建立全面设备状态监测系统3

建立广义设备状态监测系统

摘要：

关键词：

随着技术的飞速发展，生产系统的规模变得越来越大、功能越来越全、各部分关联越来越密切，这对于提高生产率、降低生产成本、提高产品质量起到了积极的作用；但另一方面，设备一旦发生故障，即造成停产、停工，带来的经济损失比过去较低生产水平时要大得多。特别是石油化工企业设备结构复杂、技术难度大、自动化程度高，工作环境具有高温、高压、生产介质易燃、易爆、易腐蚀和生产连续性强等特点。许多关键设备和大型机组一旦发生事故，会给企业生产和产品质量造成难以估量的损失，因此提高设备的可靠性和安全性就变成关键。为保证设备安全、稳定和长周期运行，进一步加强设备故障和设备隐患的动态管理，杜绝重大设备事故的发生，降低设备故障率及停机台次，就提出了搞好设备运行状态监测的要求。

1、设备状态监测

设备状态监测通常是指通过测定设备的某些特征参数(如振动、温度等)，检查和确定设备的运行状态，是处于完好状态、良好状态、临界状态还是停机状态。进而可以结合设备的运行历史，对设备可能发生的或已经发生的故障进行预报、分析、判断，确定故障性质、类别、程度、原因、部位，指出故障发生和发展的趋势及后果，提出控制故障发展的措施，通过采取调整、维修、治理的对策消除故障，最终使设备恢复正常状态。

状态监测分主观状态监测和客观状态监测。主观状态监测指操作人员凭借自己的感官，即视觉(Seeing)、听觉(hearing)、嗅觉(Smell—ing)、触觉(Feeling)，亦即利用人的目视、耳听、鼻闻、手摸等，对所操作和管辖范围内的设备、管线等进行检查，用人的主观能动性发现其隐患及故障苗头，掌握其状态，以便采取措施对其进行维护或检修。其结果取决于监测人员，因经验不同，所得到的声音、温度或直观感觉也各异。客观状态监测系指利用各种监测仪器、

仪表或工具，对操作和管辖范围内的设备、管线等进行检查，通过对设备部件的直接测量而获得数据，发现其隐患及故障苗头，掌握其状态，以便采取措施对其进行维护或检修。

1.1状态监测技术发展历程

设备状态监测和故障诊断技术最早起源于美国，1967年，在美国国家宇航局(NASA)的倡导下由美国海军研究室(ONR)主持成立了美国“机械故障预防小组”。在英国，20世纪60年代末至70年代初，以科拉科特(R．A． Collacot)为首的“英国机器保健中心”(U．K．M echanical Health M onitoring Center)率先开展研究工作，在宣传、培训、咨询、制定计划、故障分析以及诊断技术开发等多方面取得了很好的成效。欧洲其它国家的设备诊断技术研究也有不同程度的进展，在某些方面占据领先地位，如瑞典的SPM 轴承监测技术，挪威的船舶诊断技术，丹麦的振动、噪声分析和声射技术等。在日本，设备诊断技术在民用工业(如钢铁、化工和铁路等)部门发展迅速，并占有一定的优势。新日铁于l971年率先开展了设备故障诊断技术的开发研究工作，1976年基本上进人了实用阶段，开发完成了商品化的专用诊断仪器。法国电力部N(EDF)从l978年起就在透平发电机上安装离线振动监测系统，到20世纪90年代初又提出了监测和诊断支援工作站(Monitoring and Diagnosis AidStation)的设想。

状态监测与故障诊断技术的发展经历了以下几个阶段：第1阶段：状态监测与故障诊断技术最初是依靠现场获取设备运行时的感观状态(如异常震动、异常噪音、异常温度、润滑油液中是否含有磨削物等)，并凭借经验或多位专家进行分析研究来确定可能存在何种故障或故障隐患。第2阶段：随着测量技术和测量仪器的发展，状态监测逐步发展为依靠测量仪器进行设备关键部位数据的采集，并将获取的参数(如频率、振幅、速度、加速度、温度等参数)保存记录。通过对固有参数计算值与测量参数值进行对比，来确定故障种类或故障隐患点，或者通过对某些参数多次测量值的比较，依据其劣化趋势确定设备是否出现故障或故障隐患。第3阶段：随着计算机技术的发展，设备管理已进人计算机管理模式，状态监测与故障诊断技术也发展到计算机时代，一些专用的状态监测仪器(如数据采集器) 不仅能够测量、记录现场参数，而且还能进行一些简单数据的分析

处理。要对数据作进一步的分析处理时，只需将数据采集器上的参数传人计算机，计算机便能对这些数据作出综合分析，并显示出相关的图谱，比如倍频谱图、倒频谱图、时域频谱图、幅值图等。同时，还可以通过计算机上的专家系统对所测得的数据进行综合评价(如设备是否该修理或还可使用多长时间后应修理)。第4阶段：随着相关学科和计算机网络技术的飞速发展，状态监测与故障诊断技术的研究已进入深度和广度发展阶段。研究工作从监测诊断系统的开发研制进入到诊断方法的研究，监测诊断对象由振动参数的监测扩展到油液、扭矩、功率和能量损耗的监测；研究对象由旋转机械扩展到发动机、工程施工机械以及产品生产线；时空范围由本地监测诊断扩大到异地监测诊断，即远程监测诊断网络。

经过多年的发展，国内外状态监测和故障诊断技术在以下几个方面有了长足进步：(1)信号分析和处理方面。分析清楚故障原因就必须使用各种先进的分析手段，从所获取的信号中分辨出故障信息。近年来，小波分析、Wigner时频分布、分形维数，全息谱等较先进的分析手段被广泛采用于实际系统之中。(2)智能诊断方面，模糊数学由于可以对被分析信号进行非精确描述，非常适合于故障诊断，已被广泛应用于实用诊断系统中。近年来，神经网络方法，由于其具有高度并行性、非线性、联想记忆等特性，也开始在诊断系统中投入实际应用，取得了良好的效果，各种快速的神经网络算法(如遗传算法、快速BP算法)被广泛研究。(3)数据库方面，数据库用于保存管理各种动态历史数据、特征数据及网上数据发布。历史数据库应包括如下历史数据：定时采集动态数据、报警动态数据、异常动态数据、人工采集动态数据、工艺量数据、开关量数据、特征参数、其他测量数据等。(4)硬件技术方面，采用嵌入式CPU及DSP技术，并实现网络化，采用TCP／IP等协议，可以同企业的网络一起组建或通过网络接口接入。

2.目前国内设备状态监测领域的现状

通过学习相关的文献资料可以知道,目前国内在设备状态监测领域主要存在以下问题:

1).状态监测主要偏向于动设备的状态监测,而对静设备、电气以及仪表设备的状态监测实施和研究较少；

2).大部分企业状态监测与故障诊断工作管理组织机构，管理制度不健全，没有