机械设备故障诊断技术PPT课件.ppt

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1、2022-4-2112005年5月18日2022-4-212提纲提纲n引 言n学科范畴n学科发展意义n监测与诊断技术基础n监测与诊断系统n监测与诊断技术发展趋势n结束语2022-4-21上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室3引言引言n引 言n学科范畴n学科发展意义n监测与诊断技术基础n监测与诊断系统n监测与诊断技术发展趋势n结束语2022-4-214引言引言n现代工业生产对机械设备的要求:n可靠性n可用性n维修性n经济性n安全性n进行全寿命管理，实行全面质量保证体系制度n机械设备状态监测与故障诊断技术在满足上述这些要求中，扮演着越来越重要的角色2022-4-215引言引言n机械设备是现

2、代化工业生产的物质技术基础，设备管理则是企业管理中的重要领域n也就是说，企业管理的现代化必然要以设备管理的现代化作为其重要组成部分n机械设备状态监测与故障诊断技术在设备管理与维修现代化中占有重要的地位我国已将我国已将设备诊断技术设备诊断技术、修复技术修复技术和和润滑技术润滑技术列为设备管理和维修工作的三项基础技术列为设备管理和维修工作的三项基础技术2022-4-216引言引言n维修方式归纳起来有三大类，共五种形式：n事后维修(BM)n改善维修(CM)n预防维修(PM)视情维修(COM)、状态维修(CBM)和计划(定期)维修(TBM)改善维修(CM)改装、改进(型)、重新设计、变更式样视情维修视

3、情维修给定计划、制定界限值、有缺陷和需要时状态维修状态维修以状态为基础、基于统计分析、信号处理、趋势分析定期维修定期维修以时间为基础、长期计划、定期性能严重劣化或故障停机时导致的非计划维修事后维修(BM)预防维修(PM)维修方式2022-4-217引言引言n状态监测与故障诊断技术是预防(状态)维修的必要条件n推广和应用设备状态监测与故障诊断技术可以达到如下目的：n保障设备运行安全，防止突发事故n保证设备工作精度，提高产品质量n实施状态维修(或预防维修)，节约维修费用n避免设备事故带来的环境污染及其它危害n给企业部门带来较大的间接经济效益2022-4-218引言引言n实践证明，机械设备状态监测与

4、故障诊断技术n正在改变着我国传统维修管理的被动局面n正在向预防(状态)维修的新方式推进n促使设备寿命周期费用最经济和综合效率最高n可见，状态监测与故障诊断技术是开展预防(状态)维修的重要支撑2022-4-219引言引言n机械设备状态监测与故障诊断n是一门正在不断完善和发展的交叉型学科n是一项与现代化工业大生产紧密相关的技术n是机械学科领域的研究热点之一n故障诊断学科需解决的重要问题n故障特征信息提取和故障分类、识别的新理 论及新方法研究n复杂故障产生机理及模型的深入研究n故障诊断智能系统研究，包括诊断专家系统和网络化远程诊断系统2022-4-21上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室10

5、学科范畴学科范畴n引 言n学科范畴n学科发展意义n监测与诊断技术基础n监测与诊断系统n监测与诊断技术发展趋势n结束语2022-4-2111学科范畴学科范畴机器机器建模技术建模技术测量技术测量技术分析分析声音或振动信号声音或振动信号CAD, CAE图像处理图像处理结构与强度结构与强度参数辨识参数辨识故障诊断故障诊断FEM机械工程机械工程信号处理技术信号处理技术应用力学应用力学* Power Spectral Density (PSD), * Correlation, * Fuzzy Logic, * Bispectrum,* Higher-Order Statics (HOS), * Neura

6、l Networks (NN), * Wavelet Transform,* Spectral Correlation Density (SCD), * Time-Frequency Distribution (TFD),* Sound Intensity, * Near-Field Acoustic Holographics, * .* Stability,* Chaos,* Fractal,* .坐标反求坐标反求2022-4-2112定义定义n机械设备状态监测与故障诊断n是识别机械设备(机器或机组)运行状态的一门综合性应用科学和技术，它主要研究机械设备运行状态的变化在诊断信息中的反映n通过

