系統(tǒng)的運行是十分安全可靠的，它既給我們帶來了經(jīng)濟效益又給我們在維修和管理方面帶來了意想不到的收獲。