船舶动力设备故障诊断系统研制

费太军,王军生

（辽宁葫芦岛91202部队，125004）

船舶动力设备故障诊断系统研制

费太军,王军生

（辽宁葫芦岛91202部队，125004）

船舶动力设备是一只船舶航行的动力，其能否稳定运转是保证船舶航行的关键，一旦出现故障，整艘船舶必将瘫痪，经济损失巨大，严重还将危及人身安全。因此，本文介绍了一种船舶动力设备故障诊断系统，详细说明了该仪器的硬件、软件及其功能设计，并通过试验验证其可行性。

动力设备；故障诊断；计算机

船舶动力系统由许多动力设备组成，动力设备结构复杂、工作条件恶劣，极易出现故障，一旦出现故障，将严重影响船舶的正常运行，会带来巨大的经济损失，如果故障严重，还会对环境造成严重破坏，甚至还有可能造成重大事故，产生人员伤亡。根据国外某公司对发生事故船舶的统计：近年来，由于动力设备故障造成的赔偿次数逐渐增加。对于船舶公司来讲，船舶保险费用成为船舶运行中的一笔巨大支出。采用监测诊断技术对船舶主要动力设备进行实时监测，不仅能够及时地发现动力设备运行过程中的故障征兆，而且还可以减少或避免恶性事故的发生。

随着我们科学技术的发展，船舶动力装置的大型化和复杂化程度不断提高，故障诊断和设备维修的难度日益增加。如何保持船舶动力装置的可靠性，提高预定的营运功能，是当前急需解决的问题。建立船舶动力系统监测、维护与故障诊断系统，使得船舶动力系统在运行的同时可以快速监测、诊断和维护，以保证船舶的正常运转。

1 故障诊断系统实际需求分析

根据不同船舶动力设备的工作原理之间的差异，监测诊断系统必须满足船舶不同动力设备的监测诊断需求。船舶动力设备主要有柴油机，齿轮箱和增压器、泵旋转机器三种。其中柴油机的监测和诊断则需要对柴油机中最重要的热力参数进行实时显示以及警报设置。测试诊断系统必须可以通过对瞬时信号进行计算与分析，给出有效的诊断结果；齿轮箱的监测和诊断则需要通过对齿轮箱输入输出轴的振动信号进行实时检测来判定齿轮箱是否发生严重磨损或断裂等故障。而增压器、泵旋转机器的监测则需求对旋转机械轴承座位置处的振动信号进行监测，判断转子平衡、对中情况，看是否有故障发生。

2 硬件系统介绍

考虑到船用故障诊断等特点，主机采用特制的便携式计算机装置，并对其进行加固处理，外接4个PCI接口。总线方式则采用具有高性能的外部设备互联总线方式。该总线的具体设置采用时钟40MHz，64位。 PCI总线方式可支持多种通用处理器，如奔腾等。同时也支持即插即用技术，方便用户可以按照具体需求外接各种组件完成不同设备的故障诊断。

船舶动力系统所配套的A/D板和信号调理板则采用当代最先进的特定用途集成电路技术，可以根据具体的用户需求，进行设定系统的功能，通过更改设定满足测试要求，进行综合诊断，仿真与验证。其中程控放大、抗混滤波等通用功能则基本由软件程序控制完成，而不是采用硬件的方式进行。

该船舶动力系统硬件部分由便携计算机、扩展箱、硬件转接板以及常用的参数测试传感器等部分组成。该系统具有携带方便、操作简单的特点。其硬件环境温度、湿度冲击均满足船载使用要求。船舶动力系统硬件及其所使用的元器件均经过老化及防腐防潮处理后进行密封保护，完全符合航海环境使用。

3 软件系统介绍

船舶动力设备故障诊断系统的应用软件采用WindowsNT系统，该软件是一个可以实现多种用途的操作系统，作为拥有许多高级应用程序的系统平台，它继承了Windows的优势，具有友好的图形用户界面，而且在兼容性上有很大优势可以在多种硬件平台、网络协议、客户及连接等方面实现多种链接，其高性能、高可靠性和开放性的特点，很好的满足了船舶动力设备故障诊断系统的使用要求，它也是目前硬件平台中最试用的操作系统。

