船舶輪機設備多發故障信號監測方法初探

◇福建省莆田市海洋與漁業執法支隊 王晨煜

為了有效解決船舶輪機產生的各種故障問題，做好故障信號監測工作非常關鍵。基于此，本文以執法船舶為例進行分析和研究，對船舶輪機設備多發故障信號監測系統進行研究和分析，有效提出多發故障信號的相關監測工作方法，對信號監測系統進行仿真工作分析，有效保證船舶輪機設備的各種故障問題得以快速發現和解決，提高執法船舶輪機設備的工作安全性和穩定性，為后續的類似工作開展提供有效參考和借鑒。

在船舶系統當中輪機設備是其中非常重要的組成部分，是船舶行駛過程中的重要動力供應設備。隨著一些執法船只使用年限的不斷延長，船舶輪機設備的使用性能也在快速下降，如果沒有進行必要的維護和處理，很容易造成船舶輪機設備產生故障問題，嚴重的情況下甚至會出現重大的事故。為了有效控制執法船舶輪機故障問題的產生率，需要周期性對設備進行必要的檢修處理工作，由于傳統的設備檢修工作方法，主要是以提前檢修和事后維修方式為主，?不但浪費了大量的人力物力資源，同時在故障的修復工作效率上有所偏低。因此，相關研究工作人員通過研究出船舶輪機設備故障信號監測工作系統，使用EMD信號監測多發故障方法，通過使用小波灰度共生矩陣實現，對整個設備故障問題進行實時性診斷和分析，以此可以實現對執法船舶輪機設備多發性故障問題和工作狀態的實時性監控，避免產生嚴重的故障問題。

1 輪機設備多發故障信號監測系統分析

1.1 系統開發要求

執法船舶輪機設備在運行工作過程中需要有效做好狀態監測，對系統運行過程中的參數信息進行實時性收集與監控，準確判斷船舶輪機設備在工作過程中所產生的故障概率，具體包含以下幾個方面：第一，柴油機監測系統。柴油機是產生故障問題頻率相對較高的設備之一，在進排氣的溫度高低、燃油工作壓力、滑油壓力、燃油溫度數據信息產生異常情況時，可能是柴油機設備產生的故障問題，需要有效結合故障信號的具體情況做出正確的診斷處理；第二，齒輪箱監測齒輪箱在工作過程中的振動信號，如果產生明顯的異常情況可能是出現軸齒輪嚴重磨損或者是直接斷裂等情況；第三，增壓器監測增壓器，在工作過程中如果信號出現震動異常問題，可能是轉子轉動出現失衡而產生故障問題[1]。

1.2 系統設計

基于執法船舶輪機設備多發故障信號監測系統設計工作，需要有效做好每一個環節的系統運行工作狀態的監測和判斷。在本文分析工作過程中，通過使用Matlab軟件展開系統設計與分析，基于設計工作軟件當中所具有的數值、計算編程語言、仿真工具以及數據庫等，可以實現對多發故障信號監測系統的優化和完善，系統運行工作過程中主要是以PC機作為其中的終端運行工作載體，所包含的各項功能模塊如下所示。

第一，實現對數據的預處理工作，在該模塊內部主要是針對執法船舶輪機設備的原始運行工作參數進行處理，并且對數據信息格式進行統一。通過分離數據通道將所獲取的參數信息保存為Excel文件格式。在系統信號收集功能中，需要對各個不同環節的系統數據信息進行分離處理，方便于分析傳感器上的數據參數，并且準確定位故障產生的具體位置。在該工作模塊當中需要通過使用振動信號源文件，有效列出各種規格的參數數據信息，同時生成傳感器采集數據以及扶植參數曲線，有效規劃數據保存工作路徑。

第二，EMD降噪工作模塊。在該系統模塊的工作過程中，主要包含相關性分析議程算法分析EMC參數信息，分解信號數據信息的收集和重構，在彈出界面窗口之后可以生成對應的參數幅值曲線。其中主要包含降噪之后的幅值曲線模塊，允許輸入IMF分量信號，可以保證該信號和原有的信號相似度更高。對信號源進行分析，在該系統當中可以將其設置成5個可選的信號源，分量用戶在操作過程中，可以基于故障信號的產生頻率，將其設置成不同的IMF分量數據信息等級。在經過正確的分量處理之后，對所獲取的參數信息進行進一步優化，并且將最終的降噪信號進行自動保存[2]。

第三，EMD樣本特征收集模塊。在該工作模式當中，具有對信息樣本的事實性收取，以及對各種信號的導入和導出功能。在故障信號的導入導出工作過程中，需要對原文件進行提取，通過開啟信息信號波形圖分析功能，可以保證系統自動生成降噪之后的IMF波形圖像真實性。在提取信息參數過程中可以實現，在對應表格當中直接顯示出其中的參數特征值，每增加一組數據表格會自動增加特征參量。

