1、設(shè)備故障診斷設(shè)備故障診斷是一種給設(shè)備“看病”的技術(shù)，是了解和掌握設(shè)備在使用過程中的狀態(tài)，確定其整體或局部是正常或異常，早期發(fā)現(xiàn)故障及其原因并能預(yù)報故障發(fā)展趨勢的技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)的發(fā)展， 設(shè)備工作強(qiáng)度不斷增大，生產(chǎn)效率、自動化程度越來越高，同時設(shè)備更加復(fù)雜、各部分的關(guān)聯(lián)愈中密切， 從而往往某處微小故障就爆發(fā)鏈鎖反應(yīng)，導(dǎo)致整個設(shè)備乃至與設(shè)備有關(guān)的環(huán)境遭受災(zāi)難性的毀壞，這不僅 會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且會危及人身安全，后果極為嚴(yán)重。因此，設(shè)備診斷技術(shù)日益發(fā)揮重要作用， 它可使設(shè)備無故障、工作可靠，發(fā)揮最大效益；保證設(shè)備在將有故障或已有故障時，能及時診斷出來，正 確地加以維修，以減少維修時間，

2、提高維修質(zhì)量，節(jié)約維修費(fèi)用。1. 設(shè)備故障診斷內(nèi)容設(shè)備故障診斷一般監(jiān)、測監(jiān)控系統(tǒng)的區(qū)別主要在于系統(tǒng)的軟件方面，它不僅 能監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行的參數(shù)而且能根據(jù)監(jiān)測進(jìn)行評價，分析設(shè)備的故障類型與原因。它是將監(jiān)測、控制、評價融為一體的系統(tǒng)。安的軟件主要功能是：1信號采集和處理軟件，采集合適的信號樣本，對其進(jìn)行各種分析處理，提取和凝聚故障特征信息，提高診斷的靈敏度和可靠度。2故障診斷和狀態(tài)評價軟件，對信號分析處理結(jié)果進(jìn)行比較、判斷，依據(jù)一定的判別規(guī)則得出診斷結(jié)論。或是由系統(tǒng)自動地診斷出狀態(tài)的水平和 各種故障存在的傾向性及嚴(yán)重性；或是幫助工程技術(shù)人員結(jié)合其他條件全面作出判斷決策。對于設(shè)備的診斷，一是防患于未然，

3、早期診斷；二是診斷故障，采取措施。其主要內(nèi)容包括：(1) 正確選擇與測取設(shè)備有關(guān)狀態(tài)的特征信號所測取的信號應(yīng)該包含設(shè)備有關(guān)狀態(tài)的信息，例如，診斷起桁架有無裂紋不能靠測取桁架各點(diǎn)溫度信號中不包含裂紋有無的信息。而測取桁架的振動信號則可達(dá)到目的，因?yàn)檎駝有盘栔邪私Y(jié)構(gòu)有無裂紋的信息，這種信號即稱為特征信號。(2) 正確地從特征信號中提取設(shè)備有關(guān)狀態(tài)的有用信息(征兆)從特征信號直接判明故障的有無，一 般是比較難的。例如，從結(jié)構(gòu) 的振動信號一般以直接判明結(jié)構(gòu)有無裂紋，還需根據(jù)振動理論、信號分析理論、控制理論等提供的理論與方法，加上試驗(yàn)，對特征信號加以處理，持取有用的信息(稱為征兆)，才有可能判明設(shè)備

4、的有關(guān)狀態(tài)。征兆信息包括結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)(如質(zhì)量、剛度等)、結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)(如固有頻率、模態(tài)阻尼等)，設(shè)備的工作特性(如耗油率、工作轉(zhuǎn)速、工率等) ，信號統(tǒng)計特性及其他特征量。(3) 根據(jù)征兆進(jìn)行設(shè)備的狀態(tài)診斷，識別設(shè)備的狀態(tài)。因此，可采有多種模式識別設(shè)備的狀態(tài)。因此,可采用多種模式識別理論與方法，對征兆加以處理，構(gòu)成判別準(zhǔn)則，進(jìn)行狀態(tài)的識別與分類。狀態(tài)診斷是設(shè)備診斷的重點(diǎn)，而特征信號與征兆的獲取正確與否進(jìn)行正確狀態(tài)診斷的前提。征兆既用于由外表現(xiàn)象推斷內(nèi)部狀態(tài)，此時可稱為癥候，以用于由現(xiàn)在現(xiàn)象推斷未來狀態(tài)，此時可稱為預(yù)兆。狀態(tài)診斷既包括診斷 設(shè)備是否將發(fā)生什么故障，此即早期診斷；也包括診斷設(shè)備已

