维普资讯 http://www.cqvip.com 摘案。 要：对设备状态监测网及故障诊断系统的总体结构、技术要点、功能模块进行了分析比较，并得到一个最优的方 关键词：设备状态监测数据处理特征值专家系统 中图分类号：ＴＨ１６５ ．３ 文献标识码：Ａ 随着现代工业的飞速发展和生产装置的规模不 断扩大，生产技术和工艺过程日趋复杂，对生产过程 中各种信息的集成要求越来越高，整个生产过程越来 越呈现出工业大系统的性质，工业系统的设备正向着 大功率、高速、强载、高自动化、智能化的方向发展，结 构越来越复杂，功能也越来越完善。因此开展对工业 系统机组设备运行状况的监测、分析及故障诊断具有 非常大的实用价值。本系统以计算机软硬件技术为核 心，分为在线监测和非在线监测，融合于企业网中，并 支持远程监控，可用于电力、石油、化工、冶金、矿山等 企业的大型机组设备。 Ⅱ设备状态监测网总体结构 监测网基于关系数据库，采用三层Ｃ／Ｓ模式，并 支持Ｂ／Ｓ和Ｉｎｔｅｍｅｔ。系统既可在企业网中实施监控， 也可通过Ｉｎｔｅｍｅｔ进行相关操作。其总体结构见图１。 设备状态监测网的结构采用Ｃ／Ｓ和Ｂ／Ｓ相结 合、在线与非在线相结合的模式。设备状态监测网中 较复杂的操作，如机组结构参数设置、在线监测的控 制、数据的处理等都应基于Ｃ／Ｓ模式，这样就具有了 功能强大、可靠性高、保密性好等特点。设备状态监测 网中较简单的功能，如非在线监测时的数据上报、数 据查询、检修意见发送等就可基于Ｂ／Ｓ模式，这样具 备了不需安装客户端软件、操作的分布灵活性等特 点。在线模式下，现场采集的数据通过工控机上传到 数据库服务器并按一定的数据管理方式进行存储，同 时现场工控机还要对现场实时采集的数据进行处理， ２ｏ０２／ｎ 文章编号：１０００—４９９８（２００２）１１—００５０—０２ 如计算跟踪值、报警判别、趋势分析及趋势预测等。现 场工控机对实时数据处理的结果也应及时存储到数 据库服务器。在非在线模式下，现场人员通过仪器设 备采集到速度、加速度、温度等参量，通过企业网或 Ｉｎｔｅｍｅｔ网的任何一台ＰＣ机登陆后即可进行数据上 报、数据查询等操作。 目设备状态监测网软硬件设计 （１）硬件设计 根据需要选择数据采集通道的多 少，如８通道、１６通道、３２通道等，当通道数量超过８时， 可以采用矩阵开关切换，但如果要求更高的精度，每 个通道可以对应单独的抗混滤波、集成电压放大及 Ａ／Ｄ转换，见图２。 （２）软件设计 包括实时采集、趋势分析和趋势 预测、自动报警判别、网络通信、设备状态报表、图形 化操作界面。趋势分析包括原始数据趋势分析和相关 数据趋势分析；自动报警判别包括绝对标准报警、企业 标准报警、数据变化率报警、相关变化及相关比较报 警。 （３）数据管理包括监测系统数据管理、信号分析 与数据管理系统的数据管理以及数据采集器数据的管 理。监测系统数据管理分原始数据管理（停机、开机、一 级正常、二级正常、三级正常、黄灯报警和危险数据）和 趋势数据管理（０．５ｈ、０．８ｈ、１ｄ、６ｄ、３０ｄ、９０ｄ和７２０ｄ）； 信号分析与数据管理系统的数据管理和专家系统在同 一台计算机上；数据采集器放在网络服务器上的三类 文件被诊断专家系统所用，黑匣子中正常文件、异常文 件、热文件（当前最先采集的文件）三类文件均采用循 维普资讯 http://www.cqvip.com 环覆盖的方式记录。 圜故障诊断系统 故障诊断专家系统以计算机为基础，基于关系数 据库，与设备状态监测、分析系统组成有机整体，对故 障进行智能诊断，从而有效地提高机组运行安全。故 障诊断专家系统能使机组的检修具有针对性，从而为 企业节省人力、物力与财力。 故障诊断系统应具有数据分析功能，数据分析是 诊断的前提，通过数据分析提取特征征兆，然后从知 识库中找出与特征征兆相关的规则进行推理，常用的 数据分析功能需要有时域波形、幅值谱、频谱比较、倒 谱、包络谱、轴心轨迹图、零极点图、波特图、瀑布图、 小波变换等。 故障诊断系统设计的难点是征兆的提取，最理想 的是全部自动提取，但是图形征兆、语义征兆及模糊 征兆完全实现自动提取是不现实的。所以系统设计的 关键是有强ｋ的数据分析功能，同时提供强大、灵活 的人机交互接口，使用户充分参与到征兆提取及诊断 过程中来，从而提高系统的可用性和准确性。 故障诊断系统最核心的部分是专家系统的设计， 专家系统最关键的又是知识库和推理机的设计。知识 库中采用层次化、模块化的产生式知识表示方法。每 种典型故障对应一个完整的规则模块，规则模块下又 根据不同的征兆（波形、频谱、工作介质压力等）分成 不同的单元；同时每一条规则又属于不同的机组类 型 推理机分两种：基于实例的推理和基于知识的推 理。基于实例的推理是一旦探测到哪个机组振动参量 出现了异常，就从诊断历库中把这个机组设备以前出 合并形成有机的整体，共同服务于企业机组运行安全。 图５是花了两年时间开发的某钢铁厂设备状态监测网 及故障诊断系统的模块结构图。 圄小结 设备状态监测网及故障诊断系统的研究开发具有 现过的故障作为现在的故障假设，进行反向推理求出 各种故障的综合评判。基于知识的推理又分为两个层 次：初级推理和目标推理。初级推理是利用部分征兆 重要意义，在其研究开发过程中一是要结合工业现场 要求．二是要充分利用现有计算机技术的发展，才能开 发出实用、先进的系统。 正向推理出可能的故障结论，目标推理就是对可能的 故障反向求证其前提的成立。引进置信度和贡献度以 及证据的隶属度来解决并发现故障，用混合双向推理 解决序贯性故障。采用深度优先搜索、元知识规则冲 突消解策略及回溯算法。知识库和推理机的结构见图 ３与图４ 、 参考文献 ｌ 王丽丽，王超．滚动轴承早期故障在线监测与诊断．西安 交通大学学报，１９９８．６ ２钱苏翔．机器状态智能诊断与管理系统．机械设计与制造． ２０Ｏ０．４ 口开发实例 设备状态监测网及故障诊断系统的开发可以采 ３施鸿宝，王秋荷编．专机系统．西安交通大学出版社，１９９０ ４童俯，沈一栋编著．知识工程．科学出版社，１９９２ 垒 （编辑 功 成） 用分步聚、模块化的开发方法。先开发非在线系统，然 后开发在线系统，先开发设备状态监测网，然后开发 故障诊断系统。各模块完成自己独立的功能，但通过 企业网及数据库服务器又可共享数据，从而很好地融 作者单位：湖南大学机械与汽车工程学院 邮政编码：长沙・４１００８２ 收稿日期：２００２－－ｅｌ－－８月 ２００２／１１