通過多發信號故障分析之后，可以準確判斷執法船只故障問題產生的具體原因，在船舶輪機系統當中各種設備故障相互之間的聯系非常密切，任何一種設備產生故障問題之后，很有可能會對船舶的正常穩定工作和運行造成比較嚴重的影響。因此，在船舶故障故障問題分析工作過程中，相關工作人員可以通過整體性觀察和判斷方法，結合故障表現情況，對船舶的維修保養歷史信息以及相關專業知識等，對船舶系統設備產生的不同問題進行綜合判斷和分析，同時和故障相關的影響因素之間進行有效觀念同時做好目標定位，對其中的故障問題進行全面排查。在各種問題的檢修過程當中，必須有具有相應的側重點需要從各種問題產生的表征現象角度著手，提高故障問題的分析工作效率，避免故障問題進一步擴大，造成更加嚴重的安全隱患。

2 自適應濾波系統的使用

在執法船只輪機設備多發故障信號的監測工作當中，故障特征信息的提取是其中非常重要的工作環節，在特征提取工作當中，需要有效消除外部環境因素所產生的信號干擾。本文采用的是自適應濾波處理工作方法，消除系統采集信號當中的噪音，并且提高故障特征參數值的精確性。在該系統設計過程中需要保證船舶輪機監測系統故障特征參數提取之后，使用FIR非傳遞性系統濾波器，在濾波器當中通過輸入信號值、輸出信號值，有效計算出參考信號參數數值，也稱之為誤差信號。在濾波器的使用工作當中需要調整濾波系數，并且對輸入信號進行加權處理，可以有效獲取更加精確的輸出信號，然后再通過濾波器的系數修正之后，進一步優化和調整誤差信號的精確度，保證最終所獲取的信號值趨于最小值，可以有效檢測出噪聲問題[3]。

自適應濾波技術的使用，可以有效消除各個系統當中傳感器設備，在復雜環境條件下數據傳輸的具體情況以及所攜帶的噪音情況，可以有效降低參考輸入誤差值大小，起到噪音抑制的作用和效果。自適應濾波技術在多發故障信號監測系統當中，運行負荷狀態有所差異，傳感器在接收到信號之后，需要將信號直接傳遞到信號源當中，噪音輸出過程中需要使用維納濾波工的理論來進行處理。對于信號展開線型離散分析，如果輸入信號和輸出信號是離散性狀態，則輸入信號和期望參數數值之間，會形成對應通過計算出誤差信號大小，有效引入相關計算參數，列出輸出信號的函數對應關系。

3 船舶輪機設備多發故障信號監測系統仿真分析

在針對本次研究設計的執法船只輪機設備，多發故障信號和監測系統進行仿真運行過程中，需要有效驗證系統的各項功能，并且在仿真實驗工作過程中干擾頻率設置為三種，分別為133、233、633Hz，所設置出的信息采樣點數量為1024個，采樣頻率大小為1600Hz，收集到的仿真信號基礎頻率大小為150Hz。在本次系統內部共提供時域分析、頻率分析、波形轉換分析維納濾波分析等四種方式。通過系統運行實現數據信息的自動化，收集有效確認數據信息的精確度，讀取信息彈出窗口可以顯示原始的信號及其模擬信號的波形圖像。在模擬信號分析過程中進入輪動設備界面進行信息調整，輸入仿真數據信息得到最原始的模擬信號波形圖。通過在波形圖當中可以看出，信號整體呈現雜亂無章的狀態，但是波峰比較突出呈現出周期性的特點符合故障信號的采集特征，對原始信號波形圖進行時域分析之后，有效率除不同頻率條件下的噪音干擾問題，從中可以得到最終等監測工作結果。通過故障監測工作結果顯示可以得出多發性故障問題的產生，可能是因為系統內部傳感器安裝存在誤差，轉子橫向出現裂紋，部件出現嚴重的磕碰等問題影響。根據特定的頻率參數來確認故障問題產生的具體情況。在系統運行工作過程中，通過使用支持向量機識別故障樣本，在經過數據信號的處理和診斷之后，在系統界面輸出故障信號監測信息，可以實現對船舶輪機系統故障問題的快速診斷和排查[4]。

4 結束語

綜上，執法船只船舶故障檢修，是保證執法船只安全穩定的重要工作的重要工作方法。在故障檢修工作過程中，需要有效引入輪機設備，多發故障信號監測系統，發揮出該項系統的功能與優勢，解決執法船只船舶輪機的各種故障問題，延長船舶輪機的使用壽命。