韩志伟1 李日发2
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摘要：近年来，船舶行业发展十分迅速，船舶通常应用振动采集系统来对机电设备进行故障诊断，如果机电设备振动采集系统出现故障，将影响机电设备特征信号提取的准确度，降低机电设备故障诊断的准确性，因此提出船舶机电设备振动采集系统的故障诊断技术分析。通过计算机电设备振动采集系统故障参数，根据计算结果对故障进行定位，最后进行故障诊断可视化分析，完成了提出的研究。通过仿真实验证明，提出的船舶机电设备振动采集系统的故障诊断技术分析方法具有较高的有效性，相较传统故障诊断方法，准确率提高30%，可以应用在机电设备振动采集系统的故障诊断中。
关键词：机电设备；振动采集系统；故障诊断；机械噪声
引言
机电设备是船舶最为重要的一部分，它的稳定工作为船舶安全行驶、船员正常生活工作提供重要保障，因此对船舶机电设备进行实时监测意义重大。目前，对于船舶机电设备的监测大多采用的是CAN现场总线的方式，然而舱室中的电机、风机、水泵和油泵等机电设备遍布各个舱室，电缆的铺设量大、保养维护难、设备成本高、且易影响人员正常工作。而对船舶机电设备进行巡检，不能及时发现机电设备可能存在的问题，且该监测实施方案耗时长，工作量大。针对以上现象，将无线传感器网络引入到机电设备的振动监测来构建无线、分布式实时振动监测系统成为一种可解决的思路。
1系统设计
船舶机电设备实际工作状态，受到船舶运行状态和周围设备工作状态的影响，船舶机电设备工作状态与船舶工作状态和周围设备工作状态的组合构建了船舶机电设备复杂的环境状态，这就要求用于测量船舶机电设备工作状态的数据采集能够长久工作。船舶机电设备类型繁多，许多设备具有较高的自动化程度或者具有远程的接口，相当数量的设备工作都是处于单独的无人舱室，出于使用安全和不受舱室供电影响的考虑，要求测量机电设备的数据采集装置不能借助于船舶系统的供电而能保持不低于3个月时间的有效工作。船舶机电设备的振动信号按照GJB4058-2000，主要考察从2Hz～2kHz频率范围的振动信号成分。采集得到的振动信号最终服务于产品的设计，所以采集需要记录原始的数据以服务于后续的分析。
2船舶机电设备振动采集系统的故障诊断技术
机电设备振动采集系统故障参数计算是为故障诊断提供必要的数据支持，在计算过程中必须清楚2个要点，一是差异数据的来源，二是差异数据代表故障的阈值。据常规机电设备振动采集系统执行数据运算的分析，依托X2-统计量判断函数搭建振动采集系统原始数据库，结合期望交叉嫡评估函数，将影响机电设备振动采集系统故障诊断的不相关数据进行剔除。对于一个机电设备振动采集系统故障参数K，E(K)表示其所包含的信息量，影响参数剔除运算如公式（1）所示：式中，m代表影响参数数据的种类，pi代表影响参数在原始数据库中的比率，当影响参数信息量计算结果大于故障诊断影响值时，则该故障诊断影响参数K被剔除。故障诊断影响值ri可表示为：通过剔除故障诊断影响参数，确保机电设备振动采集系统故障参数计算的准确性。
完成剔除后，机电设备振动采集系统故障参数计算如公式所示：式中，I（p）代表故障参数出现的次数，pi代表每个故障参数在数据库中的比例，通过上述公式，完成机电设备振动采集系统故障参数的计算。
3、设备运行状态监测与故障诊断系统设计方案
3.1设备运行状态监测与故障诊断系统结构设计
设备运行状态监测与故障诊断系统主要完成对船舶机电设备运行状态监测以及故障诊断，并结合先进的计算机信息技术分析船舶机电设备的运行信息以及故障信息，以确保应用信息化变得更加丰富。
3.2数据信息采集层
数据信息采集层主要负责船舶机电设备运行状态信息以及故障信息的采集。与一般监控类信息不一样的是，运行状态信息更侧重于采集船舶机电设备关键部位运行时候的温度、振动、转速、保护期状态、电流等等。有些船舶机电设备由于配备着较为智能化的电控系统，能够自检自身的运行状态，则只需要连接电控系统的数据接口就可以实现数据信息的采集。对于电控系统无法提供的诸如温度、振动等数据信息，则可以通过在船舶机电设备中安装对应的传感器，模拟转换这些数据信息后再予以采集。
3.3数据信息传输层
数据信息传输层主要负责传输数据信息采集层采集到的有关船舶机电设备运行状态信息以及故障信息的相关数据至数据信息评估层，以供数据信息评估层分析评估。并利用计算机网络技术实现船舶机电设备运行状态监测与故障诊断系统应用层、船舶各个舱室（船舱、工作舱、公共舱、居住舱、战斗舱等）的信息联网。数据信息传输层主要分为全线主干网络、系统应用层网络、船舶各个舱室局域网络等几个部分，并采用标准开放式网络协议，实现系统功能扩展以及信息化应用。
3.4数据信息评估层
数据信息评估层是建立在数据信息采集基础上，主要负责对采集到的船舶机电设备的运行状态数据信息以及故障数据信息的分析评估。通过故障数据信息库以及数据分析模型算法的建立，实现状态数据信息以及故障数据信息的解析，从而提取到船舶机电设备的故障特征信号，进而智能分析诊断该船舶机电设备的故障趋势或故障发生原因。其中智能诊断最核心的技术就是数据分析模型算法的建立，并重点解析船舶机电设备的振动频谱。倘若数据信息采集层采集到的直接就是明确的故障信息，那么通过故障数据信息库直接比对即可，不必再次进行解析分析，然后再将相关信息传输给应用层，并匹配相应的维护、维修建议，再由用户发出相应应对指令。
4、机电设备振动采集系统故障定位
机电设备振动采集系统故障种类有很多，常见的有损坏型故障、松脱型故障、失调型故障、失效型故障以及叠加和遗漏型故障。通过对机电设备振动采集系统故障进行定位，确定故障类型以及产生的原因，采取合理的故障处理策略，完成船舶机电设备振动采集系统的故障诊断。
首先采用红外测温技术，利用振动采集系统的温度变化对系统运行状态进行初步分析。然后进行参数的连接和调试测量，将可执行线路进行参数调试与设定，从而对振动采集系统的运行速率加以综合控制。最后利用λ射线对振动采集系统内部的介质密度改变进行监测，监测后分析系统并扫描图谱，完成对机电设备振动采集系统故障的定位。对于机电设备振动采集系统故障，故障定位非常必要，因为对故障定位，能够强化振动采集系统的安全检修，便于从多个角度进行安全维护，保障振动采集系统的安全、稳定运行。
5、结语
本文提出了船舶机电设备振动采集系统的故障诊断技术分析，通过计算机电设备振动采集系统故障参数，根据计算结果对故障进行定位，最后进行故障诊断可视化分析，完成了本文的研究。
参考文献
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