船舶內燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)

靳良真

（濰柴重機股份有限公司，山東濰坊 261061）

0 引言

隨著遠洋運輸行業(yè)的飛速發(fā)展，對船舶內燃機的應用質量要求也在逐漸提升，作為船舶主要部分，內燃機可以為船舶行駛提供動力，當內燃機出現(xiàn)故障時，將會直接影響船舶整體應用效率。因此，圍繞船舶內燃機的運行狀態(tài)與故障診斷制定科學合理的監(jiān)測系統(tǒng)，融合現(xiàn)代化技術，這樣可以通過網(wǎng)絡解決多種船舶故障。針對船舶內燃機的運行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)進行研究，合理應用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡與測控網(wǎng)絡技術，并且將多層信息傳感器與信息融合方式作為基礎，這對提升船舶內燃機應用效果具有重要意義。

1 基于振動的船舶動力設備監(jiān)測診斷技術

船舶內燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)在運行中需要依靠動力振動原理，通過將實時運行的振動情況與正常狀態(tài)下的數(shù)據(jù)信息進行對比分析，根據(jù)振動效應之間的差異情況，能夠準確判定出船舶運行時的異常情況與故障發(fā)生區(qū)域。對于船舶動力設備來說，內燃機是主要的部分，采用振動監(jiān)測技術對其進行監(jiān)測，可以將設備的運行狀態(tài)評價指標作為依據(jù)。這樣在主動振動技術的支持下，可以進一步將振動烈度、振動速度、相應的均方根值進行計算，并且與船舶動力設備的具體作業(yè)參數(shù)進行結合分析，這樣能夠對設備運行機理進行正確分析，以此來提升故障診斷系統(tǒng)的準確性與科學性。

在船舶內燃機的運行狀態(tài)監(jiān)測環(huán)節(jié)，可以采用振動監(jiān)測技術對船舶運行狀態(tài)分析，其作業(yè)原理為在振動法的作用下，內燃機內部的缸套與活塞環(huán)之間的間隙會影響到振動幅度，根據(jù)缸套的外部表現(xiàn)特征能夠看出，在傳遞作用下如果內燃機內部的運行失衡，會改變缸套與活塞環(huán)之間的運行特征，例如加劇活塞環(huán)的磨損程度，有時候雖然不會馬上在外表特征中得以體現(xiàn)，但是卻會嚴重影響到后期的應用效果。此外，在齒輪箱振動診斷環(huán)節(jié)，利用振動系數(shù)與穩(wěn)定情況能夠對齒輪箱的運行狀態(tài)進行準確診斷，并且對振動所產(chǎn)生的振動信號進行分析，可以對內燃機的故障情況進行診斷。在對設備振動頻率進行計算時，全面了解內燃機的運行機理與參數(shù)，在設備發(fā)生故障時能夠準確辨析出差異，這樣能夠對設備的振動數(shù)據(jù)信息進行科學化處理。

2 遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的整體結構

2.1 網(wǎng)絡結構

船舶內燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的結構主要由船舶本體與企業(yè)兩方面組成，二者之間通過國際海事衛(wèi)星實現(xiàn)遠程通信，這樣可以將船舶內燃機運行數(shù)據(jù)信息實時傳遞給船舶企業(yè)，相關維修人員能夠根據(jù)數(shù)據(jù)信息準確判定船舶的運行狀態(tài)。因此，需要在船舶內燃機與部分機艙中利用局部診斷裝置與測控傳感器，這樣能夠對船舶運行狀態(tài)下的各類信息進行準確捕捉，例如振動參數(shù)、溫度以及油液等。通過現(xiàn)場總線將數(shù)據(jù)信息傳輸至船舶信息中心微機處理系統(tǒng)中，通過與數(shù)據(jù)庫中的信息進行對比分析，以此來獲得更加準確的診斷結果。

在底層網(wǎng)絡的構建過程中需要將CAN 總線作為基礎，并且將船舶內燃機監(jiān)測診斷系統(tǒng)劃分為很多個分支，通過對多區(qū)域的數(shù)據(jù)信息進行收集，這樣在整合后能夠使數(shù)據(jù)信息更具客觀性，在得到現(xiàn)場監(jiān)測與診斷數(shù)據(jù)結論時，需要與獨立的顯示與報警體系相連接，并且最終向船舶信息監(jiān)控中心進行傳遞，進而在船舶二級融合信息處理后對故障情況進行分析，如果有需要，維修人員還要針對數(shù)據(jù)信息進行分析，以此來形成對診斷結果的三次融合分析，利用傳輸系統(tǒng)將最終的維修決策傳回到船舶現(xiàn)場處理中，能夠體現(xiàn)出高效融合的設計思想。

