船舶內燃機遠程狀態監測與故障診斷系統

唐劍晨

摘要：內燃機是船舶重要動力設備，其工作環境較惡劣，易出現故障，若維修管理不到位，則造成巨大經濟損失與環境污染。據此，以船舶內燃機監測診斷的常用方法分析為切入點，介紹了基于現場總線技術、信息關聯處理的船舶內燃機遠程狀態監測與故障診斷系統，并探討不同層次信息聯系的實現方法，以期為做好船舶內燃機遠程狀態監測與故障診斷工作奠定基礎。

Abstract： The internal combustion engine is an important power equipment for ships， and its working environment is harsh and easy to malfunction. If the maintenance and management are not in place， it will cause huge economic losses and environmental pollution.Based on this，taking the analysis of common methods of monitoring and diagnosis of marine internal combustion engines as the starting point， this paper introduces the remote state monitoring and fault diagnosis system of marine internal combustion engines based on fieldbus technology and information related processing， and discusses the realization methods of different levels of information connection， in order to do a good job in marine internal combustion engines. Lay the foundation for remote condition monitoring and fault diagnosis.

關鍵詞：船舶內燃機;遠程狀態監測;故障診斷;信息聯系

Key words： ship internal combustion engine;remote state monitoring;fault diagnosis;information contact

中圖分類號：U672.7+3?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）15-0127-02

0? 引言

基于信息科學技術發展，船舶系統發展體現出高性能化、結構復雜化等特征。出于船舶系統安全保障考慮，對船舶內燃機進行遠程狀態監測與故障診斷具有現實意義[1]。據此，以常用監測與診斷方法為切入點，介紹遠程狀態監測與故障診斷系統的網絡結構與軟件構成，并通過信息關聯處理，解決監測點多、診斷難等問題，為現代船舶內燃機遠程狀態監測與故障診斷系統快速向集成化、綜合化方向發展提供推動力。

1? 船舶內燃機監測診斷的常用方法

具體而言，船舶內燃機，特別是柴油機類型的遠程狀態監測與診斷方法主要有四種，具體如表1所示。

表1分析可知，各類方法的實際應用，在精準性、可靠性等方面存在不同程度缺陷，為提升船舶柴油機遠程狀態監測與故障診斷系統可靠性、精準性，提出基于現場總線技術與信息聯系的系統[2]。

2? 遠程狀態監測與故障診斷系統構成

2.1 網絡結構

圖1為系統的網絡結構，在實際應用中，可以通過獨立測控功能儀表、局部融合診斷功能儀表數據顯示，實現柴油機的故障監測。同時，該系統基于總線網絡Infranet將儀表上的實時信號傳送至船舶信息中心計算機中，實現精準故障監測與故障診斷[3]。

圖1分析可知，底層現場網由CAN總線構成，現場總線信息在該層進行融合，并得出監測與故障診斷結論。同時，該系統有獨立顯示與報警功能，可以實現故障報警操作[3]。通過海事衛星的信號發射，船舶中心可以通過網絡服務器，調取船舶柴油機故障診斷歷史數據，并進行二級診斷和信息融合。最終，專家可以借助網絡訪問遠程診斷點，對相關信息進行三級融合和診斷，實現對柴油機故障點精確診斷。

2.2 軟件構成

該系統的軟件采用“客戶—服務器”結構（圖2所示），包括內燃機故障監測與故障診斷系統、船公司機務部門診斷與決策兩部分。其中，內燃機故障監測與故障診斷系統分為信息采集模塊、特征分析模塊、信息管理與處理模塊;船公司機務部門診斷與決策系統分為聲振信號監測與故障診斷模塊、瞬時轉速監測與故障診斷模塊等[4]。通過對各模塊的信息數據整合，船公司機務部門可以實現歷史數據庫、實時數據接口等融合，為船舶運行狀況分析和維護管理計劃的科學制定提供技術支撐，并能夠為航行中的船舶柴油機故障進行判斷和應急維修[5]。在此基礎上，該系統的實際應用可以結合專家建議，完成高層維修決策，為船舶柴油機維護與管理提供遠程指導。

在該系統應用過程中，涉及到信息數據的錄入、修改、存儲等。基于數據模塊的應用，可以實現船舶柴油機故障特征，保證柴油機被系統有效故障監測和故障診斷，以此形成信息二次融合結果，最終精準判斷出船舶柴油機具體故障問題，為船舶柴油機故障維修與管理提供科學、合理方案。

3? 船舶柴油機渦輪增壓系統故障分析

3.1 基于信息關聯的故障分析

船舶柴油機故障監測與故障診斷系統是一個具有多傳感器的系統，在該系統中，單獨傳感器無法對柴油機故障提供全面、科學合理的診斷信息[6]。據此，應對各傳感器的信息進行融合，并對傳感器、故障等內容進行關聯（如圖3所示），以此確定柴油機具體故障點和故障問題。

圖3所示分析可知，信息關聯處理對傳感器所提供的數據信息進行整理，并提取相應的特征向量，隨后針對提取的特征向量進行一次融合，并得出局部診斷結果。為科學、合理地判斷柴油機故障情況，并提出具有指導性的建議，相關工作人員可以根據船舶提供的遠程狀態監測信息與故障診斷信息，對故障點進行判斷，從而實現三級信息的聯系與融合[7]。

3.2 渦輪增壓系統常見故障診斷

基于上述系統分析，當系統顯示增壓壓力下降時，壓氣機效率或渦輪效率也會下降，最終出現渦輪輸出功率減小的情況;當系統顯示空氣冷卻器故障時，柴油機排氣溫度相對增高，燃油的消耗率也會增高;當系統顯示渦輪保護格柵堵塞時，壓氣機的轉速會下降，柴油機的耗油率增加……在實際工作中，相關工作人員應注重該系統的深度應用，以及時判斷和處理柴油機故障，從而保障船舶運行安全。

4? 船舶內燃機遠程狀態監測與故障診斷系統發展趨勢

結合上述分析可知，船舶內燃機遠程狀態監測與故障診斷系統將在信息技術發展的支持下，向智能化、融合化方向發展。智能化發展方面，當前的人工智能技術發展愈加成熟，且在各領域中的應用不斷深入，有利于對具有復雜性的船舶內燃機運行狀態、故障進行監測和判斷[8]。融合化發展方面，船舶內燃機遠程狀態監測與故障診斷系統中數據庫的應用有利于提升故障診斷的精準性。通過數據與技術的融合，可以在提升數據信息應用效率的基礎上，為遠程狀態監測與故障診斷提供有力依據。

5? 結束語

網絡技術、故障診斷技術的應用為提升設備使用安全等提供強大的技術支持。特別是在船舶行業中，遠程狀態監測與故障診斷系統的應用，對海洋事業及經濟發展具有重要意義。具體實踐中，相關工作人員應對有效監測與故障診斷技術進行深度分析，并結合該系統的發展趨勢，不斷推動網絡技術、信息關聯融合技術、狀態監測技術、故障診斷技術等先進技術的融合，以此推動船舶內燃機遠程狀態監測與故障診斷系統更高質量發展。

參考文獻：

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