液压设备在线监测技术及应用

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1、 液压设备在线监测技术及应用液压设备在线监测技术及应用在线监测是液压设备及工艺过程故障诊断与状态监测的重要在线监测是液压设备及工艺过程故障诊断与状态监测的重要途径。这一章结合实例论述多媒体与网络技术背景下液压装置途径。这一章结合实例论述多媒体与网络技术背景下液压装置在线监测系统的组成、功能、基本要求、相关因素与应用方法。在线监测系统的组成、功能、基本要求、相关因素与应用方法。第第 1 节节 设备在线监测技术概述设备在线监测技术概述14.1.1 综述综述 随着现代化大生产的不断发展和科学技术的不断进步，为随着现代化大生产的不断发展和科学技术的不断进步，为了最大限度地提高生产效率和产品质量，作为主

2、要生产工具的了最大限度地提高生产效率和产品质量，作为主要生产工具的机械设备正朝着大型、高速、精密、连续运转以及结构复杂的机械设备正朝着大型、高速、精密、连续运转以及结构复杂的方向发展。这样，在满足生产要求的同时，设备发生故障的潜方向发展。这样，在满足生产要求的同时，设备发生故障的潜在可能性和方式也在相应增加，并且设备一旦发生故障，就可在可能性和方式也在相应增加，并且设备一旦发生故障，就可能造成严重的甚至是灾难性的后果。如何确保机械设备的安全能造成严重的甚至是灾难性的后果。如何确保机械设备的安全正常运行已成为现代设备运行维护和管理的一大课题。对机械正常运行已成为现代设备运行维护和管理的一大课题。

3、对机械设备进行在线监测是保障其安全、稳定、长周期、满负荷、高设备进行在线监测是保障其安全、稳定、长周期、满负荷、高性能、高精度、低成本运行的重要措施。性能、高精度、低成本运行的重要措施。所谓在线监测（所谓在线监测（on-line monitoring） ，是在生产线上对机械，是在生产线上对机械设备运行过程及状态所进行的信号采集、分析诊断、显示、报设备运行过程及状态所进行的信号采集、分析诊断、显示、报警及保护性处理的全过程。警及保护性处理的全过程。设备在线监测技术以现代科学理论中的系统论、控制论、设备在线监测技术以现代科学理论中的系统论、控制论、可靠性理论、失效理论、信息论等为理论基础，以包括传

4、感器可靠性理论、失效理论、信息论等为理论基础，以包括传感器在内的仪表设备、计算机、人工智能为技术手段，并综合考虑在内的仪表设备、计算机、人工智能为技术手段，并综合考虑各对象的特殊规律及客观要求，因此它具有现代科技系统先进各对象的特殊规律及客观要求，因此它具有现代科技系统先进性、应用性、复杂性和综合性的特征。性、应用性、复杂性和综合性的特征。目前，在线监测技术发展的主要趋势如下：目前，在线监测技术发展的主要趋势如下：整个系统向着高可靠性、智能化、开放性以及与设备融合为整个系统向着高可靠性、智能化、开放性以及与设备融合为一体的方向发展，从单纯监测分析诊断向着主动控制的方向发一体的方向发展，从单纯监

5、测分析诊断向着主动控制的方向发展。展。采集器向着高精度、高速度、高集成度以及多通道方向发展。采集器向着高精度、高速度、高集成度以及多通道方向发展。精度从精度从 8 位发展到位发展到 12 为甚至为甚至 16 位，采集速度从几赫发展到几位，采集速度从几赫发展到几万赫，采集器内插件有所减少，从通用电子元件的组装向专用万赫，采集器内插件有所减少，从通用电子元件的组装向专用芯片芯片 ASIC 的方向发展。的方向发展。采样方式从等时采样向着等角度同步整周期采样的方向发展，采样方式从等时采样向着等角度同步整周期采样的方向发展，以获取包括相位在内的多种信息，采集的数据从只有稳态数据以获取包括相位在内的多种信

6、息，采集的数据从只有稳态数据发展到包括瞬态数据在内的多种数据。发展到包括瞬态数据在内的多种数据。通道数量从单通道向多通道发展，信号类型从单个类型向着通道数量从单通道向多通道发展，信号类型从单个类型向着多种类型（包括转速、振动、位移、温度、压力、流量、速度、多种类型（包括转速、振动、位移、温度、压力、流量、速度、开关量以及加速度等）方向发展。开关量以及加速度等）方向发展。数据的传输从串行口和并行口通讯向着网络通讯（波特率可数据的传输从串行口和并行口通讯向着网络通讯（波特率可达达 10 兆、兆、100 兆甚至几百兆）的方向发展。兆甚至几百兆）的方向发展。监测系统向对用户友好的方向发展，显示直观化，

