在線監測和離線檢測在油液實際應用中的互補性研究

鐘偉龍

（深圳市亞泰光電技術有限公司，廣東 深圳 518100）

油液離線試驗是一種具有較長歷史的試驗方法，最早于1963 年由廣州發動機廠首家潤滑與密封試驗室引進，在我國已發展了60 余年，技術較為成熟，主要是對設備的油品進行取樣，送到實驗室進行試驗，以確定設備的污染與消耗狀況，并給出相應的改進意見，但其無法獲得或反饋相關的油品參數。而在線油液監測技術則是一項新興的檢測技術，是為適應大規模、自動化、多功能化的需要而產生的一種新型檢測技術。它可以對設備進行實時的監測，并對油液監測信息進行迅速的反饋，在后臺可以通過數據進行智能診斷，對設備的狀態進行簡單的初步判斷，如油液進水、油液受污染、設備磨損等。隨著5G 通訊技術的快速發展，油品在線監測系統的實時數據反饋速度將大大加快。

1 油液離線檢測技術

離線檢測技術中針對潤滑劑性能和磨損顆粒的分析，主要有原子光譜分析（發射光譜、X—熒光能譜、吸收光譜等）、紅外光譜分析、理化指標分析、鐵量指標分析、鐵譜分析和污染度測試等技術手段。針對一個油樣，通過離線檢測技術可以獲得上百項技術指標。對油液理化性能分析可以準確了解設備潤滑狀態；鐵譜分析可以獲得有關磨粒和潤滑系統等重要信息；對油液光譜分析不僅可以有效測定設備潤滑系統中油液磨損顆粒的成分和含量，也可以準確地檢測油液中添加劑情況、油液污染程度和衰變過程。因此，離線檢測可以多方位判斷機械設備運行狀況及趨勢。

離線檢測的優勢：離線檢測在油液的實際應用中發揮著重要作用，但同時也存在一些問題，這就需要我們能夠選擇合適的檢測方法，實現對設備狀態的實時監測，以達到對設備維護和管理的目的。離線檢測與在線檢測都是通過定期對油液進行取樣分析，了解油液的劣化程度，進而判斷設備是否需要進行維護。不同的是，離線檢測不需要對油品進行取樣分析，但需要對油液進行在線監測。離線檢測需要檢測油液中的污染物以及其他指標，這些指標與設備故障之間存在密切聯系。在線檢測主要通過檢測油品中的元素含量來判斷設備是否存在故障。離線監測和在線監測都具有很大的優勢，但離線檢測能夠獲得更多有效信息。例如，離線檢測能更加精確地掌握油品劣化程度；離線檢測可以更加全面地了解設備的狀態信息；離線檢測可以為設備提供更有針對性的維護策略。此外，離線監測不會影響正常生產和工作；離線檢測能夠降低維護成本。因此，我們應該根據具體情況選擇合適的離線監測方法來對設備進行管理，這樣才能達到減少損失、降低成本、提高效率的目的。

2 油液在線監測技術

2.1 在線監測系統的組成

本研究擬以油液在線監測技術為研究對象，以黏度、含水量、介電常數等多種油品及磨粒成分的實時監測為研究對象，構建傳感器校準及應用技術體系，并以該技術為基礎，對監測裝置進行一體化研發，構建能夠進行數據遠程采集、傳輸的信息系統。在線監測系統主要包括了下位機模塊、通信模塊、上位機模塊等內容：（1）下位機模塊主要包括多參數在線油液集成監測裝置、控制板系統，它可以實現對設備油液潤滑與磨損狀態數據的實時、持續采集。（2）通訊部分，包含控制部分，實現了對系統的實時信息的傳遞。（3）PC 模塊，主要包括PC 和顯示器，PC 對采集的數據進行實時分析，并以顯示器的形式將監測數據和分析和診斷的結果展示給用戶。該在線監測系統的具體構成見圖1。

