船舶發(fā)電機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)

肖向鋒

船舶發(fā)電機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)

肖向鋒

肖向鋒

連云港市地方海事局

肖向鋒，男，湖北英山，1984.11，大學(xué)本科，連云港市地方海事局 中級工程師，研究方向：船舶輪機(jī)電氣。

隨著世界多元化的發(fā)展，市場經(jīng)濟(jì)不斷提高，船舶事業(yè)在其發(fā)展中承擔(dān)著不可替代的作用。船舶的正常運(yùn)行也受到國家密切的關(guān)注，船舶電力系統(tǒng)的核心就是發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)是否正常工作決定著船舶的正常運(yùn)行。發(fā)電機(jī)一旦出問題，就需立馬維修，盡快恢復(fù)正常，否則很可能引起人員的傷亡事故以及經(jīng)濟(jì)的重大損失。所以船舶發(fā)電機(jī)的故障診斷系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。隨著國內(nèi)外發(fā)電機(jī)診斷系統(tǒng)的不斷發(fā)展，我國傳統(tǒng)的診斷技術(shù)已經(jīng)跟不上時代的發(fā)展，智能故障診斷系統(tǒng)已經(jīng)全面應(yīng)用。本文對船舶發(fā)電機(jī)的智能故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行了研究分析，希望可以為船舶的維修提供可靠依據(jù)。

為了保證船舶可以正常的運(yùn)行，船舶發(fā)電機(jī)也在不斷改進(jìn)，功能的不斷完善，系統(tǒng)不斷地精密化，運(yùn)行時間不斷增加，導(dǎo)致電機(jī)的負(fù)荷不斷加重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，系統(tǒng)之間也變得復(fù)雜化，致使發(fā)電機(jī)的故障率也加大。因此傳統(tǒng)的人工診斷方法已經(jīng)跟不上信息化的時代，船舶智能診斷技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際中，其精確、快速的診斷提高了故障維修的速度，減緩事故的發(fā)生，確保船舶正常的運(yùn)行。

1 故障診斷系統(tǒng)的定義

在一定條件下通過某種手段查明是哪個系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，出現(xiàn)了什么問題，問題嚴(yán)重性，問題的解決方法，以及預(yù)測某個問題的發(fā)展程度做好準(zhǔn)備等，即指通過表面想象去判斷其本質(zhì)，用現(xiàn)在和過去的現(xiàn)象推測未來。在船舶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中，可以通過船舶各項可測量的參數(shù)以及船舶各項部件的運(yùn)行狀況去判斷設(shè)備的運(yùn)行狀況，出現(xiàn)異常就需判斷其故障的原因與位置，做好預(yù)防措施。故障診斷就是通過檢查各項部件的參數(shù)及征兆等信息對設(shè)備進(jìn)行全面的識別，完成設(shè)備診斷的過程。為了更方便的獲取信息，減少不必要的麻煩，智能故障診斷技術(shù)很大程度上符合人們的要求，更方便實(shí)施。

常見故障與智能故障診斷方法

發(fā)電機(jī)常見的故障

船舶發(fā)電機(jī)主要故障有：轉(zhuǎn)子故障、軸承故障、氣隙偏心故障和定子故障等。其多表現(xiàn)在機(jī)械類和電氣類故障，其中機(jī)械類主要有轉(zhuǎn)子軸承的不轉(zhuǎn)動、軸承異常噪聲及振動、發(fā)電過熱等故障。電氣類主要包括正常操作、啟動和空載運(yùn)行三個方面，在正常操作中可能會因電壓的突變引起操作使電壓的異常；在啟動時可能出現(xiàn)電壓值忽高忽低，或無電壓的現(xiàn)象；在空載運(yùn)行中正常的電壓由于加入負(fù)載導(dǎo)致電壓的波動等。

智能診斷方法

1.知識故障診斷法

知識故障診斷法包括專家系統(tǒng)的故障診斷法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷法和模糊邏輯推理診斷法。

專家系統(tǒng)故障診斷法是指由業(yè)內(nèi)專家的經(jīng)驗所建立的，當(dāng)船舶發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時發(fā)生故障時，系統(tǒng)會自動檢查出是那個部位出現(xiàn)了問題給出合理化建議。系統(tǒng)還可以記錄不能識別的故障，等待專家來處理，記錄處理方法，完善系統(tǒng)資料。使系統(tǒng)智能化逐漸加強(qiáng)，應(yīng)用在各個系統(tǒng)中。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有并行處理、自主學(xué)習(xí)和處理非線性的能力，而且不用建立數(shù)學(xué)模型，所以在非線性故障中非常適合。系統(tǒng)可以設(shè)置多種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式，每種模式是根據(jù)特定的學(xué)習(xí)方法，把收集的頻率及信號設(shè)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，并設(shè)定輸出的條件，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)練習(xí)，確定準(zhǔn)確的權(quán)值。通過對網(wǎng)絡(luò)模式的編輯，把異常信號輸入整理好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，系統(tǒng)則可以自動對其進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)處理，明確指出故障部位以及處理方法。

