柴油機排溫低故障預(yù)測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及柴油機故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種柴油機排溫低故障預(yù)測系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著當(dāng)今社會工業(yè)化水平的迅猛發(fā)展，柴油機作為最常用的動力機械設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油礦場、固定發(fā)電、鐵路牽引、工程機械及特種船舶等領(lǐng)域。船舶柴油機是船舶的動力心臟，也是船舶機械系統(tǒng)中故障最多的系統(tǒng)，其安全可靠的運行是船艇安全航行的基本保證，其性能下降或者出現(xiàn)故障，都會影響船舶效能的發(fā)揮。
[0003]柴油機氣缸排氣溫度反映氣缸的負荷和燃燒質(zhì)量，是分析柴油機熱功轉(zhuǎn)換效率和評判柴油機可靠性、經(jīng)濟性的重要參數(shù)。造成柴油機氣缸排氣溫度低這一故障的因素較多，在實踐中多采用人工憑經(jīng)驗進行排查分析，目前沒有相關(guān)的故障模型，并且只能在發(fā)生故障之后才能進行排查，對工作任務(wù)的完成有一定的影響。
[0004]開展柴油機故障排溫低診斷技術(shù)研究，不僅能夠幫助我們發(fā)現(xiàn)故障，防止事故發(fā)生，同時可以保障生產(chǎn)的安全性，減少或避免因事故而造成的重大經(jīng)濟損失和人身傷害;能夠幫助維修人員早期發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常癥狀，以便盡快查明故障原因，預(yù)測故障的影響，從而實現(xiàn)有計劃、有針對性的按狀態(tài)維修，即視情維修，避免過剩維修，并可安排在對生產(chǎn)最有利的時間進行，從而從總體上降低維修費用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:目前船舶柴油機都安裝有熱力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測各參數(shù)，但是因為柴油機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各部件關(guān)聯(lián)度大，實測數(shù)據(jù)只有超過預(yù)警值之后才會進行報警，尚沒有一種可以進行故障預(yù)測的系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，通過仿真軟件及硬件的結(jié)合對柴油機氣缸的燃燒過程進行仿真，并與實測柴油機數(shù)據(jù)進行對比研究，從而驗證仿真模型的正確性;通過對軟件故障的設(shè)置，定性分析相關(guān)因素對燃燒性能的影響，從而實現(xiàn)該故障的仿真。將實船采集數(shù)據(jù)經(jīng)預(yù)處理之后，輸入故障預(yù)測模型進行故障預(yù)測，并視情給出維修意見，從而實現(xiàn)該故障的視情維修。
[0007]基于該目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種柴油機排溫低故障預(yù)測系統(tǒng)，包括依次連接的信號采集系統(tǒng)、建模仿真系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng);所述信號采集系統(tǒng)用于采集柴油機上的信號，進行處理，并將信號傳輸至監(jiān)控電腦進行存儲和處理;所述建模仿真系統(tǒng)根據(jù)信號采集系統(tǒng)采集的柴油機氣缸的真實結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，使用柴油機仿真軟件建立柴油機燃燒室模型，仿真柴油機正常的工作狀態(tài);所述故障診斷系統(tǒng)針對排溫低的故障現(xiàn)象的原因進行機理分析，按照故障程度的不同，繪制性能參數(shù)在不同故障程度下的變化趨勢圖，從而建立標(biāo)準故障數(shù)據(jù)庫，并將建模仿真系統(tǒng)建立的柴油機的性能數(shù)據(jù)進行趨勢分析，繪制柴油機性能參數(shù)變化趨勢圖，并與故障數(shù)據(jù)庫中的變化趨勢圖進行比對，從而判斷柴油機是否處于故障狀態(tài)。信號采集系統(tǒng)采集柴油機的運行性能參數(shù)，建模仿真系統(tǒng)建立標(biāo)準的柴油機仿真模型，故針對排溫低的故障現(xiàn)象的原因進行機理分析，建立故障數(shù)據(jù)庫，按照故障程度的不同，繪制性能參數(shù)在不同故障程度下的變化趨勢圖；柴油機實施運行的數(shù)據(jù)性能與標(biāo)準的故障數(shù)據(jù)庫進行比對分析，從而預(yù)測柴油機排溫低的故障。
