【壓縮機(jī)故障預(yù)警系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)計(jì)探究8700字（論文）】

PAGE１４壓縮機(jī)故障預(yù)警系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)計(jì)研究目錄第一章前言 ２1.1研究背景 ２1.2研究目的與意義 ２1.3研究現(xiàn)狀 ３第二章壓縮機(jī)故障及早期預(yù)警概述 ５2.1壓縮機(jī)分類與簡(jiǎn)介 ５2.2壓縮機(jī)常見故障分析 ５2.3往復(fù)式壓縮機(jī)常見故障診斷方式 ５2.4早期預(yù)警技術(shù)的應(yīng)用分析 ６第三章壓縮機(jī)故障預(yù)警系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)計(jì) ７3.1壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷與服務(wù)平臺(tái)的構(gòu)成 ７3.2嵌入式數(shù)據(jù)傳輸單元DTU的設(shè)計(jì) ７3.3與壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)中心服務(wù)器聯(lián)調(diào) ８3.4壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷服務(wù)中心的軟件平臺(tái)構(gòu)建 ８3.5面向用戶的設(shè)備監(jiān)控與故障診斷服務(wù)系統(tǒng)的研發(fā) １１總結(jié) １８參考文獻(xiàn) １９摘要：鑒于往復(fù)式壓縮機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛，對(duì)其故障診斷技術(shù)的相關(guān)研究也得到了廣泛的關(guān)注，而且由于往復(fù)式壓縮機(jī)的類型結(jié)構(gòu)的多樣化，發(fā)生的故障也多種多樣，診斷方法也相對(duì)比較復(fù)雜，在經(jīng)驗(yàn)規(guī)律總結(jié)上存在一定的難度。本研究通過(guò)控制嵌入式數(shù)據(jù)傳輸單元DTU的成本，注重監(jiān)控診斷與技術(shù)服務(wù)平臺(tái)上面向用戶的狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)的實(shí)用性，使壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)中心成為企業(yè)數(shù)字化管理、品牌服務(wù)的窗口，研究的應(yīng)用推廣必將有廣闊的市場(chǎng)前景和可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，并具有良好的社會(huì)效益。關(guān)鍵詞：壓縮機(jī)；故障；預(yù)警；關(guān)鍵技術(shù)；設(shè)計(jì)第一章前言1.1研究背景大中型關(guān)鍵設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)工業(yè)企業(yè)的正常生產(chǎn)、設(shè)備和職工人身的安全、社會(huì)的和諧穩(wěn)定有非同尋常的重要意義。以提供生產(chǎn)動(dòng)力(如：石化行業(yè)的工藝流程用)的壓縮機(jī)為例，壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異?；虬l(fā)生突發(fā)故障，將導(dǎo)致生產(chǎn)線或生產(chǎn)設(shè)備停機(jī)，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重的甚至造成爆炸，對(duì)企業(yè)的人員和設(shè)備造成嚴(yán)重破壞后果。因此，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和故障診斷一直備受重視。在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，在設(shè)備控制系統(tǒng)中嵌入狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷模塊，已成為國(guó)內(nèi)外設(shè)備用戶與制造廠家掌握裝備應(yīng)用狀態(tài)，確保裝備正常、可靠運(yùn)行的共同舉措。在經(jīng)濟(jì)全球化的今天，面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，性能好、可靠性高、售后服務(wù)有保障的產(chǎn)品更受客戶的青睞，關(guān)鍵設(shè)備和大中型設(shè)備所具有的保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)已成為產(chǎn)品的核心技術(shù)之一，同時(shí)也成為裝備制造企業(yè)、用戶和相關(guān)科研院所當(dāng)前研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。1.2研究目的與意義往復(fù)壓縮機(jī)是煉油、石化等流程工業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，故障機(jī)理復(fù)雜，振動(dòng)激勵(lì)源多，與離也壓縮機(jī)相比，其同時(shí)存在周期性旋轉(zhuǎn)和往復(fù)兩種運(yùn)動(dòng)形式，運(yùn)行部件長(zhǎng)期受交變載荷的作用，易損件較多，故障類型多樣且頻發(fā)。