李強

摘要：起重機為海洋船舶輔助系統(tǒng)核心裝備之一，因運行環(huán)境特殊，起重機運維管理及故障檢修難度大，若故障處理不及時會嚴重影響船舶各項工作的開展。為此本文介紹了一種船載起重機液壓系統(tǒng)的故障診斷專家系統(tǒng)，通過對起重機液壓系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控及故障專家診斷，有效排除設備故障風險，確保船載起重機穩(wěn)定運行。

關鍵詞：船載起重機;液壓系統(tǒng);故障診斷;專家系統(tǒng)

引言：

船載起重機服務于海上作業(yè)活動，例如設備吊運、生產補給、物資運輸?shù)?，其運行狀態(tài)關系到相關活動的順利開展。隨著海上作業(yè)等活動的頻繁開展，船載起重機的重要性和使用需求也明顯上升，對其運行質量提出更嚴格的要求，因此有必要引入故障診斷專家系統(tǒng)，對起重機故障管理方式做全面升級。

一、船載起重機液壓系統(tǒng)簡介

船載起重機液壓系統(tǒng)利用控制元件控制換向閥的開閉狀態(tài)，結合起重機運行工況，對液壓系統(tǒng)油路方向、壓力、流量等參數(shù)做針對性調整，使起重機始終保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)。液壓系統(tǒng)運行過程可實現(xiàn)無級調速，且可調范圍非常大，同時具備操作便捷的優(yōu)點，在起重機系統(tǒng)中的應用非常普遍。起重機液壓系統(tǒng)起升單元通過上限位、下限位、變幅下限位等方式進行控制，新型液壓系統(tǒng)還添加了應急釋放功能，可在起重機動力中斷后以手動方式啟動起升單元。

二、液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)構建

2.1系統(tǒng)架構搭建

船載起重機液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)架構可劃分為四個模塊，分別為人機交互模塊、數(shù)據(jù)庫、內核模塊和輸出模塊。其中，人機交互模塊提供起重機運行狀態(tài)監(jiān)控及故障診斷管理的有關功能，如歷史數(shù)據(jù)查詢、信息上傳、資料打印、權限管理、故障報警提示等。人機交互模塊采用賬號密碼登錄的方式，防止無關人員私自進入專家系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)運行安全。數(shù)據(jù)庫用于存儲大量起重機液壓系統(tǒng)運行的標準數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、常見故障的原因、診斷規(guī)律及處理措施等。數(shù)據(jù)庫為專家系統(tǒng)的核心，有關故障診斷的信息、知識均存儲在數(shù)據(jù)庫當中。內核模塊處于專家系統(tǒng)的底層，在此完成液壓系統(tǒng)故障信息的處理和分析，其包括知識處理、知識預處理、解釋機、推理機等模塊。輸出模塊則用以輸出液壓系統(tǒng)故障診斷結果，如診斷信息、分析流程、故障處理意見等。

2.2軟件系統(tǒng)設計

船載起重機液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)以專家系統(tǒng)技術為基礎，可利用AMESim軟件完成故障仿真分析。利用Visual Basic軟件調用Matlab函數(shù)完成液壓系統(tǒng)故障的在線診斷，將診斷結果存儲至數(shù)據(jù)庫當中。軟件系統(tǒng)具體設計流程如下：

2.2.1開發(fā)環(huán)境選擇

在工控機上安裝SQL Server數(shù)據(jù)庫、Visual Basic、PLUS+1 GUIDE5.0等軟件，構建專家系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境[1]。其中，SQL Server數(shù)據(jù)庫負責實時數(shù)據(jù)存儲及故障診斷知識。PLUS+1 GUIDE5.0為一種先進的通信軟件，可滿足多種通信方式需求，實時采集、顯示起重機運行現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

2.2.2人機交互界面

起重機液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)的使用主體為管理人員和技術維修人員，為滿足不同使用主體的操作需求，人機交互界面的設計必須簡潔明了，能夠便捷化開啟各功能項。但同時也要兼顧人機交互界面的美觀性，保證界面后期使用體驗。

2.2.3故障診斷模塊

故障診斷模塊提供人工和離線兩種故障診斷方式，以啟用數(shù)據(jù)庫中起重機液壓系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，完成故障在線診斷。

2.3硬件系統(tǒng)設計

2.3.1系統(tǒng)結構

故障診斷專家系統(tǒng)功能實現(xiàn)依托于來自起重機運行現(xiàn)場的各類狀態(tài)信息，確保信息采集精度和全面性是專家診斷質量提升的前提。專家系統(tǒng)應保證信息采集通道不低于17路，其中3路用作模擬量，采集信號的頻率在100Hz以上，對于采集到的起重機運行狀態(tài)信息，最短的保存時間不應低于2周。以壓力信號的采集為例。壓力傳感器采集起重機液壓系統(tǒng)實時壓力的電流信號，并在控制器完成電流信號向電壓信號的過渡。