2.2 軟件組成情況

船舶內燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)在設計軟件結構時，采用服務器與客戶機相互傳輸?shù)慕Y合模式，并且主要分為對船舶內燃機的運行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，利用各類信息采集裝置，對船舶的實際運行信息進行采集分析。首先要應用信號特征分析模塊，也就是針對信息類型進行整理分析，如果信息類型為狀態(tài)信息，則需要將此類信息與日常運行狀態(tài)參數(shù)進行對比分析，如果信息類型為故障信號，則需要將此類信息與無故障時的數(shù)據(jù)信息進行對比，通過對信息類別進行分類，可以合理降低后臺處理系統(tǒng)的計算壓力，以此來提升診斷系統(tǒng)對各類信息的處理能力。

其次是針對數(shù)據(jù)信息的采集模塊與處理功能進行優(yōu)化設計，需要將各類傳感器裝置與現(xiàn)場總成裝置相連接，并且分別與聲振信號、轉速信號以及油液信號等信息進行在線采集，同時進行相關的預處理將各類信息轉換為數(shù)據(jù)形式。信號特征分析模塊分別對相應的有效數(shù)據(jù)進行時頻分析，以此來提取出船舶內燃機運行中的特征信息，并且在此基礎上進行第一次融合分析，針對各局部數(shù)據(jù)信息進行對比，隨后將局部信息進行整合，從整體方面再進行全局分析。

在針對數(shù)據(jù)信息處理與管理環(huán)節(jié)，也要對故障診斷系統(tǒng)進行設計，具體要對數(shù)據(jù)信息的修改、錄入、刪除以及查詢記錄作出保證，而且以上信息還要體現(xiàn)在船舶與管理中心的數(shù)據(jù)交互中，也就是船舶操作與企業(yè)信息管理中心都能夠實時掌握上述信息，這樣在針對船舶內燃機的故障與運行情況進行偵測時，能夠有效結合以前的維修與保養(yǎng)記錄，以此來促進船舶管理維護方案的可行性。

3 遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的信息融合方式

由于船舶內燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)可以針對各類故障情況進行準確評估，并且在船舶行駛中可以對運行情況進行全程監(jiān)測，因此對故障傳感器與信息傳輸設備的要求較高。不是所有傳感器裝置都能夠符合該系統(tǒng)的要求，需要圍繞傳感器的特定需求展開分析，將常見故障類型作為主要核心參考，這樣才能強化系統(tǒng)對故障的診斷質量與效率。此外，要提升某類故障在系統(tǒng)中的識別效果，也要針對系統(tǒng)的關聯(lián)特性進行研究，這樣才能提升系統(tǒng)對各類故障情況的準確認識，并且保證這種關聯(lián)模式能夠通過實踐驗證。

多傳感器融合方式是船舶內燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的亮點，通過將各類傳感器進行結合應用，不僅能夠保證各種傳感器的作業(yè)精準程度，還能夠對整體監(jiān)測結果進行優(yōu)化。首先，在局部融合階段，將若干傳感器裝置關聯(lián)到故障診斷系統(tǒng)中，并且與特征向量進行融合，以此來促進局部診斷結果的準確性，同時將各類傳感器裝置的布局診斷結果相融合，針對船舶內燃機整體結構進行監(jiān)測與診斷，通過將局部信息進行整合，例如油液、振動、溫度等因素，這樣在融合分析后能夠以整體形勢呈現(xiàn)出來，最終產(chǎn)生全局評定結果。其次，進行故障判定與對比分析時主要取決于知識庫，也就是需要將各類故障情況與內燃機的正常運行參數(shù)輸入到系統(tǒng)中，這樣傳感器在接收到油液、振動以及溫度等方面的實際運行參數(shù)時，能夠將實時信息與標準規(guī)定進行對比，這樣可以針對局部整合信息進行二次對比，進而得到船舶內燃機的全局融合結果。

船舶內燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)在制定現(xiàn)場維修決策時，也需要根據(jù)船舶內燃機的運行情況與故障隱患進行綜合分析，進而根據(jù)正常運行數(shù)據(jù)參數(shù)提供科學合理的維修方案，并且采用遠程傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)信息第一時間反饋給維修人員，結合維修人員的判定完成三級融合，最終形成船舶內燃機的診斷結果。但是對于行駛中的船舶來說，由于遠程維修人員的意見具有一定的客觀性，因此可以將現(xiàn)場維修決策作為首要參考，這樣能夠針對船舶內燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)體現(xiàn)出的故障采取針對性的解決措施，及時解決各類內燃機故障。

4 結束語

隨著船舶運輸行業(yè)的飛速發(fā)展，能夠有效滿足社會與經(jīng)濟的發(fā)展需求，船舶內燃機的故障也逐漸引起人們的關注。只有合理降低船舶內燃機的故障概率，才能提升船舶的運輸效率。因此，將微機網(wǎng)絡技術與先進的診斷技術相結合，通過將多層傳感器融入到故障診斷環(huán)節(jié)，以此推出一款全新的船舶內燃機運行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，具體采用微機網(wǎng)絡技術、信息融合技術、故障分析以及狀態(tài)監(jiān)測等技術，這樣能夠準確掌握船舶行駛過程中內燃機的運行情況，并且可以在第一時間發(fā)現(xiàn)內燃機的各類故障，以此來及時制定解決措施，進一步提升船舶應用質量與效率。