此外，往復(fù)壓縮機(jī)運(yùn)行工況復(fù)雜，長(zhǎng)期工作在高壓、變負(fù)荷工況下，壓縮介質(zhì)大都為氨氣等易燃性氣體，由于機(jī)組惡性故障引起著火、爆炸的情況時(shí)有發(fā)生，給企業(yè)安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益造成了嚴(yán)重影響。隨著石化企業(yè)人員安全意識(shí)的不斷提高和生產(chǎn)理念的轉(zhuǎn)變，越來(lái)越多的企業(yè)對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)安裝在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但目前監(jiān)測(cè)系統(tǒng)尚未發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值，導(dǎo)致往復(fù)壓縮機(jī)故障預(yù)警與診斷嚴(yán)重依賴人工進(jìn)行，這種狀況難免會(huì)出現(xiàn)疏漏，因此如何應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有效預(yù)警顯得非常必要。往復(fù)壓縮機(jī)故障頻發(fā)，對(duì)于故障機(jī)理復(fù)雜及案例稀缺的故障類型，例如大頭瓦磨損故障，目前故障與特征的對(duì)應(yīng)關(guān)系尚不明確。傳統(tǒng)預(yù)警方式只針對(duì)幾個(gè)簡(jiǎn)單的特征參數(shù)設(shè)置報(bào)警線，采用門限報(bào)警的方式，但由于往復(fù)壓縮機(jī)故障機(jī)理復(fù)雜，故障信號(hào)存在耦合性、非線性與非平穩(wěn)性，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中漏報(bào)、誤報(bào)情況較多。與離心壓縮機(jī)相比，往復(fù)壓縮機(jī)故障率高，通常配置備機(jī)，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝的傳感器非生產(chǎn)廠家出廠原配，現(xiàn)場(chǎng)儀表硬件維護(hù)缺乏有效管理，因此設(shè)備啟停車頻率較高，檢維修與拆卸傳感器頻繁，傳感器故障率高。據(jù)某廠商的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)分析，現(xiàn)場(chǎng)安裝的各種類型傳感器或后端信號(hào)系統(tǒng)的故障率約為15%，傳感器異常將嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及開停車狀態(tài)的準(zhǔn)確判斷。往復(fù)壓縮機(jī)后停車頻繁，但啟停車過(guò)程并未得到特別關(guān)注和跟蹤分析，設(shè)備在運(yùn)行狀態(tài)、停車狀態(tài)下和啟停車過(guò)渡階段信號(hào)呈現(xiàn)的特征截然不同，其中有些特征和機(jī)組故障特征或傳感器異常特征非常類似。此外，設(shè)備處于開停車不同狀態(tài)時(shí)傳感器異常診斷邏輯以及機(jī)組異常判斷思路完全不同。目前，往復(fù)壓縮機(jī)開停車狀態(tài)只能依靠單一的鍵相傳感器判斷分析，一旦鍵相傳感器或后端信號(hào)傳輸系統(tǒng)出現(xiàn)異常，極易導(dǎo)致機(jī)組開停車狀態(tài)判斷結(jié)論錯(cuò)誤。往復(fù)壓縮機(jī)具有多故障耦合以及故障原因單一的特點(diǎn)，但現(xiàn)場(chǎng)人員缺乏診斷知識(shí)，傳統(tǒng)預(yù)警方法的反饋結(jié)果籠統(tǒng)模糊，只能顯示設(shè)備異常，而無(wú)法判斷設(shè)備具體故障類型。綜合以上分析，如何提取大頭瓦磨損故障持征，提取多種特征參數(shù)準(zhǔn)確檢測(cè)異常是進(jìn)行故障預(yù)警的前提條件；建立具有較強(qiáng)實(shí)用性的往復(fù)壓縮機(jī)早期故障智能預(yù)警系統(tǒng)，真正保證設(shè)備安全平穩(wěn)運(yùn)行是本文的研究關(guān)鍵。1.3研究現(xiàn)狀1978年起，法國(guó)電力部口將離線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于透平發(fā)電機(jī)。上世紀(jì)90年代，丹麥B&K公司推出了CMMPASS系統(tǒng)。三菱重工研發(fā)了能夠用于核電站以及熱電站的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。從上世紀(jì)90年代起，Bently公司研發(fā)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于中國(guó)市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)開展故障診斷方法研究相對(duì)較晩，起初主要在高校和科研單位進(jìn)行相關(guān)學(xué)術(shù)交流與理論研究工作。