7、测取设备状态信号，并结合其历史状况对所测信号进行处理分析，特征提取，从而定量诊断(识别)机械设备及其零部件的运行状态(正常、异常、故障)，进一步预测将来状态，最终确定需要采取的必要对策的一门技术n主要内容包括监测、诊断(识别)和预测三个方面2022-4-2113定义定义 技术结构关系技术结构关系S症状逻辑关系F故障 正向逻辑：故障反映C工作状态M监测正常异常D诊断表现振动、噪声、温度、压力、转速、扭矩、功率、.诊断理论与方法 统计识别， 模糊逻辑， 灰色理论， 神经网络，.简易、精密类别磨损、腐蚀、变形、裂纹、不平衡、不对中、松动、渗漏、.性质与程度暂时、永久、突发、渐发、破坏、非破坏、先天、

8、错用、.分析参数监测，症状识别，特征提取，.逻辑关系简单映射、加权相关、规则相关、置信因子、.逆向逻辑：机理研究在线、离线；定期、连续；.(I)(II)2022-4-2114定义定义 监测与诊断的关系监测与诊断的关系n机械设备状态监测与故障诊断既有区别、又有联系，同一学科的两个层次：简易/精密n状态监测也称为简易诊断，一般是通过测定设备的某些较为单一的特征参数(如振动、温度、压力等)来检查设备状态，并根据特征参数值与门限值之间的关系来决定设备的状态n如果对设备进行定期或连续的状态监测，便可获得有关设备状态变化的趋势规律，据此可预测和预报设备的将来状态。通常这就叫做趋势分析n故障诊断也称为精密诊

9、断，不仅要掌握设备的状态正常与否，同时还需要对产生故障的原因、部件（位置）以及故障的严重程度进行深入的分析和判断2022-4-21上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室15学科发展意义学科发展意义n引 言n学科范畴n学科发展意义n监测与诊断技术基础n监测与诊断系统n监测与诊断技术发展趋势n结束语2022-4-2116故障诊断的目的故障诊断的目的n目标：保证设备的安全、可靠和高效、经济运行n主要目的：n及时、正确、有效地对设备的各种异常或故障状态作出诊断，预防或消除故障；同时对设备的运行维护进行必要的指导。确保可靠性、安全性和有效性n制定合理的监测维修制度，保证设备发挥最大设计能力,同时在

10、允许的条件下充分挖掘设备潜力，延长其服役期及使用寿命，降低设备全寿命周期费用n通过检测、分析、性能评估等，为设备修改结构、优化设计、合理制造及生产过程提供数据和信息2022-4-2117故障诊断的任务故障诊断的任务n状态监测：n了解和掌握设备的运行状态。包括采用各种检测、测量、监视、分析和判别方法，结合设备的历史和现状，考虑环境因素，对运行状态作出评估，并为进一步分析提供信息n故障诊断：n根据状态监测所得信息，结合已知的结构特性和参数、环境条件及运行历史，对故障进行预报和分析、判断，确定故障的性质、类别、程度、原因、部位，指出故障发生和发展的趋势及其后果2022-4-2118故障诊断的任务故障

11、诊断的任务n指导设备管理和维修：n根据故障诊断的结果，提出控制故障继续发展和消除故障的对策或措施(调整、维修、治理)；为推进视情维修体制提供依据2022-4-2119开展故障诊断工作的意义开展故障诊断工作的意义n有利于提高设备管理水平n“ 管好、用好、修好”设备，不仅是保证简单再生产的必要条件，而且能提高企业经济效益，推动国民经济持续、稳定、协调地发展n机械设备状态监测与故障诊断是提高设备管理水平的一个重要组成部分2022-4-2120开展故障诊断工作的意义开展故障诊断工作的意义n避免重大事故发生，减少事故危害性n现代设备的结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程度越来越高。但是，当设备出现故

