船舶動力設備故障診斷系統研制

費太軍,王軍生

（遼寧葫蘆島91202部隊，125004）

船舶動力設備故障診斷系統研制

費太軍,王軍生

（遼寧葫蘆島91202部隊，125004）

船舶動力設備是一只船舶航行的動力，其能否穩定運轉是保證船舶航行的關鍵，一旦出現故障，整艘船舶必將癱瘓，經濟損失巨大，嚴重還將危及人身安全。因此，本文介紹了一種船舶動力設備故障診斷系統，詳細說明了該儀器的硬件、軟件及其功能設計，并通過試驗驗證其可行性。

動力設備；故障診斷；計算機

船舶動力系統由許多動力設備組成，動力設備結構復雜、工作條件惡劣，極易出現故障，一旦出現故障，將嚴重影響船舶的正常運行，會帶來巨大的經濟損失，如果故障嚴重，還會對環境造成嚴重破壞，甚至還有可能造成重大事故，產生人員傷亡。根據國外某公司對發生事故船舶的統計：近年來，由于動力設備故障造成的賠償次數逐漸增加。對于船舶公司來講，船舶保險費用成為船舶運行中的一筆巨大支出。采用監測診斷技術對船舶主要動力設備進行實時監測，不僅能夠及時地發現動力設備運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生。

隨著我們科學技術的發展，船舶動力裝置的大型化和復雜化程度不斷提高，故障診斷和設備維修的難度日益增加。如何保持船舶動力裝置的可靠性，提高預定的營運功能，是當前急需解決的問題。建立船舶動力系統監測、維護與故障診斷系統，使得船舶動力系統在運行的同時可以快速監測、診斷和維護，以保證船舶的正常運轉。

1 故障診斷系統實際需求分析

根據不同船舶動力設備的工作原理之間的差異，監測診斷系統必須滿足船舶不同動力設備的監測診斷需求。船舶動力設備主要有柴油機，齒輪箱和增壓器、泵旋轉機器三種。其中柴油機的監測和診斷則需要對柴油機中最重要的熱力參數進行實時顯示以及警報設置。測試診斷系統必須可以通過對瞬時信號進行計算與分析，給出有效的診斷結果；齒輪箱的監測和診斷則需要通過對齒輪箱輸入輸出軸的振動信號進行實時檢測來判定齒輪箱是否發生嚴重磨損或斷裂等故障。而增壓器、泵旋轉機器的監測則需求對旋轉機械軸承座位置處的振動信號進行監測，判斷轉子平衡、對中情況，看是否有故障發生。

2 硬件系統介紹

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

船舶動力系統所配套的A/D板和信號調理板則采用當代最先進的特定用途集成電路技術，可以根據具體的用戶需求，進行設定系統的功能，通過更改設定滿足測試要求，進行綜合診斷，仿真與驗證。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行。

該船舶動力系統硬件部分由便攜計算機、擴展箱、硬件轉接板以及常用的參數測試傳感器等部分組成。該系統具有攜帶方便、操作簡單的特點。其硬件環境溫度、濕度沖擊均滿足船載使用要求。船舶動力系統硬件及其所使用的元器件均經過老化及防腐防潮處理后進行密封保護，完全符合航海環境使用。

3 軟件系統介紹

船舶動力設備故障診斷系統的應用軟件采用WindowsNT系統，該軟件是一個可以實現多種用途的操作系統，作為擁有許多高級應用程序的系統平臺，它繼承了Windows的優勢，具有友好的圖形用戶界面，而且在兼容性上有很大優勢可以在多種硬件平臺、網絡協議、客戶及連接等方面實現多種鏈接，其高性能、高可靠性和開放性的特點，很好的滿足了船舶動力設備故障診斷系統的使用要求，它也是目前硬件平臺中最試用的操作系統。

該儀器開發的應用程序軟件主要使用C++和Lab View語言共同編制完成。

C++語言是一種面向對象的開發語言，具有強大的可視性界面與網絡功能。其不僅可以實現程序框架的自動生成、基本的基本編寫、便捷的類管理以及交互操作等多種功能，并且還可以經過簡單的設置便可以實現其生成的程序框架滿足數據庫接口對接等要求。鑒于C++語言的這些優點，診斷函數通過C++語言編寫，生成動態的鏈接庫，以便于開發平臺的調用。

Lab View是由美國國家儀器公司提出的一種圖形化編程語言，其強大的虛擬儀器的系統一直受儀器軟件開發工作者們青睞。其秉承了“軟件即儀器”的先進設計概念，其虛擬儀器中的界面控件可模擬現實世界中的大部分測試儀器，不僅能創建滿足測試要求的自定義人機對話界面，而且還可以自由地創建強大的測量與控制系統，可以全面地取代各類不同特殊與昂貴測試儀器的功能。并且，其具有強大的儀器驅動軟件，可以輕松實現與任何接口硬件的快速連接，方便技術人員驅動不同總線標準的接口儀器[10]。采用Lab View進行軟件開發，開發周期短、開發成本低一直在工業界、學術界廣泛應用廣泛。本系統選用Lab View軟件作為開發平臺，診斷函數可用通C++語言編寫，生成動態的鏈接庫，不僅可以滿足本測試的使用，也便于后續平臺開發的調用和數據處理，保證了診斷的適用性。

4 故障診斷系統試驗驗證

以齒輪箱為例，筆者采用此船舶動力設備故障診斷系統對6L16/24-ZF 2500型齒輪箱進行了試驗測試分析。試驗的具體工況為在柴油機轉速為1000 R/min，不同負荷（0%，25%，50%和75%）試驗條件下進行了試驗。其測試結果如下：

圖 測試結果

通過試驗分析可以看出，齒輪箱的振動信號的峰值、波形因數、脈沖因數這三個參數都隨負荷的增大而增大，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信號測試的時域特征參數是可行的。

5 結論

船舶動力設備故障診斷系統功能強大，操作靈活，硬件靈活多變，可根據具體需求選擇配套的檢測硬件，極大的縮減了成本，具有較高的性價比。該設備的研制成功，不僅可以提高船舶動力設備檢測的效率和水平，而且檢測出的數據又方便存取，便于后續研究，是適合開展船舶動力故障檢測的理想工具。

[1]劉峻華,孟清正,楊濤,張聘亭. 船舶動力裝置可組態智能故障診斷系統設計[J]. 中國艦船研究,2011,02:77-80.

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[3]韓云東,李華軍,李天偉,何四華. 混合型專家系統在船舶動力裝置故障診斷系統中的應用[J]. 艦船科學技術,2006,01:47-49+53.

[4]錢立勝. 船舶動力裝置故障診斷技術現狀及發展[J]. 航海技術,2006,04:44-47.

[5]蔡冬林. 船舶動力裝置故障診斷專家系統[J]. 機電設備,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