從發(fā)展歷程來(lái)看，主要經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一階段，主要引進(jìn)并學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，開始診斷方法的研究等；第二階段，將研究的理論成果與生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合：第三階段，從系統(tǒng)性角度出發(fā)，將理論與實(shí)踐相結(jié)合開展研究。目前，該技術(shù)已經(jīng)在煉化、風(fēng)電、航天等領(lǐng)域取得了良好的應(yīng)用效果。煉化企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)著火、爆炸事故時(shí)有發(fā)生，往復(fù)壓縮機(jī)設(shè)備故障率高，由此給企業(yè)安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響，帶來(lái)的停產(chǎn)損失和設(shè)備維修費(fèi)用較高。隨著人員安全意識(shí)的不斷提高及生產(chǎn)理念的轉(zhuǎn)變，逐漸變事后診斷為事先預(yù)警，研究人員逐漸將重也向故障早期預(yù)警方向研究偏移。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常時(shí)，若能提前準(zhǔn)確地捕捉到異常信號(hào)，可以避免嚴(yán)重故障的發(fā)生。隨著計(jì)算機(jī)及傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理和分析手段日益完善，狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)己經(jīng)向著智能化與自動(dòng)化方向發(fā)展。模式識(shí)別、人工智能，傳感器技術(shù)以及信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了這一領(lǐng)域的不斷發(fā)展，小波變換、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、深度學(xué)習(xí)等新方法活躍在這一領(lǐng)域。楊波，倪繼軍（2013）通過(guò)理論推導(dǎo)及建模分析，尋找斷裂故障的監(jiān)測(cè)預(yù)警方法。馬波，高金吉（2013）利用聲發(fā)射技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞桿斷裂故障的監(jiān)測(cè)預(yù)警。劉衛(wèi)華，郁永章（2012）提出采用壓力、溫度及振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行故障診斷的方法。潘高峰（2014）介紹了往復(fù)壓縮機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能與使用情況。劉樹林，張嘉鐘（2013）采用小波包方法，尋找到氣閥故障的敏感特征。目前往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)理論研究已經(jīng)較為成熟，其中有些技術(shù)己經(jīng)成功應(yīng)用于工程實(shí)際中，但故障預(yù)警技術(shù)的研究相對(duì)較少。第二章壓縮機(jī)故障及早期預(yù)警概述2.1壓縮機(jī)分類與簡(jiǎn)介隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。空壓機(jī)的類別與型號(hào)不斷更新，按原理和結(jié)構(gòu)不同可以分為：活塞式、回轉(zhuǎn)式，離心式與軸流式四種。而根據(jù)應(yīng)用不同又可分為不同的類型，如用于制冷的壓縮機(jī)通常可分為：一、封閉式壓縮機(jī)：此類型壓縮機(jī)由于功率小，主要用于冰箱、家用空調(diào)等電器中，它由電機(jī)(繞組、轉(zhuǎn)子等)與機(jī)械(曲軸、活塞等)部分組成一體，置于密封的缸體中。一旦出現(xiàn)故障修復(fù)起來(lái)比較困難。二、半封閉和開啟式壓縮機(jī)：此類型壓縮機(jī)由于功率大，廣泛用于中央空調(diào)、冷庫(kù)等大型制冷、空調(diào)凈化等部門，由于電機(jī)與機(jī)械分為兩部分，一經(jīng)出現(xiàn)故障可便于拆裝修理。2.2壓縮機(jī)常見故障分析1.1排氣量不足故障。排氣量不足是以往復(fù)式壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)氣量大小作為參照的，主要受以下幾個(gè)因素的影響：吸入氣閥的阻力過(guò)大，進(jìn)入氣缸的氣量會(huì)相對(duì)減少；吸入氣體的溫度過(guò)高，氣體密度減小，吸入的單位氣體減少；填料函不夠嚴(yán)密，導(dǎo)致高壓環(huán)境下的漏氣；氣缸活塞等部件磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致氣缸密閉性降低。1.2噪聲故障。噪聲是指機(jī)械不規(guī)律運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的聲音，主要原因包括以下幾個(gè)方面：活塞與缸蓋之間的間隙過(guò)小；氣缸內(nèi)存在金屬碎片或水分等雜質(zhì)；排氣閥片、螺栓等部件損壞松動(dòng)。1.3壓縮機(jī)事故。壓縮機(jī)事故主要包括曲軸斷裂、活塞桿斷裂、連桿斷裂等方面，造成斷裂的主要因素既包括部件設(shè)計(jì)生產(chǎn)的漏洞和質(zhì)量問(wèn)題，又包括長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行所造成的過(guò)度磨損。