12、障时所带来的影响程度也明显增大，有时不仅仅是造成巨大的经济损失，往往还会带来灾难性的事故n发展机械设备状态监测与故障诊断技术，并进行有效、合理的实施，可以掌握设备的状态变化规律及发展趋势，防止事故于未然，将事故消灭在萌芽2022-4-2121开展故障诊断工作的意义开展故障诊断工作的意义n可以获得潜在的巨大经济和社会效益n生产设备停机、停工带来的单位损失越来越大n最大限度降低设备寿命周期费用，最大限度提高以生产经济性为目标的管理n寿命周期费用(LCC) 研制费用生产费用使用、维修费用 购置费用使用、维修费用 推行设备诊断技术和现代维修技术，有助于减少使用、维修费用，从而从整体上降低设备的寿命周期

13、费用2022-4-2122开展故障诊断工作的意义开展故障诊断工作的意义 举例举例n我国因机械设备事故造成的损失十分严重n1985年10月29日山西大同第二电厂20万千瓦2号机组因超速诱发轴系强烈振动，轴系断裂为五段，机组严重损坏，直接经济损失达1400万元；n1988年2月12日陕西秦岭电厂20万千瓦5号机组轴系发生突发性强烈振动，轴系断裂为十三段，机组严重损毁，直接经济损失达3000万元；n对石化引进30万吨合成氨和40万吨尿素化肥厂中的五大透平压缩机组的初步调查结果表明，仅1977年和1978年的两年的不完全统计，机械事故就高达一百多次，遭受经济损失约有几个亿2022-4-2123开展故障

14、诊断工作的意义开展故障诊断工作的意义 举例举例n宏观上实施故障诊断能带来经济效益n1980年度美国用于设备维修的费用为2460亿美元，其中有将近1/3 (约750亿美元)属于维修方法采用不当(包括缺乏正确的状态监测和故障诊断技术)而浪费掉的n我国1987年国营工业和交通企业有40万个以上，总固定资产约为7000亿元，每年用于设备大修、小修及处理故障的费用一般占固定资产原值的35%。因此，采用状态监测和故障诊断技术改善设备维修方式和方法后，一年就有可能取得数百亿元的经济效益2022-4-2124开展故障诊断工作的意义开展故障诊断工作的意义 举例举例n对生产单位有很高的收益/投资比n日本资料报道，

15、实施故障诊断后，事故率减少75%，维修费用降低25-50%n英国2000家大型工厂采用诊断技术后每年节省维修费用达3亿英镑，而每年用于投资故障诊断系统和技术手段的费用为0.5亿英镑，从而净获益达2.5亿英镑/年n美国pekrul发电厂实施故障诊断技术后的经济效益达到其本身投入的36倍2022-4-2125美国美国Pekrul电厂故障诊断效益分析电厂故障诊断效益分析电厂情况装机容量：1000MW，电费：US$ 0.015 元/千瓦时，年产值约：US$ 1 亿元事故损失按可靠性分析，事故停机 14 次/年，停产损失 US$ 15万元/天诊断效果能查出 50的事故，其中 50由诊断系统查出，内含虚警

16、 20，修复时间：3 天/每次事故诊断效益(节约费用)B14x0.5x0.5x3x15x(1- 0.2) = US$126 万元/年投入经费投资：US$ 20 万元，年监测费：US$ 1.5 万元/年诊断成本A(20 万/10 年折旧) + 1.5 万/年=US$ 3.5 万元/年诊断经济效益系数CB/A = 362022-4-21上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室26监测与诊断技术基础监测与诊断技术基础n引 言n学科范畴n学科发展意义n监测与诊断技术基础n监测与诊断系统n监测与诊断技术发展趋势n结束语2022-4-2127管理体制管理体制n监测与诊断工作是一个系统工程n首先要有设备

17、n其次要有懂专业的技术人员n更重要的是还必须有系统完善的管理体制2022-4-2128基于振动基于振动(噪声噪声)测量与分析测量与分析n在这里所提及的状态监测与故障诊断，均是指基于振动测量与分析方面的技术n事实上状态监测与故障诊断是一门综合性极强、涉及面非常广泛、学科交叉渗透十分丰富的技术n除了应用振动分析方法之外，还可采用油液分析、红外热像、超声探伤以及温度、压力分析等多种不同技术2022-4-2129基于振动基于振动(噪声噪声)测量与分析测量与分析n振动是自然界中的一种很普遍的运动n机械振动信号中包含了丰富的机器状态信息，它是机械设备故障特征信息的良好载体n利用振动信号来获取机械设备的运行