2.3.2設備選型

專家系統(tǒng)終端硬件設備主要是安裝在起重機運行現(xiàn)場的各類傳感器和儀器儀表，依照起重機液壓系統(tǒng)運行產生信號源類型，傳感器設備的選型方案如下：

（1）壓力傳感器。壓力傳感器選擇需根據(jù)起重機現(xiàn)場運行條件、工作電壓、輸出信號等因素進行，且要求壓力傳感器具備優(yōu)良的防碰撞、抗外部干擾、防壓力峰值的能力。

（2）轉速傳感器。本文研究的故障診斷專家系統(tǒng)使用HD傳感器，該轉速傳感器的原理為非接觸測量，將傳感器安裝在液壓系統(tǒng)馬達軸向柱塞元件的測量孔內。傳感器采集電壓頻率信號，經處理后可計算得出液壓系統(tǒng)馬達的實際轉速。

2.3.3監(jiān)測點布置

在確定專家系統(tǒng)硬件結構并完成設備選型后，監(jiān)測點選取的科學性就在很大程度上決定了專家系統(tǒng)獲取液壓系統(tǒng)狀態(tài)信號的精確性，進而對故障專家診斷的結果產生影響。起重機液壓系統(tǒng)運行信號源包括開關量、模擬量和編碼等，不同類型的信號需使用不同的采集方法，具體監(jiān)測點的選取應涵蓋油箱液位、油溫、濾油器堵塞信號、液壓泵出口壓力、變幅油缸壓力、起升馬達壓力及轉速、回轉馬達壓力及轉速等[2]。

2.4系統(tǒng)功能實現(xiàn)

考慮到故障診斷專家系統(tǒng)的使用價值和適用范圍，在系統(tǒng)功能實現(xiàn)上不拘泥于液壓系統(tǒng)故障診斷，將系統(tǒng)運行狀態(tài)管理及故障診斷功能相結合。

（1）信息實時顯示。人機交互界面實時更新起重機運行核心參數(shù)，包括液壓系統(tǒng)壓力值、液壓油油位、起重機關鍵部位應力值等。各項狀態(tài)指標均在系統(tǒng)內預設標準范圍，若實際值超出標準值，系統(tǒng)自動給出聲光報警提示。

（2）運行工況記錄。系統(tǒng)自動采集起重機運行參數(shù)，構建運行工況趨勢模型，對起重機的實際運行情況進行監(jiān)督，為故障原因分析提供理論參考。

（3）自動預警功能。系統(tǒng)內存有起重機液壓系統(tǒng)正常運行的各項標準化數(shù)據(jù)，并設置系統(tǒng)正常運行的參數(shù)范圍，當來自各類傳感器的現(xiàn)場運行參數(shù)超出該范圍后，系統(tǒng)可自動報警并顯示運行異常的系統(tǒng)節(jié)點，提示管理人員及時關注，避免引發(fā)實質性的運行故障。

（4）遠程監(jiān)控功能。通過海油內網，可將船載起重機運行狀態(tài)信息實時傳輸回地面監(jiān)控中心，使管理人員詳細了解平臺起重機運行情況，向系統(tǒng)下達調控指令，并以語音、視頻指導的方式指導現(xiàn)場故障處理工作的有序開展。

（5）數(shù)據(jù)分析功能。專家系統(tǒng)可對起重機液壓系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)做自動統(tǒng)計，依照時間維度或具體的運行參數(shù)，輸出起重機液壓系統(tǒng)運行統(tǒng)計圖表，輔助平臺設備設施管理工作開展。

（6）故障診斷功能。故障診斷為專家系統(tǒng)的核心功能，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中存有大量起重機及起重機液壓系統(tǒng)的設備信息、歷史運行數(shù)據(jù)、標準運行參數(shù)、常見故障類型及診斷方案、專家意見等。將來自生產現(xiàn)場的狀態(tài)信息與數(shù)據(jù)庫中的標準信息相對比，以及時挖掘是否存在異常數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)第一時間報警并進行故障診斷，使系統(tǒng)故障可在短時間內被有效排除，避免影響起重機系統(tǒng)的正常運行。

結論：

船載起重機液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)的應用大大提高了液壓系統(tǒng)故障診斷效率和準確性，從而有效降低液壓系統(tǒng)故障概率，并將故障不利影響控制在最小范圍。隨著專家系統(tǒng)性能提升及功能完善，液壓系統(tǒng)故障診斷能力也將進一步提升，確保起重機運行質量。

參考文獻：

[1]羅朝霞，許巍，楊濟增，等.船載起重機液壓系統(tǒng)故障診斷分析[J].中國修船，2020，33（01）：47-48.

[2]崔寶柱.海上平臺起重機典型液壓系統(tǒng)功能原理及故障分析[J].內燃機與配件，2019（13）：150-151.