1.4油壓故障。一方面油泵腔內(nèi)存在的空氣會(huì)造成油泵無(wú)壓力，另一方面油過(guò)濾網(wǎng)和吸油管的堵塞會(huì)造成油壓降低，同時(shí)油泵過(guò)度磨損導(dǎo)致部分部件之間縫隙過(guò)大，密閉性降低。2.3往復(fù)式壓縮機(jī)常見故障診斷方式2.1人體直觀檢查診斷。人體直觀檢查診斷主要是指通過(guò)對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行詢問(wèn)了解，或者對(duì)故障所表現(xiàn)出來(lái)的物理特性進(jìn)行觸覺、嗅覺、聽覺等方面的檢查和了解，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題。這是最基本也是最初級(jí)的故障診斷方式，能夠比較迅速的發(fā)現(xiàn)表面故障，進(jìn)而采取措施排除。2.2在線監(jiān)測(cè)診斷。該系統(tǒng)中的傳感器將采集到的信號(hào)通過(guò)前置放大調(diào)理器放大，并傳入到數(shù)據(jù)采集器中，并將指令傳輸?shù)焦ぷ髡局校瑢?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，從而服務(wù)器對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、報(bào)警等，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)過(guò)程的監(jiān)控。2.3離線監(jiān)測(cè)診斷。離線監(jiān)測(cè)診斷需要將壓縮機(jī)的總電源斷開，進(jìn)而分析故障發(fā)生的可能部位，并進(jìn)行逐個(gè)排除，如果未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題則需要進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)診斷。2.4早期預(yù)警技術(shù)的應(yīng)用分析早期預(yù)警技術(shù)能夠?qū)υO(shè)備的異常信息做出快速的分析和判斷，并準(zhǔn)確地得出設(shè)備當(dāng)前時(shí)刻的異常信息、開停車狀態(tài)、異常診斷結(jié)論等信息，進(jìn)而主動(dòng)反饋輸出結(jié)果，有效輔助現(xiàn)場(chǎng)工作人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理。當(dāng)前主要的研究方向包括氣閥故障及預(yù)警、活塞桿斷裂故障及預(yù)警、大頭瓦磨損故障及預(yù)警等等，并通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)得出了相應(yīng)的結(jié)論，在減少故障發(fā)生方面起到了至關(guān)重要的作用。隨著研究的不斷深入，越來(lái)越多的典型故障決策模型將會(huì)建立起來(lái)，診斷經(jīng)驗(yàn)的積累不斷增多，決策模型和預(yù)警方法將會(huì)進(jìn)一步改進(jìn)提升，提高對(duì)故障診斷的準(zhǔn)確性，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。第三章壓縮機(jī)故障預(yù)警系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)計(jì)3.1壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷與服務(wù)平臺(tái)的構(gòu)成壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷與服務(wù)平臺(tái)的構(gòu)成如圖3-1所示。它由遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸單元(DTU，DataTrans．missionUnit)、壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷與服務(wù)平臺(tái)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)中心和面向用戶的設(shè)備監(jiān)控與故障診斷服務(wù)系統(tǒng)3大部分組成。其中，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸單元DTU由嵌入式CPU和無(wú)線通訊GPRS發(fā)送模塊組成。DTU安裝在所要監(jiān)控的設(shè)備上，通過(guò)RS232／485口從設(shè)備控制器接收來(lái)自設(shè)備上各測(cè)點(diǎn)的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。嵌入式CPU中先將數(shù)據(jù)作簡(jiǎn)單處理，以降低數(shù)據(jù)傳輸量。對(duì)于簡(jiǎn)單故障可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理排除(如監(jiān)測(cè)參數(shù)超過(guò)閾值等)。