18、状态并进行故障诊断具有如下优点：n方便性：利用各种振动传感器及分析仪器，可以很方便地获得振动信号n在线性：振动监测可在现场不停机的情况下进行n无损性：在振动监测过程中，不会对被测对象造成损伤2022-4-2130信号处理技术信号处理技术n信号处理技术是进行故障诊断的基础，是特征提取必不可少的工具n信号处理技术分为传统和现代两大类，其中：n传统的信号处理技术是指以FFT为核心的信号分析技术，在实际运用中发挥着重要的作用n而近年来发展起来的现代信号处理技术在故障特征提取方面正崭露出头角2022-4-2131(传统传统)信号处理技术信号处理技术22,xxxEEyyy,22 X fY f tptFxx

19、, F t p tyy, x t y t X f Y f x ty t Rxx Ryy Sfxx Rxy Sfxy Sfyy x t y t X f Y fXf Yf Cqpx Cqpy HfY fX fxy HfSfSfxyxyxx xyxyxxxxfSfSfSf222022-4-2132(传统传统)信号处理结果示例信号处理结果示例2022-4-2133现代信号处理技术现代信号处理技术n现代信号处理的本质可用七个“ 非”字来高度概括，即研究：n非线性、非因果、非最小相位系统n非高斯、非平稳、非整数维(分形)信号n非白色加性噪声n为准确、有效地获得故障特征信息，目前重点是：研究和发展基于非高斯

20、、非平稳及非线性故障信号的分析理论及方法n时频分布、小波分析、高阶统计量分析、循环平稳信号处理、非线性分析、2022-4-2134现代信号处理技术现代信号处理技术2022-4-2135现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-时频分布时频分布tfAAdetxtxftWVDfjx222)()(),(*defXfXftWVDtjx222)()(),(*2022-4-2136现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-时频分布时频分布2040608010012000.0202004006008001000Frequency (Hz)020406080-0.500.5Time (ms) (a) RGKD

21、 of the original signal (200256fxLL,) (b) Hough transform of (a) (162max) (c) RGKD of signal envelope (170512fxLL,) (d) Hough transform of (c) (270max)2022-4-2137现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-小波分析小波分析n在时-频平面上，时间-频率分辨率是变化的n高频处：时间分辨率高、而频率分辨率低n低频处：时间分辨率低、而频率分辨率高2022-4-2138现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-小波包分析小波包分析2022-4-2

22、139现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-连续小波分析连续小波分析用用Hermitian小波变换探测小波变换探测正弦信号中的微弱准脉冲正弦信号中的微弱准脉冲用用Hermitian小波变换小波变换对含有微弱准脉冲和噪对含有微弱准脉冲和噪声的正弦信号进行分析声的正弦信号进行分析2022-4-2140现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-小波尺度与相位谱小波尺度与相位谱2022-4-2141现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-双谱分析双谱分析n非参数双谱定义为三阶累积量谱)()()()(),(),(),(2121213nxnxnxEnxnxnxcumcx 12221121321)()

23、,(),(jxxecB2022-4-2142现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-双谱分析双谱分析Input vector for LVQ:u 4 x 8 Peak values of projection of Bispectrumprojection of Bi-Sp00.10.20.30.40.50246x 10-5Original Result, Node # = 16000.10.20.30.40.502468x 10-5010020030040050010-410-310-210-11001011021MACiicTinicTicinTin( )( )( )22022-4-21

24、43现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-双谱分析双谱分析Thicknessno noise30dB20dB10dBAverage1.00mm100.00%100.00%100.00%80.19%95.05%1.25mm100.00%100.00%98.04%90.20%97.06%1.40mm88.24%86.27%92.16%70.59%84.32%1.50mm100.00%100.00%98.04%60.78%89.71%1.75mm78.43%78.43%80.39%45.10%70.59%Average93.33%92.94%93.73%69.37%87.34%Thickness

