联合动力实验台远程监控与故障诊断系统开发

孙传恒，刘明硕，肖 翠

联合动力实验台远程监控与故障诊断系统开发

孙传恒1，刘明硕2，肖 翠3

（1.哈尔滨轴承集团公司 经营发展部，黑龙江 哈尔滨150036；2.东北炼化吉林机械公司，吉林 吉林132021；3.吉林石化公司研究院，吉林 吉林132021）

针对联合动力装置实验台结构复杂、故障原因多样的特点，提出了一种以虚拟仪器为开发平台，结合先进智能诊断算法的远程状态监视与故障诊断系统。在分析虚拟仪器应用特点的基础上，详细阐述了系统远程状态监视、故障诊断以及故障信息管理的设计方案。该系统在提高机组安全运行，实现重大故障快速响应与处理的同时，大幅度降低维修费用，具有重要的应用价值。

虚拟仪器；联合动力装置；远程监视；故障诊断

1 前言

目前仅依靠提高单一机型动力装置的性能已经不能满足某些新型船舶的需求，以联合动力装置为代表的新型船舶动力装置不断涌现。联合动力装置形式多样，主要有柴-燃（CODAG或CODOG）、燃-燃（COGAG或COGOG）、燃-蒸（COSAG或COGAS）[1]。但是，由于整个联合动力装置的控制实现方式相对较为复杂，监测点种类杂、数量多，使得部件发生故障的原因形式多样，需要现场专业技术人员与故障诊断专家共同解决，才能避免造成严重的经济损失[2-4]。

基于虚拟仪器思想的LabVIEW标准图形化编程软件，不仅能够方便地实现与各种软硬件的连接以及强大的网络通讯功能，更能够提供强大的后续数据分析处理能力，通过各种交互式的控件、对话框、菜单以及函数模块编程，实现直观友好的人机交互界面，具有较强的数据可视化分析特点[5]。

2 联合动力装置实验台组成

联合动力装置物理模拟实验台是根据实船的布置情况，按照物理相似的原则建立而成。实验台由GTD-350燃气轮机、N6135柴油机、S1A-02燃气轮机、STF426蒸汽轮机、辅助系统等组成。联合动力装置实验台可以实现的运行方式有：

（1）柴-燃试验，由N6135柴油机和GTD-350燃气轮机组合，其中包括四种运行方式：N6135单独工作、GTD-350单独工作、N6135和GTD-350交替工作、N6135和GTD-350共同工作。

（2）燃-燃试验，由S1A-02燃气轮机和GTD-350燃气轮机组合，其中包括四种运行方式：S1A-02单独工作、GTD-350单独工作、S1A-02和GTD-350交替工作、S1A-02和GTD-350共同工作。

（3）燃-蒸试验，由GTD-350燃气轮机和STF426蒸汽轮机组合，其中包括两种运行方式，STF426单独运行、GTD-350和STF426共同工作。

3 远程状态监视与故障诊断系统设计

3.1系统硬件结构

本系统主要由现场数据采集层、网络通讯层和诊断中心层三大部分组成。联合动力装置远程状态监视与故障诊断系统硬件结构示意图如图 1所示。

现场数据采集层主要是指通过在柴油机、燃气轮机、蒸汽轮机、辅助系统等相关测点上安装各类传感器，实现相关运行状态参数的数据采集，采集的信号经现场状态采集服务器汇集到本地数据库，并且连接发送至网络通讯服务器。

由于LabVIEW针对不同的应用与不同的层次，可以提供多种网络通信方式[5],因此网络通讯层可通过TCP/IP局域网等方式建立现场数据采集层中数据库与远程诊断中心的Internet连接，以方便地实现跨地域远程监测数据与报警信息的远程实时信息交互。

诊断中心层主要包括网络通讯服务器、诊断中心数据库、专家支持系统三大部分。网络通讯服务器实现现场采集数据接收、报警故障信息、维修策略信息的发布；诊断中心数据库采用大型数据库管理系统，按照不同的使用层次保存相关信息，分为运行数据库和案例数据库，专家支持系统是指对联合动力装置的当前工作状态进行实时监视，当某参数发生报警时自动载入故障诊断推理模块，调用先进的智能算法进行故障定位并给出相应的维修策略。

3.2系统功能

本系统功能主要包括：用户管理、数据处理、状态监视与故障诊断和信息处理四大模块。

（1）用户管理：对软件系统进行安全设置，针对不同的用户采用了不同的权限设置，只有拥有相应权限的用户才能访问相应的功能。

（2）数据处理：主要是指进入故障诊断之前的数据归一化处理与粗糙集的数据离散化处理。

（3）状态监测与故障诊断模块：通过采用在线和离线两种运行方式相互继承、相互启发的综合预测诊断方法，实现各系统相关典型故障的诊断，对故障的诊断方法及维修策略给出相关的专家建议。

（4）信息管理：主要包括运行日志、案例编辑、报表生成和帮助说明。运行日志能够对系统所发生的全部运行状态（相关故障）的发生、发展、诊断、处理的全过程以及错误历史信息等以日志的形式进行详细的记录，以备用户随时进行查询。

4 结束语建立了以虚拟仪器---LabVIEW软件为开发平台，结合先进智能诊断算法的联合动力装置远程状态监视与故障诊断系统。该系统是集实时数据采集、网络通信、状态监视、故障诊断、人工智能等于一体的远程专家支持系统，其强大的软件功能使异地的故障诊断专家能够实时了解运行设备的运行状态，实现重大故障的快速响应与处理，从而避免造成严重的经济损失。

[1]张志华等.船舶动力装置概论[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2002.

[2] 蒋德松.基于虚拟仪器的动力装置实验台测控系统研究[J].测控技术，2006，25（4）.

[3] 刘九七.一种新的船舶燃气轮机状态监测系统[J].燃气轮机技术，2005，18（2）.

[4] 冯兰君，李建，吕炳朝.燃气轮机故障诊断专家系统的设计与实现[J].电子科技大学学报，2000，29（3）.

[5] 张桐，陈国顺，王正林.精通LabVIEW程序设计[M].北京：电子工业出版社，2008.

[6] 李淑英，李杨，孙聿峰.柴-燃联合动力装(CODAG)的实验研究[J].燃气轮机技术，2007,20（1）.

（编辑：钟 媛）

Development of combined power experiment platform for remote monitoring and fault diagnosis system

Sun Chuanheng1,Liu Mingshuo2,Xiao Cui3
（1.Business and Development Department, Harbin Bearing Group Corporation, Harbin 150036,China，2. Northeast Refning & Chemical Jilin Machinery Company，Jilin 132021，China，3. Research Institute of Petro China Jilin Petrochemical Company，Jilin 132021，China ）

According to the characteristics of the combined power experiment platform structure being complex, and the fault causes being various, a virtual instrument development platform was presented, combining the remote condition monitoring and fault diagnosis system with the advanced intelligent diagnosis algorithm. Based on the analysis of virtual instrument application characteristics, the design scheme for system remote state monitoring, fault diagnosis and fault information management were elaborated . At the same time of this system improving the safety operation of the unit to achieve major fault fast response and processing, the repair cost was greatly reduced, and having important application value.

virtual instrument; combined power device; remote monitoring; fault diagnosis

U664.16

B

1672-4852（2015）01-0047-02

2014-10-31.

孙传恒（1981-），男， 助理工程师.