然后將篩選后的數(shù)據(jù)打包，通過(guò)GPRS發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到平臺(tái)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)中心，由壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷與服務(wù)平臺(tái)針對(duì)特定用戶的需求對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)警和診斷。廠家及用戶可以通過(guò)Internet上網(wǎng)到平臺(tái)上獲取設(shè)備遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷信息，下載設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，以便于監(jiān)控和售后服務(wù)。圖3-1壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷與服務(wù)平臺(tái)的系統(tǒng)構(gòu)成因此，本項(xiàng)目的主要研發(fā)內(nèi)容包括遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸單元DTU的設(shè)計(jì)、壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷服務(wù)中心的軟件平臺(tái)的構(gòu)建、面向用戶的設(shè)備監(jiān)控與故障診斷服務(wù)系統(tǒng)的研發(fā)3大部分。3.2嵌入式數(shù)據(jù)傳輸單元DTU的設(shè)計(jì)嵌入式數(shù)據(jù)傳輸單元DTU是專為設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷所開發(fā)的接口裝置，其功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換和預(yù)處理、并按設(shè)定的方式和規(guī)定的時(shí)間發(fā)送數(shù)據(jù)。DTU需要安裝在設(shè)備上，通過(guò)RS232／485接口與設(shè)備控制器相連，因此在保證功能和裝配要求的前提下必需力求降低成本。研發(fā)內(nèi)容包括：(1)合理選用嵌入式CPU和移動(dòng)通訊芯片，兼顧成本、系統(tǒng)可擴(kuò)充性和功能設(shè)置的可編程性的要求；(2)硬件設(shè)計(jì)主要是進(jìn)行DTU與設(shè)備控制器(PLC、工控機(jī)或其它控制器)的硬件接口設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電源及輔助部分設(shè)計(jì)、系統(tǒng)時(shí)鐘等硬件電路的設(shè)計(jì)開發(fā)；(3)軟件設(shè)計(jì)主要包括工作模式設(shè)定、定時(shí)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓縮、異常告警、數(shù)據(jù)發(fā)送與接收及軟故障自動(dòng)恢復(fù)等功能模塊的設(shè)計(jì)開發(fā)。3.3與壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)中心服務(wù)器聯(lián)調(diào)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)為中國(guó)電信專線接入，由于其提供網(wǎng)站發(fā)布的IIS服務(wù)器放置在企業(yè)網(wǎng)里，因此申請(qǐng)了靜態(tài)IP地址，以方便外部的DNS(DomainNameServer)域名解析服務(wù)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)架見圖3-2。圖3-2壓縮機(jī)廠網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆捎谠摫O(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)技術(shù)上要求數(shù)據(jù)接收軟件所處的位置必須為獲取靜態(tài)IP地址的服務(wù)器，但是壓縮機(jī)廠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為專線接入后先經(jīng)過(guò)企業(yè)防火墻，統(tǒng)一進(jìn)入企業(yè)的交換機(jī)，然后再向下分配到各服務(wù)器和子交換機(jī)，因此將監(jiān)控中心服務(wù)器放在與其并列的位置上。其獲取的IP地址為DHCP服務(wù)器分配的企業(yè)內(nèi)部IP地址，需要在防火墻上作一條端口映射的指令。這時(shí)在發(fā)送終端上只需將數(shù)據(jù)發(fā)送到該端口即可，這時(shí)防火墻接收到數(shù)據(jù)后，即按照端口映射的設(shè)置，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心服務(wù)器。