費(fèi)太軍,王軍生

（遼寧葫蘆島91202部隊(duì)，125004）

船舶動(dòng)力設(shè)備故障診斷系統(tǒng)研制

費(fèi)太軍,王軍生

（遼寧葫蘆島91202部隊(duì)，125004）

船舶動(dòng)力設(shè)備是一只船舶航行的動(dòng)力，其能否穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)是保證船舶航行的關(guān)鍵，一旦出現(xiàn)故障，整艘船舶必將癱瘓，經(jīng)濟(jì)損失巨大，嚴(yán)重還將危及人身安全。因此，本文介紹了一種船舶動(dòng)力設(shè)備故障診斷系統(tǒng)，詳細(xì)說明了該儀器的硬件、軟件及其功能設(shè)計(jì)，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證其可行性。

動(dòng)力設(shè)備；故障診斷；計(jì)算機(jī)

船舶動(dòng)力系統(tǒng)由許多動(dòng)力設(shè)備組成，動(dòng)力設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作條件惡劣，極易出現(xiàn)故障，一旦出現(xiàn)故障，將嚴(yán)重影響船舶的正常運(yùn)行，會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，如果故障嚴(yán)重，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，甚至還有可能造成重大事故，產(chǎn)生人員傷亡。根據(jù)國(guó)外某公司對(duì)發(fā)生事故船舶的統(tǒng)計(jì)：近年來，由于動(dòng)力設(shè)備故障造成的賠償次數(shù)逐漸增加。對(duì)于船舶公司來講，船舶保險(xiǎn)費(fèi)用成為船舶運(yùn)行中的一筆巨大支出。采用監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)對(duì)船舶主要?jiǎng)恿υO(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不僅能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行過程中的故障征兆，而且還可以減少或避免惡性事故的發(fā)生。

隨著我們科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，船舶動(dòng)力裝置的大型化和復(fù)雜化程度不斷提高，故障診斷和設(shè)備維修的難度日益增加。如何保持船舶動(dòng)力裝置的可靠性，提高預(yù)定的營(yíng)運(yùn)功能，是當(dāng)前急需解決的問題。建立船舶動(dòng)力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、維護(hù)與故障診斷系統(tǒng)，使得船舶動(dòng)力系統(tǒng)在運(yùn)行的同時(shí)可以快速監(jiān)測(cè)、診斷和維護(hù)，以保證船舶的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 故障診斷系統(tǒng)實(shí)際需求分析

根據(jù)不同船舶動(dòng)力設(shè)備的工作原理之間的差異，監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)必須滿足船舶不同動(dòng)力設(shè)備的監(jiān)測(cè)診斷需求。船舶動(dòng)力設(shè)備主要有柴油機(jī)，齒輪箱和增壓器、泵旋轉(zhuǎn)機(jī)器三種。其中柴油機(jī)的監(jiān)測(cè)和診斷則需要對(duì)柴油機(jī)中最重要的熱力參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示以及警報(bào)設(shè)置。測(cè)試診斷系統(tǒng)必須可以通過對(duì)瞬時(shí)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算與分析，給出有效的診斷結(jié)果；齒輪箱的監(jiān)測(cè)和診斷則需要通過對(duì)齒輪箱輸入輸出軸的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)來判定齒輪箱是否發(fā)生嚴(yán)重磨損或斷裂等故障。而增壓器、泵旋轉(zhuǎn)機(jī)器的監(jiān)測(cè)則需求對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸承座位置處的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，判斷轉(zhuǎn)子平衡、對(duì)中情況，看是否有故障發(fā)生。

2 硬件系統(tǒng)介紹

考慮到船用故障診斷等特點(diǎn)，主機(jī)采用特制的便攜式計(jì)算機(jī)裝置，并對(duì)其進(jìn)行加固處理，外接4個(gè)PCI接口?？偩€方式則采用具有高性能的外部設(shè)備互聯(lián)總線方式。該總線的具體設(shè)置采用時(shí)鐘40MHz，64位。 PCI總線方式可支持多種通用處理器，如奔騰等。同時(shí)也支持即插即用技術(shù)，方便用戶可以按照具體需求外接各種組件完成不同設(shè)備的故障診斷。

船舶動(dòng)力系統(tǒng)所配套的A/D板和信號(hào)調(diào)理板則采用當(dāng)代最先進(jìn)的特定用途集成電路技術(shù)，可以根據(jù)具體的用戶需求，進(jìn)行設(shè)定系統(tǒng)的功能，通過更改設(shè)定滿足測(cè)試要求，進(jìn)行綜合診斷，仿真與驗(yàn)證。其中程控放大、抗混濾波等通用功能則基本由軟件程序控制完成，而不是采用硬件的方式進(jìn)行。

該船舶動(dòng)力系統(tǒng)硬件部分由便攜計(jì)算機(jī)、擴(kuò)展箱、硬件轉(zhuǎn)接板以及常用的參數(shù)測(cè)試傳感器等部分組成。該系統(tǒng)具有攜帶方便、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。其硬件環(huán)境溫度、濕度沖擊均滿足船載使用要求。船舶動(dòng)力系統(tǒng)硬件及其所使用的元器件均經(jīng)過老化及防腐防潮處理后進(jìn)行密封保護(hù)，完全符合航海環(huán)境使用。

3 軟件系統(tǒng)介紹

船舶動(dòng)力設(shè)備故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用軟件采用WindowsNT系統(tǒng)，該軟件是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)多種用途的操作系統(tǒng)，作為擁有許多高級(jí)應(yīng)用程序的系統(tǒng)平臺(tái)，它繼承了Windows的優(yōu)勢(shì)，具有友好的圖形用戶界面，而且在兼容性上有很大優(yōu)勢(shì)可以在多種硬件平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、客戶及連接等方面實(shí)現(xiàn)多種鏈接，其高性能、高可靠性和開放性的特點(diǎn)，很好的滿足了船舶動(dòng)力設(shè)備故障診斷系統(tǒng)的使用要求，它也是目前硬件平臺(tái)中最試用的操作系統(tǒng)。