7、操作方便监测系统向对用户友好的方向发展，显示直观化，操作方便化，采用多媒体技术实现大屏幕动态立体显示。化，采用多媒体技术实现大屏幕动态立体显示。分析系统向多功能发展，不仅能分析单组数据，还可分析开分析系统向多功能发展，不仅能分析单组数据，还可分析开停机等多组数据。停机等多组数据。诊断系统向智能化诊断多种故障的方向发展，由在线采集离诊断系统向智能化诊断多种故障的方向发展，由在线采集离线诊断向在线采集和实时诊断的方向发展。线诊断向在线采集和实时诊断的方向发展。数据存储向大容量方向发展，存储方式向通用大型数据库方数据存储向大容量方向发展，存储方式向通用大型数据库方向发展。向发展。诊断与监测的方式向基

8、于诊断与监测的方式向基于 Internet/Intranet 的远程诊断与监的远程诊断与监测的方向发展。测的方向发展。14.1.2 在线监测的重点对象与基本要求在线监测的重点对象与基本要求（1）在线监测的主要对象）在线监测的主要对象须在线监测的重点设备主要如下：须在线监测的重点设备主要如下：对生产影响最大的关键设备，包括工艺要求十分严格及产品对生产影响最大的关键设备，包括工艺要求十分严格及产品质量要求十分严格的设备、连续运行的设备、单一生产流程中质量要求十分严格的设备、连续运行的设备、单一生产流程中的设备、没有备用的设备、以及中间产品储量最少的设备等。的设备、没有备用的设备、以及中间产品储量最

9、少的设备等。隐含危险的设备，包括在高温或高压或高电压下工作的设备、隐含危险的设备，包括在高温或高压或高电压下工作的设备、装有高速或大惯性运动部件的设备、处理危险或有毒介质的设装有高速或大惯性运动部件的设备、处理危险或有毒介质的设备。备。有严格的安全性要求的设备，包括故障发生可能引起爆炸的有严格的安全性要求的设备，包括故障发生可能引起爆炸的设备、故障一旦发生会造成灾难的设备等。设备、故障一旦发生会造成灾难的设备等。（2）监测的重点部位）监测的重点部位监测的重点部位主要如下：监测的重点部位主要如下：对机器的可靠性影响最大的薄弱环节。对机器的可靠性影响最大的薄弱环节。负荷繁重且不可缺少的装置。负荷繁

10、重且不可缺少的装置。数据表明寿命最短的零部件。数据表明寿命最短的零部件。对整台设备起安全保护作用的装置。对整台设备起安全保护作用的装置。环境恶劣，人员难以接近的部位。环境恶劣，人员难以接近的部位。（3）在线监测系统的基本要求）在线监测系统的基本要求用户对在线监测系统的基本要求分别是：用户对在线监测系统的基本要求分别是：先进性。在系统建设过程中应采用具有国际领先水平的技术，先进性。在系统建设过程中应采用具有国际领先水平的技术，主要包括：采用先进的现场总线技术、主要包括：采用先进的现场总线技术、OPC Server 网络数据采网络数据采集技术、标准的布线技术、先进的集技术、标准的布线技术、先进的

11、Internet/Intranet 技术等，技术等，把各种先进技术融合在整个系统中。把各种先进技术融合在整个系统中。实用性。首先是系统具有实用的功能，其次是系统硬件配置实用性。首先是系统具有实用的功能，其次是系统硬件配置和软件设计应从使用者的角度出发，尽可能方便、实用。应根和软件设计应从使用者的角度出发，尽可能方便、实用。应根据设备维护和检修的实际需求，严格按照国家标准，使系统既据设备维护和检修的实际需求，严格按照国家标准，使系统既能满足生产需求，又做到用户界面友好、操作方便。能满足生产需求，又做到用户界面友好、操作方便。有效性。应保证分析、诊断结果的有效性，在被监测的设备有效性。应保证分析、