3.4壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷服務(wù)中心的軟件平臺(tái)構(gòu)建從遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端DTU傳來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)各個(gè)網(wǎng)關(guān)和路由，傳送到壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷與服務(wù)中心進(jìn)行顯示、分析和處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程壓縮機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)故障進(jìn)行預(yù)警和診斷。壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷服務(wù)中心的軟件平臺(tái)構(gòu)建工作包括數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊的設(shè)計(jì)、信號(hào)分析模塊設(shè)計(jì)3大部分內(nèi)容，貫穿這3大模塊的是后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及管理?；竟δ苣K包括：數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、信號(hào)分析、報(bào)警記錄查詢、報(bào)表輸出、故障診斷、系統(tǒng)管理等，服務(wù)器采用多線程并發(fā)處理機(jī)制，可以同時(shí)接受多個(gè)用戶的訪問(wèn)。服務(wù)器端系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框圖如圖3-3所示。圖3-3服務(wù)器端系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框圖3.4.1數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集模塊主要負(fù)責(zé)從GPRS模塊中接收監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的分類、入庫(kù)及管理操作，為整個(gè)系統(tǒng)的后續(xù)工作提供原始數(shù)據(jù)資料。服務(wù)器端在軟件實(shí)現(xiàn)上采用TCP／IP協(xié)議，通過(guò)Win—dowsSockets建立虛擬的通訊邏輯信道，用以接收數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上。在GPRS模塊與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器問(wèn)傳送的數(shù)據(jù)采用IP包的形式，所以在傳送前傳送方與接收方要事先確定好數(shù)據(jù)格式及加密手段，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器在接收到數(shù)據(jù)后首先要進(jìn)行解碼處理再存儲(chǔ)人庫(kù)。圖3-4數(shù)據(jù)采集模塊SCADA系統(tǒng)可提供遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的網(wǎng)絡(luò)硬件平臺(tái)，其監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)目多，且兼有參數(shù)控制、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)更新與訪問(wèn)等功能。因此，利用SCADA系統(tǒng)的遠(yuǎn)程終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)，采用OPC（OLEforProcessControl）技術(shù)遠(yuǎn)程獲取分布式網(wǎng)絡(luò)中PLC的瞬變過(guò)程信息，以滿足故障診斷系統(tǒng)與動(dòng)態(tài)安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集的完備性和高速性的要求。OPC也被稱為“軟件總線”，應(yīng)用程序只需知道如何讀取OPC數(shù)據(jù)源，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序只需知道如何將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為OPC統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)。OPC可提供以下三種數(shù)據(jù)類型：（1）實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)：壓力、流量、密度、溫度、泵轉(zhuǎn)速、閥門開度等。（2）控制參數(shù)：開、關(guān)、運(yùn)行、停止等。（3）狀態(tài)信息：硬件連接狀態(tài)和軟件系統(tǒng)狀態(tài)等。圖3-5基于OPC遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)獲取的網(wǎng)絡(luò)硬件拓?fù)鋱D3.4.2遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的核心，所以選擇一種高效的邏輯手段及完整的數(shù)據(jù)模型非常重要。