25、nonoise30dB20dB10dBAverage1.00mm56.86%56.86%54.90%47.06%53.92%1.25mm54.90%56.89%49.02%47.06%51.97%1.40mm50.98%49.02%52.94%39.22%48.04%1.50mm47.06%43.14%45.01%43.12%44.58%1.75mm19.61%21.56%19.61%21.56%20.59%Average45.88%45.49%44.30%39.60%43.82%Bi-Sp MethodMAC Method2022-4-2144现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-循环平

26、稳信号循环平稳信号n循环平稳信号是一种带有隐含周期性的特殊非平稳信号，其统计特性表现为周期平稳性，或者说其统计函数呈周期或多周期(各周期不成比例)变化n旋转机械的振动信号，尤其是当故障发生时，往往表现为典型的周期性变化信号00.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2-2-1.5-1-0.500.511.52 (s)( V /m m s )2022-4-2145现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-循环平稳信号循环平稳信号SCD - Spectral correlation density BPSK signal - Binary Phase-Shift K

27、eyed signal2022-4-2146现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-循环平稳信号循环平稳信号n给定调制信号x(t)= (1+cos(230t)+cos(270t)*cos(21000t)循环自相关函数循环自相关函数 (CACF)2022-4-2147现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-循环平稳信号循环平稳信号00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.100.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5Cyclic Autocorrelation functionTime lag sAmplitude0500100

28、015002000250000.020.040.060.080.10.120.140.160.18Power Spectral DensityFrequency HzAmplitude循环频率30 Hz处的切片00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.100.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5Cyclic Autocorrelation functionTime lag sAmplitude0500100015002000250000.020.040.060.080.10.120.140.160.18Power Spectra

29、l DensityFrequency HzAmplitude循环频率70 Hz处的切片00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.100.020.040.060.080.10.120.14Cyclic Autocorrelation functionTime lag sAmplitude60 Hz处的切片0500100015002000250000.0050.010.0150.020.0250.03Power Spectral DensityFrequency HzAmplitude2022-4-2148现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-循环平稳信号循

30、环平稳信号00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.100.050.10.150.20.25Cyclic Autocorrelation functionTime lag sAmplitude0500100015002000250000.020.040.060.080.10.12Power Spectral DensityFrequency HzAmplitude00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.100.050.10.150.20.25Cyclic Autocorrelation functionTime lag

31、sAmplitude0500100015002000250000.020.040.060.080.10.12Power Spectral DensityFrequency HzAmplitude循环频率1970 Hz处的切片循环频率1930 Hz处的切片2022-4-2149现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-盲源分离盲源分离n所谓盲源分离技术(Blind Source Separation)，是研究在未知系统的传递函数、源信号的混合系数及其概率分布的情况下，仅利用源信号之间相互独立这一微弱已知条件，从一组传感器测量所得的混合信号中分离出独立源信号的一种技术Sssn1ABSyyYn1X=

32、ASY=BX2022-4-2150现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-盲源分离盲源分离两个源信号的波形两个源信号的频谱四个测量信号的波形四个测量信号的频谱盲源分离结果 Sensor 1Sensor 2XYSource-1Source-2Sensor 3Sensor 42022-4-2151现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-数据挖掘数据挖掘nKDD从存放在数据库、数据仓库或其他信息库中的大量数据中发现有用知识的过程。 Jiawei Han2022-4-2152现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-数据挖掘数据挖掘n数据挖掘用于知识库建立海量数据海量数据海量数据海量数据2022-

33、4-2153现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-数据挖掘数据挖掘nFayyad等人提出的过程模型（1996年）数据数据选择选择数据清理数据清理和预处理和预处理挖掘目标与挖掘目标与方法的匹配方法的匹配定义目标定义目标知识准备知识准备选择数据选择数据挖掘算法挖掘算法数据数据挖掘挖掘整理整理知识知识知识知识知识知识知识知识知识知识目标数据目标数据模型模型数据约简数据约简解释解释评价评价预处理后预处理后的数据的数据约简后约简后的数据的数据2022-4-2154现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-数据挖掘数据挖掘n数据挖掘的应用过程测试数据测试数据故障数据故障数据现场数据现场数据2022-4