該儀器開發(fā)的應(yīng)用程序軟件主要使用C++和Lab View語(yǔ)言共同編制完成。

C++語(yǔ)言是一種面向?qū)ο蟮拈_發(fā)語(yǔ)言，具有強(qiáng)大的可視性界面與網(wǎng)絡(luò)功能。其不僅可以實(shí)現(xiàn)程序框架的自動(dòng)生成、基本的基本編寫、便捷的類管理以及交互操作等多種功能，并且還可以經(jīng)過簡(jiǎn)單的設(shè)置便可以實(shí)現(xiàn)其生成的程序框架滿足數(shù)據(jù)庫(kù)接口對(duì)接等要求。鑒于C++語(yǔ)言的這些優(yōu)點(diǎn)，診斷函數(shù)通過C++語(yǔ)言編寫，生成動(dòng)態(tài)的鏈接庫(kù)，以便于開發(fā)平臺(tái)的調(diào)用。

Lab View是由美國(guó)國(guó)家儀器公司提出的一種圖形化編程語(yǔ)言，其強(qiáng)大的虛擬儀器的系統(tǒng)一直受儀器軟件開發(fā)工作者們青睞。其秉承了“軟件即儀器”的先進(jìn)設(shè)計(jì)概念，其虛擬儀器中的界面控件可模擬現(xiàn)實(shí)世界中的大部分測(cè)試儀器，不僅能創(chuàng)建滿足測(cè)試要求的自定義人機(jī)對(duì)話界面，而且還可以自由地創(chuàng)建強(qiáng)大的測(cè)量與控制系統(tǒng)，可以全面地取代各類不同特殊與昂貴測(cè)試儀器的功能。并且，其具有強(qiáng)大的儀器驅(qū)動(dòng)軟件，可以輕松實(shí)現(xiàn)與任何接口硬件的快速連接，方便技術(shù)人員驅(qū)動(dòng)不同總線標(biāo)準(zhǔn)的接口儀器[10]。采用Lab View進(jìn)行軟件開發(fā)，開發(fā)周期短、開發(fā)成本低一直在工業(yè)界、學(xué)術(shù)界廣泛應(yīng)用廣泛。本系統(tǒng)選用Lab View軟件作為開發(fā)平臺(tái)，診斷函數(shù)可用通C++語(yǔ)言編寫，生成動(dòng)態(tài)的鏈接庫(kù)，不僅可以滿足本測(cè)試的使用，也便于后續(xù)平臺(tái)開發(fā)的調(diào)用和數(shù)據(jù)處理，保證了診斷的適用性。

4 故障診斷系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證

以齒輪箱為例，筆者采用此船舶動(dòng)力設(shè)備故障診斷系統(tǒng)對(duì)6L16/24-ZF 2500型齒輪箱進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試分析。試驗(yàn)的具體工況為在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為1000 R/min，不同負(fù)荷（0%，25%，50%和75%）試驗(yàn)條件下進(jìn)行了試驗(yàn)。其測(cè)試結(jié)果如下：

圖 測(cè)試結(jié)果

通過試驗(yàn)分析可以看出，齒輪箱的振動(dòng)信號(hào)的峰值、波形因數(shù)、脈沖因數(shù)這三個(gè)參數(shù)都隨負(fù)荷的增大而增大，而峭度值可基本保持不變，維持在3左右，將其作為齒輪箱振動(dòng)信號(hào)測(cè)試的時(shí)域特征參數(shù)是可行的。

5 結(jié)論

船舶動(dòng)力設(shè)備故障診斷系統(tǒng)功能強(qiáng)大，操作靈活，硬件靈活多變，可根據(jù)具體需求選擇配套的檢測(cè)硬件，極大的縮減了成本，具有較高的性價(jià)比。該設(shè)備的研制成功，不僅可以提高船舶動(dòng)力設(shè)備檢測(cè)的效率和水平，而且檢測(cè)出的數(shù)據(jù)又方便存取，便于后續(xù)研究，是適合開展船舶動(dòng)力故障檢測(cè)的理想工具。

[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(guó)艦船研究,2011,02:77-80.

[2]李康,陳雪軍,石湘,陳海小,胡湘江,陳略. 時(shí)頻分析在船載天線和船舶動(dòng)力系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用[J]. 遙測(cè)遙控,2011,04:33-40.

[3]韓云東,李華軍,李天偉,何四華. 混合型專家系統(tǒng)在船舶動(dòng)力裝置故障診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 艦船科學(xué)技術(shù),2006,01:47-49+53.

[4]錢立勝. 船舶動(dòng)力裝置故障診斷技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 航海技術(shù),2006,04:44-47.

[5]蔡冬林. 船舶動(dòng)力裝置故障診斷專家系統(tǒng)[J]. 機(jī)電設(shè)備,2005,05:24-27.

Development of fault diagnosis system for marine power equipment

Fei Taijun,Wang Junsheng
(Huludao Liaoning 91202 troops，125004）

The ship power equipment is a ship's power,its stability operation is the key to ensure the navigation of the ship,once the failure,the entire ship will be paralyzed,huge economic losses,serious will endanger the personal safety.In this paper,a fault diagnosis system for marine power equipment is introduced.The hardware,software and function design of the instrument are described in detail,and the feasibility of this method is verified by experiments.

power equipment;fault diagnosis;computer