在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)之前首先要明確設(shè)計(jì)對(duì)象、設(shè)計(jì)目標(biāo)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，利用E—R法則設(shè)計(jì)關(guān)系圖的方法設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系。圖3-6Mi—crosoftSQLServer2000采用Mi—crosoftSQLServer2000作為該數(shù)據(jù)模型的管理軟件，在SQL中用表跟關(guān)系圖的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的管理。3.4.3遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊的設(shè)計(jì)目標(biāo)是要開發(fā)一個(gè)基于Internet的開放式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與用戶之間的動(dòng)態(tài)信息交互。這一部分是真正可以被用戶直觀感受和使用的部分，因此要求具有可視化的界面、便捷的使用方法和高效的數(shù)據(jù)傳輸效率。3.5面向用戶的設(shè)備監(jiān)控與故障診斷服務(wù)系統(tǒng)的研發(fā)作為一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，其根本目的是要為設(shè)備的故障診斷及前期預(yù)警提供依據(jù)，因此要以設(shè)備的故障診斷為目的來(lái)確定監(jiān)控信號(hào)的采樣位置及信號(hào)分析方法。不同類型的設(shè)備需要采取不同的監(jiān)控與故障診斷方法，不同的企業(yè)用戶對(duì)設(shè)備監(jiān)控與故障診斷的功能需求亦不相同。壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷與服務(wù)平臺(tái)需要針對(duì)不同的客戶、不同的設(shè)備監(jiān)控診斷需求提供個(gè)性化的服務(wù)。要通過(guò)對(duì)所要監(jiān)控設(shè)備的故障現(xiàn)象的深入了解與分析，尋求對(duì)故障現(xiàn)象的合理分類方法，作為最終建立故障診斷專家知識(shí)庫(kù)的基礎(chǔ)。3.5.1壓縮機(jī)的常見故障及診斷方法壓縮機(jī)的常見故障可以分為2大類。一類是流體性質(zhì)的，屬于機(jī)器熱力性能故障，主要表現(xiàn)為機(jī)器工作時(shí)排氣量不足，排氣壓力異常、溫度異常及級(jí)間壓力、溫度異常等；另一類是機(jī)械性質(zhì)的，屬于機(jī)械性能故障，主要表現(xiàn)為機(jī)器運(yùn)行時(shí)異常的響聲、振動(dòng)和過(guò)熱等。壓縮機(jī)的故障診斷過(guò)程是一個(gè)十分復(fù)雜的映射關(guān)系，它的故障現(xiàn)象、產(chǎn)生原因多種多樣，部位各不相同；同一故障可由不同的部件引起，同一部件又可以引起不同的故障；同一故障可采用多種診斷方法，同一診斷方法又可以適用于不同的故障。要有效的進(jìn)行故障診斷就要根據(jù)不同故障的特點(diǎn)，采用不同的故障診斷方法，選擇合適的信號(hào)采集位置。圖3-7壓縮機(jī)組故障診斷測(cè)點(diǎn)位置示意圖3.5.2壓縮機(jī)的熱力性能故障及其信號(hào)采樣分析方法壓縮機(jī)的熱力性能故障，如排氣量不足、壓力不正常、溫度異常等，比機(jī)械性能故障發(fā)生的更為頻繁，這也是壓縮機(jī)的故障診斷與旋轉(zhuǎn)機(jī)械相比所特有的一面。參數(shù)法對(duì)于診斷壓縮機(jī)的熱力性能故障較為有效。參數(shù)法是通過(guò)測(cè)定機(jī)器的各項(xiàng)性能參數(shù)值，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后同基準(zhǔn)參數(shù)參考數(shù)值相比較，得出分析結(jié)果f如偏高、偏低、過(guò)高、過(guò)低)，從而可以診斷出機(jī)器在整體性能方面或零部件性能方面存在的故障，并進(jìn)一步分析判斷其故障部位和預(yù)測(cè)故障發(fā)展趨勢(shì)的技術(shù)。本系統(tǒng)選擇參數(shù)法作為壓縮機(jī)熱力性能故障的診斷方法，因此其診斷信號(hào)的采樣位置就要依據(jù)參數(shù)法所需的參數(shù)來(lái)進(jìn)行選擇。診斷壓縮機(jī)熱力性能故障的方法有排氣量異常理論；級(jí)間壓力、氣量、溫度異常理論；排氣溫度異常理論3種，分別涉及不同的采樣參數(shù)。3.5.3壓縮機(jī)的機(jī)械性能故障及其信號(hào)采樣分析方法壓縮機(jī)的機(jī)械性能故障主要表現(xiàn)為異常的響聲、振動(dòng)及過(guò)熱等?？赡艿漠a(chǎn)生原因有：轉(zhuǎn)子不平衡，半速渦動(dòng)及油膜振蕩、轉(zhuǎn)子不對(duì)中、共振、部件松動(dòng)、轉(zhuǎn)子與定子摩擦、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)缺陷與裂紋、軸承缺陷等。振聲法對(duì)于診斷壓縮機(jī)的機(jī)械性能故障較為有效。振聲法就是通過(guò)對(duì)機(jī)器外部的振動(dòng)信號(hào)、噪聲信號(hào)的測(cè)量分析來(lái)監(jiān)測(cè)其內(nèi)部的狀態(tài)變化，并在此基礎(chǔ)上診斷故障原因、部位、程度、性質(zhì)和發(fā)展趨勢(shì)的方法。