12、诊断结果的有效性，在被监测的设备出现故障前能起到预防作用，而当设备出现故障时能及时给出出现故障前能起到预防作用，而当设备出现故障时能及时给出正确的判断。正确的判断。可靠性。在线监测系统的主要目的是保障生产机械的工作可可靠性。在线监测系统的主要目的是保障生产机械的工作可靠性，因此其本身应具有更高的可靠性。监测系统结构上采用靠性，因此其本身应具有更高的可靠性。监测系统结构上采用层次式分布结构，以实现故障分散，保证高可靠性，即在任一层次式分布结构，以实现故障分散，保证高可靠性，即在任一单元发生故障情况下，不影响诊断系统其他部分的运行。并考单元发生故障情况下，不影响诊断系统其他部分的运行。并考虑生产现

13、场的环境恶劣，采用高抗干扰性的措施。虑生产现场的环境恶劣，采用高抗干扰性的措施。安全性。应采用完备的模拟量、数字量隔离安全性。应采用完备的模拟量、数字量隔离(如三端隔离如三端隔离)技技术，正确的信号接地措施，以及系统的冗余性，确保整个系统术，正确的信号接地措施，以及系统的冗余性，确保整个系统的电气安全性；在网络系统上采用防计算机病毒系统；在系统的电气安全性；在网络系统上采用防计算机病毒系统；在系统数据管理方面考虑整个系统数据系统的备份的完备性。数据管理方面考虑整个系统数据系统的备份的完备性。可扩展性。系统应具有可扩展和自我开发性能，能适应相关可扩展性。系统应具有可扩展和自我开发性能，能适应相关

14、技术的发展和软件的升级换代。系统必须提供与其它系统互联技术的发展和软件的升级换代。系统必须提供与其它系统互联的良好接口。的良好接口。经济性。在保证满足监测与诊断要求的前提下，应尽可能地经济性。在保证满足监测与诊断要求的前提下，应尽可能地节省投资。节省投资。14.1.3 在线监测系统的组成在线监测系统的组成各类在线监测系统可能由于应用场合和服务对象的不同、采各类在线监测系统可能由于应用场合和服务对象的不同、采用技术的复杂程度不同而呈现较大的差异，但一般主要由以下用技术的复杂程度不同而呈现较大的差异，但一般主要由以下部分组成：部分组成：1) 数据采集部分。它包括各种传感器、适调放大器、数据采集部分

15、。它包括各种传感器、适调放大器、A/D转换器、以及存储器等。其主要任务是信号采集、预处理及数转换器、以及存储器等。其主要任务是信号采集、预处理及数据检验。其中信号预处理包括电平变换、放大、滤波、疵点剔据检验。其中信号预处理包括电平变换、放大、滤波、疵点剔除和零均值化处理等，而数据检验一般包括平稳性检验以及正除和零均值化处理等，而数据检验一般包括平稳性检验以及正态性检验等。态性检验等。2) 监测、分析与诊断部分。这部分由计算机硬件和功能丰监测、分析与诊断部分。这部分由计算机硬件和功能丰富的软件组成，其中硬件构成了监测系统的基本框架，而软件富的软件组成，其中硬件构成了监测系统的基本框架，而软件则是

16、整个系统的管理与控制中心，起着中枢的作用。状态监测则是整个系统的管理与控制中心，起着中枢的作用。状态监测主要是借助各种信号处理方法对采集的数据进行加工处理，并主要是借助各种信号处理方法对采集的数据进行加工处理，并对运行状态进行判别和分类，在超限分析、统计分析、时序分对运行状态进行判别和分类，在超限分析、统计分析、时序分析、趋势分析、谱分析、轴心轨迹分析、以及启停机工况分析析、趋势分析、谱分析、轴心轨迹分析、以及启停机工况分析等的基础上，给出诊断结论，更进一步还要求指出故障发生的等的基础上，给出诊断结论，更进一步还要求指出故障发生的原因、部位、并给出故障处理对策或措施。原因、部位、并给出故障处理对策或措施。3) 结果输出与报警部分。需要这部分的目的是将监测、分结果输出与报警部分。需要这部分的目的是将监测、分析和诊断所得的结果和图形通过屏幕显示、打印等方式输出。析和诊断所得的结果和图形通过屏幕显示、打印等方式输出。当监测特征值超过报警值后，可通过特定的色彩、灯光或声音当监测特征值超过报警值后，可通过特定的色彩、灯光或声音等进行报警，有时还可进行停机连锁控制。结果输出