圖1 在線監測系統的組成

近年來，隨著信息技術與人工智能技術的飛速發展，以油為基礎的裝備狀態監測面臨著前所未有的發展機會，為實現裝備的在線監測提供了可能。在工業生產中，廣泛應用的傳感器有磨粒檢測傳感器、油污檢測傳感器、油液黏度檢測傳感器、水分檢測傳感器等。各種傳感器的監測功能各不相同，同一種傳感器的工作原理不同，監測的效果也就不一樣。主要有三種類型，即英國吉爾（Gill）的吸收式金屬磨損傳感器、賀德克（MCS1000）的金屬磨損傳感器、加拿大（Gastops）的金屬磨損傳感器、POSEIDON（DM4600）的金屬磨收式傳感器、KEYENCE（超聲波）傳感器、華源（赤峰）的新型磨收式傳感器、北京（航峰）的直流式磨損傳感器等。一般情況下，在線監測儀是以安裝現場的實際情況及客戶的需求為依據，實現系統集理化、污染度等多參數傳感器監測于一體集中使用的，它本身所具有的優勢，使得在線監測技術得到了迅速的普及和應用。郭毅斐等人認為，在航空航天系統中，油液在線監測技術可以實時、動態、連續地獲得液壓油、潤滑油、燃油等油液的數據，減少人為采樣的誤差，從而解決了傳統的離線檢測方法存在的不足。為了防止盾構機出現事故，保障盾構機的安全性，中鐵十四局提出了一種利用工業互聯網技術，實現對盾構機的在線監測，降低因事故造成的事故損失，推動盾構機管理向數字化和智能化方向發展。孟曉亮指出，加強對大型養護機械液壓油污染程度的實時監測，是保證大型養護機械液壓系統穩定運行的關鍵。因此，在不同的行業中，可以采用油液在線監測技術，并取得明顯的成效。

2.2 在線監測的局限性

油液在線監測技術由于其對設備運行狀況的實時監測，而被廣泛應用于工業生產。然而，由于油液在線監測系統本身固有的一些局限性，它并不能完全滿足工業生產的需求。油液在線監測系統是在設備運行時進行實時檢測，而設備運行時往往無法準確地檢測到所有的參數。由于油液在線監測系統是通過對設備中的油液進行取樣并使用特定的設備和方法來對油液中的各種參數進行監測，因此，對于某些特定的參數，需要使用特殊的儀器和方法。

（1）取樣錯誤。在油液在線監測系統的取樣過程中，如果取樣方法不正確，可能會導致油液分析結果的錯誤。例如，由于沒有正確地取樣或錯誤地取樣，導致油液分析結果中含有雜質或其他雜質，這些雜質可能會影響設備的正常運行。如果油液中含有水分，則會影響設備的冷卻能力。因此，在油液在線監測系統的取樣過程中，應特別注意油液的取樣。由于取樣是在設備運行時進行的，因此不能完全避免由于設備運行時產生的振動和溫度變化等因素所導致的錯誤。當振動和溫度變化引起油液中油樣水分含量變化時，由于油樣中水含量較高，因此會導致分析結果出現較大誤差。（2）取樣不規范。設備在線監測是對設備的運行狀態進行實時監測，并能在運行過程中對設備的故障做出快速、準確的診斷。然而，由于在線監測系統本身的局限性，很難在短時間內對設備運行狀況進行準確的判斷，而為了判斷設備狀態，要對設備進行取樣。然而，由于設備在線監測系統采用人工采樣或手工操作方式進行取樣，因此很難保證所取樣品的代表性和準確性。同時，由于人為操作不規范，可能會導致一些樣品中混入其他雜質中、混入了部分水分等。①在油液在線監測系統取樣時，操作人員可能會隨意抽取樣品，而這種隨意抽取樣品的方式可能會導致某些樣品中混入其他雜質或水分等。②在取樣時，操作人員可能會通過肉眼觀察油液在線監測系統取樣后所取樣品的外觀及顏色來判斷樣品是否合格，這種主觀判斷方式也可能會導致某些樣品中混入其他雜質或水分等。③由于不同的廠家和不同的型號的油液在線監測系統所使用的取樣方法和儀器設備不同，因此在實際操作時可能會導致某些樣品中混入其他雜質或水分等。