[0008]進一步地，所述信號采集系統(tǒng)包括信號采集、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理4個子系統(tǒng);所述信號采集子系統(tǒng)包括傳感器，對柴油機原始信號進行提取;信號調(diào)理子系統(tǒng)對原始信號進行系統(tǒng)濾波、量程調(diào)整、信號轉(zhuǎn)換、信號放大處理;數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)是對信號進行A/D轉(zhuǎn)換，將信號調(diào)理子系統(tǒng)輸出的電源信號轉(zhuǎn)換成數(shù)值，供下一步數(shù)據(jù)處理使用;數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)采用分形差值的方式進行數(shù)據(jù)處理。傳感器連接在柴油機上，其采集的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過濾波、調(diào)整、放大后，對信號進行轉(zhuǎn)換，把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0009]進一步地，所述信號采集子系統(tǒng)中信號的采集頻率為每1秒采集一次。
[0010]進一步地，所述故障診斷系統(tǒng)包括預(yù)報警模塊，根據(jù)繪制柴油機性能參數(shù)變化趨勢圖判斷故障對柴油機運行效率的影響；如果故障的影響不大，則不進行報警處理;如果故障的影響較大，則開啟預(yù)警模式并給出維修建議，維修建議包括故障的位置、維修流程、拆裝步驟和所需工具。分析出故障后，需要判斷該故障時否需要處理，如果處理的話，需要給出該故障的位置及處理方法，標(biāo)準的故障數(shù)據(jù)庫中存有故障的位置、維修流程、拆裝步驟和所需工具，調(diào)出該信息即可。
[0011]—種柴油機排溫低故障系統(tǒng)的預(yù)測方法，其特征在于包括如下步驟:
[0012]步驟一，信號采集系統(tǒng)對柴油機原始信號直接進行提取，進行處理，并將信號傳輸至監(jiān)控電腦進行存儲和處理；
[0013]步驟二，根據(jù)柴油機氣缸的真實結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，使用柴油機仿真軟件建立柴油機燃燒室模型，以柴油機出廠時的測量參數(shù)為依據(jù)將仿真結(jié)果與之對比分析，對模型參數(shù)進行調(diào)整以進行模型修正，從而獲得一個準確的仿真模型，使模型能夠真實的仿真該型號柴油機的正常工作狀態(tài)；
[0014]步驟三，排溫低故障機理仿真，對可能造成排溫低這一故障現(xiàn)象的12種原因進行機理分析，并在仿真模型中進行參數(shù)設(shè)置以達到故障狀態(tài)仿真的目的。根據(jù)不同的故障程度，合理的對參數(shù)進行調(diào)整，以仿真不同故障原因和不同故障程度下柴油機的工作情況；
[0015]步驟四，故障數(shù)據(jù)庫的建立。將前期仿真結(jié)果保存在SQLServer數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)故障原因?qū)⒎抡娼Y(jié)果進行分類，按照故障程度的不同，繪制性能參數(shù)在不同故障程度下的變化趨勢圖，從而建立標(biāo)準故障數(shù)據(jù)庫；
[0016]步驟五，排溫低故障預(yù)測模型的建立，將經(jīng)過預(yù)處理后的柴油機性能參數(shù)進行趨勢分析，繪制柴油機性能參數(shù)變化趨勢圖，采用圖像對比技術(shù)，將實際性能參數(shù)變化趨勢與故障狀態(tài)下性能參數(shù)變化趨勢圖進行相似度比較，從而判斷柴油機是否處于故障狀態(tài)，如果處于故障狀態(tài)，判斷是何種類型故障和處于什么故障程度。