通常情況下故障都能夠反映在振動(dòng)信號(hào)譜圖的相應(yīng)頻率分量上，即都有其特殊的故障征兆。這些征兆有1／3倍頻、1／2倍頻、工頻、2倍頻、3倍頻等，因此可以通過(guò)采樣不同監(jiān)測(cè)位置的振動(dòng)信號(hào)的方法來(lái)進(jìn)行壓縮機(jī)機(jī)械性能故障的分析和診斷。振動(dòng)信號(hào)的分析方法十分繁多，包括了時(shí)域、頻域和時(shí)一頻域信號(hào)分析方法，但實(shí)際上都是由為數(shù)不多的幾種基本方法，如統(tǒng)計(jì)分析、FFI、分析及時(shí)序建模等方法經(jīng)適當(dāng)?shù)慕M合變換而來(lái)。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)開發(fā)了功率譜分析、相關(guān)分析、能量分析、包絡(luò)譜分析、數(shù)據(jù)回放等常用的壓縮機(jī)故障診斷分析子模塊，利用振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，同時(shí)兼有溫度和壓力信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和越限報(bào)警的功能。3.5.4仿真測(cè)試本研究所選用的數(shù)據(jù)來(lái)源于中石油某石化企業(yè)2010年發(fā)生的一起拉缸故障(往復(fù)式壓縮機(jī)活塞與氣缸內(nèi)壁磨損圖如圖1所示)，該機(jī)組安裝有BH5000R往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，機(jī)組已安裝檢測(cè)十字頭沖擊的加速度傳感器。本研究將8個(gè)特征參數(shù)兩兩組合，分別作為軸、y軸的值，得到XY圖(如圖2～7所示)。本研究將數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA處理后，提取影響系數(shù)最大的兩組數(shù)據(jù)作為新得到的特征參數(shù)，并反映在XY圖中(如圖7所示)。圖3-8特征參數(shù)組合圖之一圖3-9特征參數(shù)組合圖之二圖3-10特征參數(shù)組合圖之三圖3-11特征參數(shù)組合圖之四圖3-12特征參數(shù)組合圖之五圖3-13特征參數(shù)組合圖之六圖3-14特征參數(shù)組合圖之七以上比較分析結(jié)果說(shuō)明，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析(PCA)~夠有效反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并能很好地實(shí)現(xiàn)拉缸故障的早期預(yù)警，同時(shí)解決了對(duì)特征參數(shù)的選擇問(wèn)題。總結(jié)基于GPRS的遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷技術(shù)和系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)的研究熱點(diǎn)。依托我國(guó)無(wú)線通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面及普及率，國(guó)內(nèi)的研究與國(guó)外同步。對(duì)大型工程機(jī)械、數(shù)控機(jī)床、油田以及水電抄表等單一領(lǐng)域基于GPRS的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)已有研究報(bào)導(dǎo)。本研究通過(guò)控制嵌入式數(shù)據(jù)傳輸單元DTU的成本，注重監(jiān)控診斷與技術(shù)服務(wù)平臺(tái)上面向用戶的狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)的實(shí)用性，使壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)中心成為企業(yè)數(shù)字化管理、品牌服務(wù)的窗口，研究的應(yīng)用推廣必將有廣闊的市場(chǎng)前景和可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，并具有良好的社會(huì)效益。在設(shè)計(jì)上也還有很多潛力可以挖掘。壓縮機(jī)設(shè)備監(jiān)控與故障診斷服務(wù)系統(tǒng)是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，其如果采用振聲法方法與其他方法相結(jié)合進(jìn)行預(yù)警，對(duì)預(yù)警控制效果會(huì)更好，但由于個(gè)人的能力有限問(wèn)題并未實(shí)行。本次設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年里所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行一次綜合的利用。在設(shè)計(jì)中，涉及到了許多知識(shí)，幾乎涵蓋了我在大學(xué)所學(xué)的所有知識(shí)，其中包括單片機(jī)，溫度控制，電子技術(shù)，傳感器等多領(lǐng)域知識(shí)。通過(guò)這次的設(shè)計(jì)，讓我學(xué)