模糊邏輯推理診斷法是把專家知識結(jié)構(gòu)和基本出處理法結(jié)合在一起，形成一個模糊邏輯的存儲庫，充分利用已有的資源和經(jīng)驗，找到更適合的處理方法，在故障診斷中合理的運(yùn)用。

2.信號處理方法

信號處理方法中的典型是小波變換診斷法，不需要精確的數(shù)學(xué)模型，簡單方便，因此適用性是非常好的。

小波變換診斷方法是通過檢測信號波動、異常來找出信號異常的位置，也可以檢測信號頻率的波動。所以小波變化診斷法可以通過信號來處理設(shè)備的異常故障。

3.信號處理方法

是指利用外觀估測器輸出的估計值和實(shí)際測取的數(shù)值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，推測故障發(fā)生的原因與位置。

單純使用一種方法很難起到很好的效果，在船舶發(fā)電機(jī)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，可以根據(jù)問題的情況結(jié)合使用各種故障診斷方法對故障進(jìn)行處理，把各自的優(yōu)勢結(jié)合起來方便處理故障。

2 船舶發(fā)電機(jī)智能故障診斷法的發(fā)展現(xiàn)狀

發(fā)展歷程

故障診斷技術(shù)經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，已經(jīng)成為世界各國關(guān)注以及研究的重點(diǎn)。初期時，由于社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限，生產(chǎn)水平和科學(xué)技術(shù)的落后，人們對故障診斷的認(rèn)識還是比較淺薄。基本都是出現(xiàn)問題了，才去解決，這會浪費(fèi)很多時間與精力，而且導(dǎo)致停止運(yùn)行，會造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。伴隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷推進(jìn)，人們已經(jīng)認(rèn)識到了故障診斷的重要性。開始對其進(jìn)行定期的檢查與維修，做好一系列的監(jiān)控預(yù)防工作，處于預(yù)知維修階段。這樣診斷工作有了很大的提高，減少故障發(fā)生頻率。

我國故障診斷技術(shù)同樣也是隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不斷完善，主要有兩個進(jìn)程階段：在二十世紀(jì)七十年代末我國就開始對國外的先進(jìn)思想開始學(xué)習(xí)，對一些故障診斷方法有了初步的認(rèn)識。在二十世紀(jì)八十年代初，我國就開始全方位的學(xué)習(xí)研究故障診斷法，以及從國外學(xué)習(xí)智能故障診斷法，這使故障診斷的研究在我國有了新的里程碑，推動了故障診斷的發(fā)展并取得了影響世界的新成果。如：劉彥呈教授對船舶發(fā)電機(jī)電閘間短路故障新的診斷識別方法與解決方式；黨存裕教授對船舶發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型的仿真。獲取了大量數(shù)據(jù)樣本，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷識別取得了巨大成績等。

故障診斷技術(shù)在這30多年中，不斷改進(jìn)又有了翻天覆地的改變，從最開始的簡單化到技術(shù)化再到智能化不斷地飛躍。簡單化階段主要是由人員進(jìn)行維修，設(shè)備簡單，只能通過個人的經(jīng)驗來進(jìn)行推測診斷，這種方法簡單化，但對維修人員的技術(shù)要求非常高，局限性比較大，還費(fèi)時費(fèi)力；技術(shù)化階段是利用建立數(shù)據(jù)模型，運(yùn)用動態(tài)測試技術(shù)和傳感技術(shù)處理信號的故障診斷方法，但對數(shù)據(jù)模型的建立要求需要非常精確，否則就會有誤差，效果不是特別的理想化；智能化是利用專家系統(tǒng)的故障診斷法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷法和模糊邏輯推理診斷法。各種方法的配合下已經(jīng)有了很大改進(jìn)，但智能診斷法還需不斷地完善。

未來的發(fā)展趨勢

船舶發(fā)電機(jī)是一個非線性函數(shù)系統(tǒng)，而且復(fù)雜多樣，致使其故障的診斷十分困難，因此應(yīng)該把先進(jìn)的科學(xué)診斷法與傳統(tǒng)的經(jīng)驗相結(jié)合起來，把船舶發(fā)電機(jī)智能診斷技術(shù)沿著智能化，通用化，綜合化方向發(fā)展。例如：

1.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的完善。

2.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與信號處理的結(jié)合。

3.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與診斷理論的融合。

4.智能化系統(tǒng)的通用化和微型化等。

3 總結(jié)

船舶發(fā)電機(jī)是船舶發(fā)電系統(tǒng)的核心，伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，船舶發(fā)電機(jī)正朝著精密化、高速化、集成化和大型化發(fā)展，船舶發(fā)電機(jī)故障智能診斷系統(tǒng)的發(fā)展也要隨之改變。智能化診斷是適應(yīng)社會科學(xué)發(fā)展趨勢的一種有效措施。智能診斷系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中能更快的發(fā)現(xiàn)故障，給予解決故障的方法，避免巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員的傷亡。因此船舶發(fā)電機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)的不斷完善有著重要的意義。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.02.072