[0017]進一步地，所述步驟一中，信號采集系統(tǒng)包括信號采集、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理4個子系統(tǒng)，信號采集子系統(tǒng)主要由傳感器組成，對柴油機原始信號直接進行提?。恍盘栒{(diào)理子系統(tǒng)對原始信號進行系統(tǒng)濾波、量程調(diào)整、信號轉(zhuǎn)換、信號放大處理;數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)是對信號進行A/D轉(zhuǎn)換，將信號調(diào)理子系統(tǒng)輸出的電源信號轉(zhuǎn)換成數(shù)值，供下一步數(shù)據(jù)處理使用;數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)采用VC編程，選用分形差值的方式進行數(shù)據(jù)處理。
[0018]進一步地，所述信號采集系統(tǒng)采用PHP腳本語言編寫軟件，每隔1秒讀取SQLServer數(shù)據(jù)庫中的柴油機相關(guān)參數(shù)并記錄在txt文檔中，對文檔中的相關(guān)參數(shù)進行分析，剔除數(shù)據(jù)中的畸點，并進行平滑處理。
[0019]進一步地，還包括步驟六，根據(jù)預(yù)測模型的實時分析結(jié)果，判斷在未來一段時間內(nèi)故障對機器運行的影響情況。如果故障的影響不大，則不進行報警處理;如果故障的影響較大，則開啟預(yù)警模式并給出維修建議，維修建議包括故障的位置、維修流程、拆裝步驟和所需工具。
[0020]相比較現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有的有益效果:
[0021](1)本系統(tǒng)兼容性強，利用現(xiàn)有船舶檢測系統(tǒng)的傳感器對柴油機的狀況進行監(jiān)控，不需要額外加裝傳感器；
[0022](2)本故障預(yù)測系統(tǒng)信號采集系統(tǒng)采集到的柴油機運行信號實時發(fā)送至監(jiān)控電腦，能準確對柴油機排溫低的故障進行實時監(jiān)控；
[0023](3)通過建立標(biāo)準故障數(shù)據(jù)庫，繪制柴油機性能參數(shù)變化趨勢圖，和柴油機實時運行趨勢示意圖進行對比對標(biāo)準故障，可對柴油機排溫低的故障進行預(yù)測；
[0024](4)本系統(tǒng)提供了故障診斷意見，為使用和管理人員及時、高效的處理故障提供了技術(shù)支撐。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明信號采集系統(tǒng)總體架構(gòu)；
[0026]圖2為本發(fā)明故障診斷系統(tǒng)架構(gòu)圖；
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合實施例以及附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0028]實施例1
[0029]—種柴油機排溫低故障預(yù)測系統(tǒng)，包括依次連接的信號采集系統(tǒng)、建模仿真系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng);所述信號采集系統(tǒng)用于采集柴油機上的信號，進行處理，并將信號傳輸至監(jiān)控電腦進行存儲和處理;其包括信號采集、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理4個子系統(tǒng);所述信號采集子系統(tǒng)包括傳感器，對柴油機原始信號進行提取，信號的采集頻率為每1秒采集一次;信號調(diào)理子系統(tǒng)對原始信號進行系統(tǒng)濾波、量程調(diào)整、信號轉(zhuǎn)換、信號放大處理;數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)是對信號進行A/D轉(zhuǎn)換，將信號調(diào)理子系統(tǒng)輸出的電源信號轉(zhuǎn)換成數(shù)值，供下一步數(shù)據(jù)處理使用;數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)采用分形差值的方式進行數(shù)據(jù)處理;所述建模仿真系統(tǒng)根據(jù)柴油機氣缸的真實結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，使用柴油機仿真軟件建立柴油機燃燒室模型，仿真柴油機正常的工作狀態(tài);所述故障診斷系統(tǒng)針對排溫低的故障現(xiàn)象的原因進行機理分析，按照故障程度的不同，繪制性能參數(shù)在不同故障程度下的變化趨勢圖，從而建立標(biāo)準故障數(shù)據(jù)庫，并將建模仿真系統(tǒng)建立的柴油機的性能數(shù)據(jù)進行趨勢分析，繪制柴油機性能參數(shù)變化趨勢圖，并與故障數(shù)據(jù)庫中的變化趨勢圖進行比對，從而判斷柴油機是否處于故障狀態(tài);