船舶柴油機活塞環頻繁異常折斷故障診斷系統研究

肖俊磊

【摘? 要】船舶柴油機出現活塞環頻繁異常折斷故障后，使用傳統診斷系統不僅操作繁瑣，且故障診斷時間較長，因此，本文將根據傳統故障診斷系統硬件的相關框架結構的基礎上增加可以有效收集柴油機活塞環相關數據參數的傳感器與接收器模塊，再通過不同終端平臺將數據傳輸至處理模塊，使用集散控制（DCS）技術對有效數據進行分析、提取、導入至故障分析模塊中，以此實現船舶柴油機活塞環頻繁異常折斷故障診斷。通過本研究發現，新型故障診斷系統的操作簡便，并能夠有效節省診斷時間，具有重要的應用價值。

【關鍵詞】船舶;柴油機;活塞環;異常折斷;故障診斷系統

前言

柴油機是船舶系統中的動力來源，是保障船舶的正常運轉的核心部件，因此，當柴油機出現故障后使用適當的方法進行診斷才能避免影響船舶的正常工作。活塞環是柴油機中重要的部件，在日常使用中會經常性出現異常折損，一旦發生故障將直接影響船舶的正常作業。船舶柴油機出現活塞環頻繁異常折斷故障后，使用傳統診斷系統不僅操作繁瑣，且故障診斷時間較長，為此，本文創建一種新型船舶柴油機活塞環頻繁異常折斷故障診斷系統，為了確保新型故障驗證系統的實用性及時效性，本文還將通過模擬真實場景的仿真實驗對其進行驗證。根據最終實驗結果發現，新型故障診斷系統的操作簡便，并能夠有效節省診斷時間，具有重要的應用價值。

1 新型故障診斷系統的創建

1.1 系統中硬件框架結構設計

新型故障診斷系統的硬件框架結構共包含有三個主要模塊，即信息采集、傳輸及分析模塊。其中信息采集模塊是由數據參數傳感器與數據接收器模塊組成，在工作過程中信息采集模塊將對柴油機活塞環的壓力幅值、振動頻率以及溫度變化等數據進行分類收集;信息傳輸模塊作用是通過不同終端平臺將數據傳輸至處理模塊[2];信息處理模塊主要是對其它模塊所采集到的信息進行分析處理。

1.2 活塞環的信息采集設計

活塞環的信息采集主要對收集的信息使用信息處理模塊進行分析的過程。信息處理模塊主要是由數據傳感器及數據接收器群組成，能夠準確地實現對柴油機活塞環各個參數進行收集，如壓力幅值、振動頻率以及溫度變化等[3]。設計方案為：在柴油機的活塞環中布設若干傳感器監測點位，并將數據傳感器聯通至數據接收模塊，在工作過程中通過數據傳感器各個監測點位獲取的信息參數便可實時傳遞到數據接收模塊。

1.3 活塞環的數據傳輸設計

活塞環的數據傳輸是對數據接收模塊接收到的信息參數進行傳輸的過程。數據傳輸傳輸模塊主要以用人工神經網絡為載體，搭配不同終端平臺將數據傳輸至處理模塊。由于數據傳輸模塊能夠對數據進行實時傳輸，因此，在進行故障檢測期間可以有效的節省大量的時間。

1.4 活塞環數據特征的提取

活塞環數據特征的提取是通過信息處理模塊分析處理信息傳輸模塊所傳遞的有效信息。信息處理模塊將會使用DCS技術將對收集的信息進行調制，將其生成為標注數據格式，并由計算機系統進行數據的歸類劃分，并將數據中的特征提取并儲存到系統數據庫，將此作為故障判斷的參考依據。

1.5 活塞環故障診斷的實現

活塞環故障診斷是將系統數據庫中數據引入至故障判斷模塊得以實現的。其中，本設計中故障診斷主要依托于故障診斷事件管理（DEM）以及故障診斷通信管理（DCM）技術，當DCM接收到診斷請求的數據信號，首先會將數據信號與系統數據庫進行比對，以此判斷活塞環當前的工作狀態，當判定其為非正常狀態時便會將數據信號所對應的特征數據信息反饋至DEM，便會立刻觸發DEM進行故障事件的判別。

DEM主要作用是對系統數據庫的數據進行讀寫與儲存，其中核心功能模塊是故障診斷碼（DTC），此外，DEM還將為DCM提供相關的技術支持，輔助DCM進行故障信號的判別。活塞環的相關數據中既包括信息傳感器監測采集到的信息，也包含DCM的比對信息，當活塞環發生故障后DEM便會將故障信息進行儲存，將經由DCM將非正常狀態下的活塞環數據傳遞至DEM，并通過DEM中的顯示模塊顯示出活塞環當前的狀態，之后DEM將獲取DCM中的診斷訊息并生成DTC，最終得到活塞環準確的故障數據，若活塞環出現故障，DEM將會給出對應的顯示。DTC不僅可以監測判斷出活塞環的運行狀態，還可以監測出信息傳感器中的各項數據，因此可以更加有效的保障數據在傳輸過程中的準確性，并確保最終判斷結果的真實性。

通過將獲取到的活塞環數據由信息模塊傳遞到智能故障診斷模塊時，首先會獲取DEM中的DTC信息，然后依據DTC確認出故障中的絕對地址與相對地址，至此，故障診斷系統便完成了柴油機活塞環頻繁異常折斷的故障診斷工作。智能故障診斷模塊結構圖如圖1所示。

圖1 智能故障診斷模塊結構圖

2 仿真校驗

為確保本次研究中新型船舶柴油機活塞環頻繁異常折斷故障診斷系統的可行性、合理性，將進行仿真實驗對其進行校驗，通過對比新型故障診斷系統與傳統故障診斷系統在柴油機活塞環異常折斷故障中的診斷時間，驗證新型故障診斷系統的診斷時間是否優于傳統故障診斷系統。

2.1 數據準備

仿真校驗要求為：實驗用柴油機數量為1000臺，且實驗所使用采油機均為新設備或運行時間均為一致、柴油機各項參數相同、柴油機中活塞環所用材質相同、實驗區域環境溫度相同。實驗數據參數設置如表1所示。

2.2 實驗結果對比分析

本次實驗中新型故障診斷系統與傳統故障診斷系統在柴油機活塞環異常折斷故障中的診斷對比的數據記錄是由第三方軟件完成，仿真校驗對比數據結果如圖2所示。

圖2 仿真校驗對比數據

通過仿真校驗的實驗對比數據可以看出，新型故障診斷系統比傳統故障診斷系統在柴油機活塞環異常折斷故障中的診斷時間快出10s，因此，新型故障診斷系統能夠有效節省診斷時間，具有重要的應用價值。

3 結語

船舶柴油機出現活塞環頻繁異常折斷故障后，使用傳統診斷系統不僅操作繁瑣，且故障診斷時間較長，本文創建的新型船舶柴油機活塞環頻繁異常折斷故障診斷系統雖然能夠有效節省診斷時間，但在故障診斷的準確性方面還有一定的不足，將來希望通過更加深入的研究使其不斷的完善。

參考文獻：

[1]柯赟，宋恩哲，姚崇，董全.船舶柴油機故障預測與健康管理技術綜述[J].哈爾濱工程大學學報，2020，41（01）：125-131.

（作者單位：中交天航濱海環保浚航工程有限公司）