5、發(fā)生什么故障，此即早期診斷設(shè)備已發(fā)生什 么故障，此即故障診斷。(4) 根據(jù)征兆與狀態(tài)進(jìn)行 設(shè)備的狀態(tài)分析故障位置、類型、性質(zhì)、原因與趨勢等。例如，故障樹分 析過程可知故障的原因往往是次一級的故障；如軸承燒壞是故障，其原因是輸油管不輸油，不輸油是因油管堵塞，后者是因可能是次級故障，因而有關(guān)的狀態(tài)診斷方法也可用于狀態(tài)分析。(5) 根據(jù)狀態(tài)分析作出決策， 干預(yù)設(shè)備及其工作進(jìn)程， 以保證設(shè)備安全可靠、高效地發(fā)揮其應(yīng)有功能， 達(dá)到設(shè)備診斷目的。所謂干預(yù)和自動干預(yù)，即包括調(diào)整。修理。控制、自診斷等。2. 設(shè)備故障診斷是人們借助一定的技術(shù)手段(檢沒技術(shù)、分析理論方法、分析理論方法、分析軟件等)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

6、及故障情況進(jìn)行評判的過程。設(shè)備診斷過程可用圖7-6程序框圖表示。為了對機(jī)械設(shè)備故障進(jìn)行診斷，必須獲取機(jī)械設(shè)備的故障信息，包括人感官獲取的信息和通過檢測儀器測定獲取的信息。事 前調(diào)查階段是獲取設(shè)備現(xiàn)場狀況有用信息的重要程序，現(xiàn)場信息包括設(shè)備的結(jié)構(gòu)性能、操作運(yùn)行情況、外 界環(huán)境影響、維修使用記錄等。設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)的引人并不排斥和取代現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗(yàn)和智慧，相反， 二者有機(jī)結(jié)合，信息共享，才更有利于設(shè)備管理和故障診斷工作的開展。設(shè)備現(xiàn)場情況調(diào)查內(nèi)容包括：(1) 設(shè)備的結(jié)構(gòu)性能設(shè)備的結(jié)構(gòu)性能主要包括：1 設(shè)備的工作原理，設(shè)備在整個過程生產(chǎn)過程中的作用和地位。2 設(shè)備的動態(tài)參量。主要指設(shè)備的額定運(yùn)行指標(biāo)

7、和工藝參數(shù)范圍，如驅(qū)動機(jī)的功率，各工藝段流量、壓力、溫度、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及變化范圍，設(shè)備的工作介質(zhì)等3 設(shè)備結(jié)構(gòu)，如軸承型式、密閉結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子與其他部件之間聯(lián)軸節(jié)的結(jié)構(gòu)等。(2) 操作運(yùn)行情況操作運(yùn)行情況指設(shè)備運(yùn)行時工藝參數(shù)的大小及變化，設(shè)備輸入引起的變化， 是否感覺到性能的變化和故障征兆。(3) 外界環(huán)境的影響外界環(huán)境影響包括：1 環(huán)境溫度、濕度等的影響；2 周圍其他設(shè)備、管道振動造成的影響；3 地基沉降、變形對設(shè)備性能的影響； 4 輸入電壓波動的影響。(4) 維修使用情況1 在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)以來發(fā)生過的故障及處理情況；2 上次維修日期；3維修時對設(shè)備作過哪些調(diào)整，調(diào)整量各為多少；4 對本設(shè)備來說，發(fā)生什

8、么樣的故障可能性最大，或哪些部件容易發(fā)生故障及設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)；5 設(shè)備使用以來出現(xiàn)過哪些設(shè)計和創(chuàng)作上有不足；6同一型號、同一工作條件下，其他設(shè)備發(fā)生故障的情況。根據(jù)上述調(diào)查掌握的信息，對設(shè)備異常現(xiàn)象進(jìn)行分析，并確定檢測方法，從測定獲取的信號中提取設(shè) 備運(yùn)行的特征信號，根據(jù)特征信號所描述的征兆，對設(shè)備狀況進(jìn)行診斷。診斷分為簡易診斷和精密診斷兩 種：簡易診斷主要指狀態(tài)診斷這步只判明設(shè)備有無故障，但不作故障分析；而精密診斷則包括狀態(tài)診斷與 狀態(tài)分析這兩步，還可能要判明多種故障的情況。最后根據(jù)診斷結(jié)果，制定對設(shè)備所采用的干預(yù)措施，包 括維修、調(diào)整、控制、自動診斷等措施。3. 設(shè)備故障診斷方法故障是設(shè)備