34、-2155现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-数据挖掘数据挖掘2022-4-2156现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-数据挖掘数据挖掘2022-4-2157现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-数据挖掘数据挖掘n德国DataEngine 4.0系统2022-4-2158现代信号处理结果示例现代信号处理结果示例-数据挖掘数据挖掘采用先进计算采用先进计算方法比较方法比较2022-4-2159可视化声源定位技术可视化声源定位技术n通过重建设备辐射的噪声场以直观的动通过重建设备辐射的噪声场以直观的动态图像来进行噪声源的识别和定位，为态图像来进行噪声源的识别和定位，为噪声控制、预测及故

35、障诊断等提供依据噪声控制、预测及故障诊断等提供依据2022-4-2160常用的声场可视化方法常用的声场可视化方法n近场声全息近场声全息（NAH）传统方法n基于边界元建模基于边界元建模（BEM）的NAHnHELS方法方法（Helmholtz方程最小平方误差方程最小平方误差）n波叠加方法波叠加方法（Wave Superposition）n波束形成波束形成（Beamforming）2022-4-2161可视化声源定位实例可视化声源定位实例汽车发动机电机2022-4-21626300 HzR 5 cm3150 HzR 10 cm4000 HzR 8 cm5000 HzR 6 cm汽车发动机声场图汽车发

36、动机声场图 Beamforming(66)近场声全息需要约 3300 个测点，才能识别这样的高频2022-4-21上海交通大学 振动、冲击、噪声国家重点实验室63监测与诊断系统监测与诊断系统n引 言n学科范畴n学科发展意义n监测与诊断技术基础n监测与诊断系统n监测与诊断技术发展趋势n结束语2022-4-2164监测与诊断系统监测与诊断系统n在完成状态监测与故障诊断的过程中，通常需要依靠一定的监测与诊断工具和手段，即需要有相应的计算机化的自动监测与诊断装置、仪器或系统2022-4-2165监测与诊断系统前的考虑监测与诊断系统前的考虑n建立监测与诊断系统之前应考虑如下问题：n经济性 - 应能够尽可

37、能地节省投资；n可靠性 - 自身应具有更高的可靠性；n实用性 - 实用的功能，操作简便；n有效性 - 分析、诊断结果有效；n扩展性 - 较好的可扩展性和自开发性能。n一般情况下，根据经验企业用于设备状态监测与故障诊断的投资应占其固定资产的15。并且，随着设备复杂程度和技术先进性的增加，此项投资的额度还应有相应的增加2022-4-2166监测与诊断系统的分类与选用监测与诊断系统的分类与选用n离线系统(巡检系统)n在线系统(集中式、分布式)n远程系统(C/S结构、B/S结构)设备类型一般设备重要设备关键设备损坏后果小部分停产或不停产大部分停产(50-100%)完全停产监测系统类型离线监测系统一般在

38、线系统计算机化在线系统便携式测量仪器推荐选用至少选用2022-4-2167离线系统离线系统n也称为机械故障巡检系统，通常由传感器、便携式数据采集器和计算机软件组成n采用定期巡回检测和离线分析的方式工作n适合于对工厂中量大面广的中、小型机械设备，尤其是那些尚无固定监测点的机器进行定期的状态监测与故障诊断(手持式)传感器便携式数据采集器PC计算机+监测、分析与诊断软件RS-232c2022-4-2168在线系统在线系统n在线监测与诊断系统具有数据采集连续、快速、数据处理实时性好、分析诊断功能全面、丰富等特点n适用于具有固定监测点的大型连续运转的关键机械设备n这类系统又可分为集中式单机系统、集散式系

39、统以及分布式系统2022-4-2169集中式结构集中式结构n是以单一(微型)计算机为主体的监测与诊断系统n由计算机主控完成现场工况监测、数据采集、信号处理与分析、故障诊断等全部工作n优点：便于管理控制，具有较高的稳定性和可靠性;系统具备信号处理、特征提取、状态分类、趋势分析以及分析报告生成、数据库管理等多方面的功能2022-4-2170集散式结构集散式结构n利用多台计算机来联合实施监测与诊断，但这里的每台计算机彼此相互独立，基本上没有联系，其实质是集中式结构的简单迭加n通过RS232或RS422串行通讯方式把一台主控计算机与若干台从属计算机联接起来协同工作的主从式结构。其中，从属计算机(或称辅