该仪器开发的应用程序软件主要使用C++和Lab View语言共同编制完成。

C++语言是一种面向对象的开发语言，具有强大的可视性界面与网络功能。其不仅可以实现程序框架的自动生成、基本的基本编写、便捷的类管理以及交互操作等多种功能，并且还可以经过简单的设置便可以实现其生成的程序框架满足数据库接口对接等要求。鉴于C++语言的这些优点，诊断函数通过C++语言编写，生成动态的链接库，以便于开发平台的调用。

Lab View是由美国国家仪器公司提出的一种图形化编程语言，其强大的虚拟仪器的系统一直受仪器软件开发工作者们青睐。其秉承了“软件即仪器”的先进设计概念，其虚拟仪器中的界面控件可模拟现实世界中的大部分测试仪器，不仅能创建满足测试要求的自定义人机对话界面，而且还可以自由地创建强大的测量与控制系统，可以全面地取代各类不同特殊与昂贵测试仪器的功能。并且，其具有强大的仪器驱动软件，可以轻松实现与任何接口硬件的快速连接，方便技术人员驱动不同总线标准的接口仪器[10]。采用Lab View进行软件开发，开发周期短、开发成本低一直在工业界、学术界广泛应用广泛。本系统选用Lab View软件作为开发平台，诊断函数可用通C++语言编写，生成动态的链接库，不仅可以满足本测试的使用，也便于后续平台开发的调用和数据处理，保证了诊断的适用性。

4 故障诊断系统试验验证

以齿轮箱为例，笔者采用此船舶动力设备故障诊断系统对6L16/24-ZF 2500型齿轮箱进行了试验测试分析。试验的具体工况为在柴油机转速为1000 R/min，不同负荷（0%，25%，50%和75%）试验条件下进行了试验。其测试结果如下：

图 测试结果

通过试验分析可以看出，齿轮箱的振动信号的峰值、波形因数、脉冲因数这三个参数都随负荷的增大而增大，而峭度值可基本保持不变，维持在3左右，将其作为齿轮箱振动信号测试的时域特征参数是可行的。

5 结论

船舶动力设备故障诊断系统功能强大，操作灵活，硬件灵活多变，可根据具体需求选择配套的检测硬件，极大的缩减了成本，具有较高的性价比。该设备的研制成功，不仅可以提高船舶动力设备检测的效率和水平，而且检测出的数据又方便存取，便于后续研究，是适合开展船舶动力故障检测的理想工具。

[1]刘峻华,孟清正,杨涛,张聘亭. 船舶动力装置可组态智能故障诊断系统设计[J]. 中国舰船研究,2011,02:77-80.

[2]李康,陈雪军,石湘,陈海小,胡湘江,陈略. 时频分析在船载天线和船舶动力系统故障诊断中的应用[J]. 遥测遥控,2011,04:33-40.

[3]韩云东,李华军,李天伟,何四华. 混合型专家系统在船舶动力装置故障诊断系统中的应用[J]. 舰船科学技术,2006,01:47-49+53.

[4]钱立胜. 船舶动力装置故障诊断技术现状及发展[J]. 航海技术,2006,04:44-47.

[5]蔡冬林. 船舶动力装置故障诊断专家系统[J]. 机电设备,2005,05:24-27.

Development of fault diagnosis system for marine power equipment

Fei Taijun,Wang Junsheng
(Huludao Liaoning 91202 troops，125004）

The ship power equipment is a ship's power,its stability operation is the key to ensure the navigation of the ship,once the failure,the entire ship will be paralyzed,huge economic losses,serious will endanger the personal safety.In this paper,a fault diagnosis system for marine power equipment is introduced.The hardware,software and function design of the instrument are described in detail,and the feasibility of this method is verified by experiments.

power equipment;fault diagnosis;computer