9、的異常狀態(tài)，根據(jù)檢測設(shè)備異常狀態(tài)信息的方法不同，形成了各種設(shè)備診斷方法。(1) 利用振動進(jìn)行設(shè)備診斷 設(shè)備的零部件、整機(jī)都有不同程度的振動。機(jī)械設(shè)備的振動往往會影響其工作精度，加劇設(shè)備的磨損，加速疲勞破壞；而隨著磨損的增加和疲勞損傷的瘴，機(jī)械設(shè)備的振動將更 加劇烈，如此惡性循環(huán)，直至設(shè)備發(fā)生故障、破壞。設(shè)備發(fā)生故障時，常表現(xiàn)為振動頻率的變化，通過檢測振動的頻率、轉(zhuǎn)數(shù)、振動的速度、加速度、位移量、相位等參數(shù)，并進(jìn)行分析，從中可以找出產(chǎn)生振動變化的原因。(2) 超聲波診斷法超聲波通過裂紋時反射超聲波將發(fā)生異常，從而可確定裂紋情況超聲波監(jiān)測 技術(shù)是利用材料本身或內(nèi)部缺陷對超聲波傳播的影響，來探測材料

10、內(nèi)部及其表面缺陷的大小、形式及分布 情況。其主要優(yōu)點(diǎn)是，檢測速度快，靈敏度高，儀器輕巧，操作方便，對人體無損害，因此比較廣泛地應(yīng)用于機(jī)器部件內(nèi)部缺陷的檢測診斷。(3) 聲發(fā)射診斷法物體內(nèi)部發(fā)生變形、裂紋時，將有部分 能量以聲、光、熱的形式釋放出來， 通過分析輻射出的聲能便可知道裂紋的情況，是一種無損檢測方法。物體在狀態(tài)改變時自動發(fā)出聲音的現(xiàn) 象為聲發(fā)射，其實(shí)質(zhì)地物體受到外力或內(nèi)力 3作用產(chǎn)生變形或斷裂時，以彈性波形式釋放能量的一種現(xiàn)象。 由于聲發(fā)射提供了材料狀態(tài)變化的有關(guān)信息，所以可用于設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。根據(jù)材料的微觀變形和開裂以及裂紋的發(fā)生和發(fā)展過程所產(chǎn)生聲發(fā)射的特點(diǎn)及強(qiáng)度來推知聲發(fā)

11、射源目前的狀態(tài)(存在、位置、嚴(yán)重程度)，而且可知道它形成的歷史，并預(yù)報其發(fā)展趨勢。聲發(fā)射監(jiān)測不受材料診斷具體有以下特 點(diǎn)： 1 聲發(fā)射監(jiān)測可以獲得有關(guān)缺陷的動態(tài)信息。結(jié)構(gòu)或部件在受力情況下，利用聲發(fā)射進(jìn)行監(jiān)測， 可以知道缺陷的產(chǎn)生、運(yùn)動及發(fā)展?fàn)顟B(tài)，并根據(jù)缺陷的嚴(yán)重程度進(jìn)行實(shí)時報告。而超聲波探傷，只能檢測 過去的狀態(tài)，屬靜態(tài)情況下的探傷。2 聲發(fā)射監(jiān)測不受材料位置的限制。材料的任何部位只要有聲發(fā)射，就可以進(jìn)行檢測并確定聲源的位置。3 聲發(fā)射監(jiān)測只接收由材料本身所發(fā)射的超聲波，而超聲波監(jiān)測須把超聲波發(fā)射到材料中，并接收從缺陷反射回來的超聲波。4 靈敏度高。結(jié)構(gòu)缺陷在萌生之初就有聲發(fā)射現(xiàn)象，而超聲波