40、助计算机)分别独立地完成现场数据采集与状态监测并共享主机，而主机则负责完成分析与诊断功能并始终肩负对从属机进行管理和控制的任务2022-4-2171分布式结构分布式结构-远程系统的雏形远程系统的雏形n针对地域分布较广的多台机器设备，通过计算机网络把分布于各局部现场、独立完成特定功能的本地计算机互联接起来，并在一台主控计算机的控制下，构成分级管理模式，最终达到资源共享、协同工作、分散监测与集中管理、诊断的目的主计算机辅 助 计 算 机辅 助 计 算 机辅 助 计 算 机网 络网络网络网络主计算机辅 助 计 算 机辅 助 计 算 机网 络(a)(b)2022-4-2172分布式结构分布式结构-远程

41、系统的雏形远程系统的雏形n分布式结构具有资源分散、结构模块性、工作并行性、协作自治性、系统透明性等优点。此外：n分散数据采集，集中状态监测、诊断和管理n可靠性高各现场工作站均能够独立完成分布式处理，各节点具有相对独立性，当某一节点发生问题时，并不影响其它节点的正常工作n可护展性和灵活性好由于采用了网络化结构，系统能在适应新技术的发展过程中，方便地将落后设备从网上卸下、将更新设备挂到网上n功能强系统支持多用户、多任务，可承担较多的工作负荷n成本低网络接口集成度高，网络基础设施可与生产管理控制系统、MIS系统等共享，系统的整体性能价格比高2022-4-2173远程故障诊断的基本概念远程故障诊断的基

42、本概念n基于Internet/Intranet的远程故障诊断是设备诊断技术与通信技术、网络技术、计算机技术以及控制技术相结合的产物n远程诊断跨越了企业与研究机构、企业与企业在时间和空间上的距离n学术界可以利用网上诊断服务器开设技术知识讲座，对企业技术人员进行辅导和技术培训，同时发表有关的最新研究成果n企业界则可以利用监测服务器为研究机构提供宝贵的现场数据，向研究机构或其它企业提出咨询2022-4-2174远程故障诊断的基本概念远程故障诊断的基本概念n远程诊断系统能够方便地实现企业内部、行业内部、甚至更大范围的诊断数据和知识的共享，能够有效地组织异地专家会诊等n远程诊断系统还是一个集咨询、培训、

43、讨论、数据交换等于一体的全方位的信息交流系统n这样既解决了生产企业技术力量不足和技术水平提高的问题n又有利于研究机构更准确、更有效的获得设备运行的第一手资料，充实理论和技术研究2022-4-2175远程故障诊断系统的结构远程故障诊断系统的结构n一个完整的远程故障诊断系统通常应当包括三个主要子系统n远程诊断中心：在高性能WEB服务器和数据库服务器的支撑下担负整个系统的控制协调任务n企业监测分析中心(初级诊断中心)：主要负责企业内部的监测、分析和诊断，以及设备管理工作，同时负责对下属监测工作站的控制及管理n现场监测工作站：由网络化的高性能再线数据采集器或便携式数据采集器所构成，主要负责数据采集、预

44、处理以及报警监控等工作2022-4-2176远程故障诊断系统的模型远程故障诊断系统的模型Internet远程诊断中心企业监测中心数据库现场工作站防火墙防火墙打印机HubHubHub数据库数据库数据库HubPRINTHELPALPHASHIFTENTERRUNDGERFIAJBKCL7M8N9ODGDGDGDGT3U0V.WXYZTAB% UTILIZATIONHUB/MAUNIC2BNC4Mb/sPRINTHELPALPHASHIFTENTERRUNDGERFIAJBKCL7M8N9ODGDGDGDGT3U0V.WXYZTAB% UTILIZATIONHUB/MAUNIC2BNC4Mb/sPR