3 在線監測與離線檢測的優缺點

在線監測主要是指在設備運行過程中，對潤滑油的性能進行實時監測，包括水分、機械雜質、顆粒污染、溫度、壓力等。這些信息對于判斷設備是否運行正常是非常重要的，因此，在潤滑油使用過程中，在線監測是一個非常重要的環節。在線監測可及時發現潤滑油的性能劣化情況，當潤滑油的性能發生劣化時，可以及時采取措施避免設備出現故障。在線監測主要有以下優點：（1）實時性強，可及時發現油品劣化情況；（2）數據準確性高，數據可準確記錄和保存；（3）對設備運行狀態的實時掌控（遠程診斷：有線/無線傳輸，后臺自動預警），可根據數據及時調整運行狀態；（4）能夠獲得多個參數值之間相關性，可提高故障診斷效率；（5）在線監測在使用過程中也存在一些缺點：①監測周期較長，無法實時判斷油品性能的變化；②不能保證油液中的污染物不超標。

離線監測主要采用定期采樣的方式，將采集的油樣送到相應的理化實驗室進行分析，判斷油液的質量狀態和使用壽命。這種方式可以較全面地獲得所需的油樣參數，這對于設備磨損狀態及油品狀況都能做出更加準確的判斷。但其缺點也是比較明顯的。離線需要將固定油樣取出進行處理，對實驗室設備、環境要求都比較高，實驗室的檢測耗時較長，也將延誤油質的判斷與措施實施。由于離線檢測技術只能測量單個參數的變化情況，因此無法為工業生產單位提供多個參數的變化情況。因此，離線檢測技術無法獲得設備運行過程中多個參數之間的相關性。儀器也是比較昂貴，風電機組不能取樣進行周期檢測，這都是離線檢測的局限性。相對來講，準確性成了離線檢測的唯一優點。

4 在線監測和離線檢測在實際應用中的互補性

根據統計，在對定期送檢的油樣進行離線檢測的過程中，分析結果沒有顯示出異常值的有50%，油品開始被污染或出現異常磨損顆粒的有45%，而檢測出嚴重問題的只有5%。所以，單純依靠離線測試來判斷機器的運行狀況，將耗費很多不必要的人力、物力和財力。然而，作為一項新興的技術，油液在線監測技術得到了快速的發展。然而，因為高的傳感器靈敏度以及工業現場的實際誤差，使得在線監測系統在設備正常運轉的前提下，會引發一系列的異常報警。此外，僅僅依靠在線監測技術，也只能夠得到一部分的油液信息，無法精確地推斷出設備的故障信息。在這樣的條件下，如果需要進行停機維修，不但會浪費大量的不必要的資源，還會對設備的生產效率造成不利的影響。

根據離線與在線監測技術的優點與不足，選用合適的在線監測裝置，對機器進行實時監測，在發出警告信號后，首先，對警告信號進行判定，如果警告信號的數值迅速或經過一段時間后回到了正常的閾值，說明機器仍處于正常運轉，這時，再對相應的機器關鍵部位的油樣本進行離線監測，得到準確可靠的油監測數據，從而判斷機器的油參數在實際工況中的變化情況，并判定機器的重要零件是否需要預先維修。如果系統監測到的預警信息值繼續在一個不正常的區域中變化，那么，該機械設備就必須停止運行進行檢修，并在相應的設備的重要位置上收集相應的油樣，并對其進行離線檢查，找出導致油液指數出現異常的主因，從而有針對性地對其進行維修。

5 結語

在傳感器的監測精度不斷提高的同時，通信技術也得到了快速的發展，從而進一步提高了在線監測技術的實時性和準確性，同時，離線檢測技術也朝著自動、精密的方向發展，從采集的油液中，可以得到更豐富的數據信息。將在線與離線相結合，可以更快速、更準確地獲得裝備狀態下的油液狀態，從而實現裝備狀態的精確診斷，從而實現裝備狀態的精確維修，并將裝備狀態的失效損失降到最低。在國家高度關注的背景下，新一代信息技術與制造業相結合的背景下，裝備油液在線監測技術將被廣泛應用于各個行業，同時，在線監測所收集的數據和離線測試所得到的數據，將為裝備的遠程監測和智能化維護提供重要的數據支持，持續推進裝備的數字化轉型。