12、、X射線等方法必須在展到一定程度之后才能檢測到。5 不受材料限制，因?yàn)槁暟l(fā)射現(xiàn)象普遍存在于金屬、塑料、陶瓷、木材、混泥土及復(fù)合材料等等物體中，因此得到廣泛應(yīng) 用。由于聲發(fā)射方法能連續(xù)監(jiān)視結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷的全過程，因此得到了廣泛應(yīng)用。聲發(fā)射技術(shù)首先在航空工 業(yè)部門應(yīng)用獲得成功，隨后推廣到其他工業(yè)部門，許多飛機(jī)失事主要是由于結(jié)構(gòu)損傷引起的。結(jié)構(gòu)在最終 破裂之前，往往有明顯的初始損傷或裂紋，因此，在飛機(jī)上安裝聲發(fā)射監(jiān)視系統(tǒng)，飛行員可以盡早地察覺 到初始損傷的存在，或觀察到初始損傷或裂紋擴(kuò)展的情況，推斷危險情況的到來，從而采取必要的措施，避免空中飛行事故的發(fā)生。石油化工反應(yīng)罐、鍋爐、蓄熱器以及高壓容器與管

13、道，容器壁厚的增加以及高 強(qiáng)度材料的采用，造成突然爆破事故不斷發(fā)生。其原因除了工作壓力高，高強(qiáng)度材料斷裂韌性值的降低等 因素外，結(jié)構(gòu)中潛在的缺陷(或裂紋)是事故誘發(fā)的因素。因此尋找結(jié)構(gòu)中的潛在缺陷，并評定缺陷的有害程度，是聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用于壓力容器結(jié)構(gòu) 的主要內(nèi)容。聲發(fā)射技術(shù)還可預(yù)測結(jié)構(gòu)的壽命，以便在突然爆 炸事故到來之前，作出決斷，停止使用，避免事故的發(fā)生。在鋼鐵工業(yè)中，可應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)來合理制定 高爐修復(fù)計劃，正確、及時地確定修復(fù)部位，以便充分利用設(shè)備，縮短修復(fù)時間或者合理地設(shè)計、布置高 爐內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，提高主爐的使用壽命指標(biāo)等。在煤炭、地質(zhì)部門，可應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)來判斷微地震的性質(zhì) 及發(fā)生的部

14、位，礦井安全性的預(yù)測等。土木工程中，應(yīng)用于結(jié)構(gòu)應(yīng)力松弛現(xiàn)象的診斷，隧道塌方的預(yù)測， 大型橋梁疲勞損傷程度的評估等。在機(jī)械行業(yè)中，利用聲發(fā)射提供的信息，可找出設(shè)備部件初始損傷的存 在以及監(jiān)視損傷的發(fā)展，確定損傷程度，制訂出維修或更換的時間。在焊接工藝中，用聲發(fā)射技術(shù)來監(jiān)測 焊接過程的裂紋產(chǎn)生及擴(kuò)展，以及焊接結(jié)構(gòu)完整的評估等。(4) 紅外線診斷法通過測定設(shè)備輻射出的紅外線，確定溫度分布(如加熱管的溫度分布)，以確定設(shè)備是否有異常。紅外線探測器可分為熱探測器和光子探測器兩類，前者根據(jù)入射紅外線的熱效應(yīng)引起探測器才料某一性質(zhì)變化而實(shí)現(xiàn)探測目的；后者則根據(jù)入射光子流引起物質(zhì)電學(xué)性質(zhì)的變化達(dá)到探測目 的。

15、紅外線測溫技術(shù)已廣泛應(yīng)用于設(shè)備運(yùn)行過程各階段的狀態(tài)監(jiān)測與診斷，主要包括：1在新設(shè)備剛剛安裝完畢，并開始難收時，用以發(fā)現(xiàn)制造和安裝的問題；2 在設(shè)備運(yùn)行過程中和維修之前，用以判斷和識別有故障或需特別注意的地方，以便有針對性地安排計劃和備件，材料供應(yīng)計劃；3 在設(shè)備檢修后，開始運(yùn)行時，用以評價檢修質(zhì)量，并做好原始記錄，以便在以后的設(shè)備運(yùn)行中，為掌握設(shè)備的劣 化趨勢提供依據(jù)。(5) 計算機(jī)監(jiān)測診斷隨著計算機(jī)的發(fā)展，研制計算機(jī)設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)日益受到重視，建立智能監(jiān) 測與診斷系統(tǒng)一個發(fā)展趨勢。當(dāng)有大量設(shè)備需要監(jiān)測和診斷時，或者關(guān)鍵設(shè)備需要連續(xù)不斷地監(jiān)視時，頻 繁地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析和比較是十分繁重的工作。