45、INTHELPALPHASHIFTENTERRUNDGERFIAJBKCL7M8N9ODGDGDGDGT3U0V.WXYZTAB% UTILIZATIONHUB/MAUNIC2BNC4Mb/s2022-4-2177远程故障诊断系统的基本要求远程故障诊断系统的基本要求n无成本客户端：客户端软件应当是一般用户桌面系统都具有的浏览器n廉价的系统维护：系统功能可以由用户添加组件进行扩展；系统性能可以通过远程升级组件获得提高n低廉的网络投资：用户可以充分利用企业内部已建立的Intranet，进行整个系统的构建n低廉的监测和诊断费用：各种(关键)设备可以共享同一套系统2022-4-2178远程故障诊断系统

46、的基本要求远程故障诊断系统的基本要求n知识共享：对于地域分布的大型企业集团，允许在一个地区获取诊断知识，然后通过中心知识库，让整个企业共享相同或相近知识n专家共享：能够通过网络汇集同行专家完成数据分析和故障原因会诊及评价n协作诊断：不同地区的诊断系统和专家可以在远程诊断中心的协调下组成一个大的诊断网络，通过对不同来源的诊断结果进行融合的形式，最终给出协作诊断的结论2022-4-2179远程故障诊断系统的体系结构远程故障诊断系统的体系结构n三层B/S结构体系n表示层(应用层)n逻辑层n数据层n工作模式Internet服 务 器 组 件W eb服 务 器 /IIS 4.0A SPJavaScrip

47、t/V B Script基 于 浏 览 器 的 客 户 工 作 站数 据 库H TM LJavaScript/V B ScriptA ctiveX /Java A pplet2022-4-2180远程在线监测与诊断系统示例远程在线监测与诊断系统示例nVSN-NetMDS远程诊断中心远程诊断中心企业监测中心企业监测中心现场监测站现场监测站2022-4-2181示例：示例：VSN-NetMDS系统结构框图系统结构框图基于网络的远程监测基于网络的远程监测与故障诊断系统与故障诊断系统VSN-NetMDS基于基于VXI总线的数据采集系统总线的数据采集系统VSNsNetDAU企业监测中心企业监测中心VSN

48、sNetEMC远程诊断中心远程诊断中心VSNsNetRDC数据库数据库VSNsNetDB用户管理系统用户管理系统UMS状态监测系统状态监测系统CMS设备管理系统设备管理系统EMS故障诊断系统故障诊断系统FDS用户管理系统用户管理系统UMS远程分析系统远程分析系统RAS组件库系统组件库系统CLS2022-4-2182示例：示例：VSNsNetEMC企业监测中心企业监测中心2022-4-2183示例：示例：VSNsNetDAU监测工作站监测工作站。128 kHz、51.2 kHz、25.6 kHz、12.8 kHz、 (按1:2:5抗混滤波器A/D数字抗混滤波器DSP预处理器JV53112SCSI

49、硬盘RAMDSP处理板网络主控计算机数据库服务器100M振动信号倍频器采样脉冲序列转速JV53413慢变信号适配器VXI总线2022-4-2184示例：示例：VSNsNetDAU监测工作站监测工作站2022-4-2185示例：示例：VSNsNetDB网络数据库网络数据库nSQL ServernOracle2022-4-2186示例：监测与分析界面汇集示例：监测与分析界面汇集2022-4-2187远程巡检远程巡检(离线离线)系统示例系统示例Internet或Intranet企业监测诊断中心监测分析工作站数据库防火墙防火墙打印机数据库HubPRINTHELPALPHASHIFTENTERRUNDG

50、ERFIAJBKCL7M8N9ODGDGDGDGT3U0V.WXYZTAB% UTILIZATIONHUB/MAUNIC2BNC4Mb/sHY-106数采器监测分析工作站数据库PRINTHELPALPHASHIFTENTERRUNDGERFIAJBKCL7M8N9ODGDGDGDGT3U0V.WXYZTAB% UTILIZATIONHUB/MAUNIC2BNC4Mb/sHY-106数采器防火墙2022-4-2188示例：示例：PMS巡检系统功能框图巡检系统功能框图PMS设备巡检系统用户管理设备管理数据采集数据分析数据库管理结果报告用户信息管理用户系统设置设备信息浏览设备基本信息测点参数设置机器