16、這時用計算機(jī)進(jìn)行自動監(jiān)測和診斷可節(jié)省大量的人力和物力，并能保證診斷結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性。計算機(jī)監(jiān)測診斷系統(tǒng)有多種類型，根據(jù)監(jiān)測的范圍可分為：整個工廠；關(guān)鍵設(shè)備；關(guān)鍵設(shè)備的重要部 件等不同水平的系統(tǒng)。計算機(jī)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)按其所采用的技術(shù)可分為：簡易自動診斷；精密自動診斷；診斷的專家系 統(tǒng)。簡易自動診斷通常采用某些簡單的特征參數(shù)，如信號的均方根值、峰值或峭度系數(shù)等，與標(biāo)準(zhǔn)參考狀 態(tài)的值進(jìn)行比較，能判斷故障的有無，但不能判斷是何種故障。因所用監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備簡單，操作容易掌 握，價格便宜，因而得到廣泛應(yīng)用。精密自動診斷要綜合采用各種診斷技術(shù)，對簡易診斷(初診)認(rèn)為有異常的設(shè)備作進(jìn)一步的診斷，以 確定故

17、障的類型和部位，并預(yù)測故障的發(fā)展，要求有專門技術(shù)人員操作，在給出診斷結(jié)果、解釋、處理對 策等方面，通常需要仍需要有豐富經(jīng)驗(yàn)的人員參與。診斷的專家系統(tǒng)與一般的精密自動診斷不同，它是一種基于人工智能的計算機(jī)診斷系統(tǒng)。它能模擬故 障診斷專家的思維方式，運(yùn)用已有的故障診斷系統(tǒng)。它能模擬故障診斷專家的思維方式，運(yùn)用已有的故障 診斷技術(shù)知識和專家經(jīng)驗(yàn)，對收集到的設(shè)備信息進(jìn)行推理作出判斷，并能不斷修改、補(bǔ)充知識以完善專家 系統(tǒng)的性能，這對于復(fù)雜系統(tǒng)的診斷是十分有效的，是設(shè)備故障診斷的發(fā)展方向。按工作方式不同，計算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)和定期監(jiān)測診斷系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中究竟采用何種監(jiān)測診斷系統(tǒng)， 取決于對工廠設(shè)備擁有狀況的

18、關(guān)鍵性的分析以及經(jīng)濟(jì)分析。(6) 故障診斷專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)和一系列分析軟件構(gòu)成的軟件系統(tǒng)。在組成圖中，綜合數(shù)據(jù)庫用于存放系統(tǒng)運(yùn)行過程中所需要和產(chǎn)生的所有信息，包括問題的描述、中間 結(jié)果、解題過程的記錄信息，如用于存放監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)的測量數(shù)據(jù)，用于實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)正常與否。知識庫 存放專家的知識與經(jīng)驗(yàn)，它通常有兩方面的知識內(nèi)容：一是針對具體的系統(tǒng)而言，包括系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng) 經(jīng)常出現(xiàn)有故障現(xiàn)象，每個故障現(xiàn)象的原因，各原因旨起故障現(xiàn)象的可能性大小，判斷故障是否發(fā)生的充 分與必要條件等；二是針對系統(tǒng)中一般的設(shè)備儀器故障診斷的專家經(jīng)驗(yàn)。基于這兩方面內(nèi)容，知識庫還包 含有系統(tǒng)規(guī)則，這些規(guī)則大多是關(guān)于具體系統(tǒng)或通用設(shè)備有關(guān)因果關(guān)系的邏輯法規(guī)。所以知識庫是專家系 統(tǒng)的核心內(nèi)容。解釋程序負(fù)責(zé)回答用戶提出的各種問題，包括與系統(tǒng)運(yùn)行有關(guān)的問題的與運(yùn)行無關(guān)的有關(guān)系統(tǒng)自身的 一些問題，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)透明性的主要部件，可以解釋各種診斷結(jié)果的推理實(shí)現(xiàn)過程，并能解釋透明性的主 要部件，可以解釋各種診斷結(jié)果的推理實(shí)現(xiàn)過程，并能解釋