徐春林等
摘要介绍机泵群智能监测预知维修系统的开发研制。该系统按照“五化八定”的思想，能够对各台被监侧设备实施智能化指令巡检和采集数据的管理，从而时机泵群故障进行预知维修，为石化系统机泵群实现状态维修提供了可靠的技术保证。
一、前言
现代大型流程工业如石油化工、冶金、电力等行业，其机械设备的安全可靠性和功能的可利用性十分重要，而维修对设备的可利用性影响极大。设备状态监测及故障诊断技术的应用，正在改变企业事后维修及定期预防性检修方式，逐步向预知维修（PM：PredictionMainte-nance）过渡。预知维修不仅可以及时监测到设备的异常和故障，而且可做到正确判断故障的部位、性质、严重程度和引起故障的根本原因，并进行综合分析。其实施的关键在于能否在机械设备运行中检测出哪些机器需要维修、哪些部位存在隐患（潜在故障）。“预知”可提供有用信息，指导维修决策，做到有故障超前预防，确保安全。因此预防设备故障的发生，研究维修决策，寻找最佳维修方式，为生产者提供技术服务尤为重要。
二、智能检测预知维修系统
在设备离线状态监测中，按照“五化八定”（数字化、规范化、程序化、制度化、标准化；定设备、定测点、定参数、定标准、定周期、定仪器、定路径、定人员）的思想，开发的智能检测预知维修系统，能够对各台被监测设备实施智能化指令巡检和采集数据的管理，从而对机泵群故障进行预知维修，即实现管理与技术相结合。该系统可以按机组位号、测点、检测参数、检测周期、检测路径、使用仪器等进行组态，并向智能巡检仪输出巡检指令任务单，巡检人员按任务单要求对设备进行巡检，每次巡检后，巡检仪将信号输入系统。该智能监测预知维修系统可根据各台设备运行监测的历史资料，及时调整巡检任务单的内容，确定各测点是否需要增减巡检次数。对于故障预知维修来说，通过对比分析测点数据库中的巡检数据，可以判别设备工作是否正常，而且可以预测设备的运行状况。如不正常，能及时地、正确地对各种异常状态或故障状态作出诊断。用户可通过人机接口，利用信息查询模块，查询信息在过去一段时间内任一时刻的运行状况，查询的信息可通过打印显示模块由屏幕显示或打印输出。用户还可通过人机接口，利用知识的添加和维护模块对知识库进行扩充、修改和完善等。
设备预知维修平台的总体设计框图见图1。
该智能监测预知维修系统主要包括数据分析模块和管理模块。
1．数据分析模块
该模块的任务是从采集到的数据中得到设备运行状况的有关信息。该模块提供强大的数字信号分析功能，包括时域分析、频域分析、包络分析、特征频率趋势分析旧趋势、周趋势、月趋势、年趋势）、轴心轨迹分析等。系统可以根据数据库中提供的设备运行状态的数据，对相关信息的发展趋势进行分析，并对设备的运行情况进行预测，在故障发生前及时报警，以便采取措施消除故障隐患，为设备的可靠运行提供技术保障。
(1)时域分析：时域分析法是数据的统计处理与系统分析相结合的一种分析方法。一方面可以对设备的运行状态进行动态分析，另外还可对设备的未来状态和趋势进行预报和控制。在机械设备的状态监测中，应用于时域分析的参数有：均值、均方根值、峰一峰值、最大值、最小值和绝对平均值等。这些参数的计算简单，对故障诊断有一定的作用。对于机泵群的离线监测，根据现场实际经验和采取的传感器类型，我们采用了提取峰一峰值的方法。
(2)频域分析：频域分析的基础是频谱分析，主要包括幅值谱分析、功率谱密度函数分析、细化谱分析、倒谱分析等。频域分析是机械故障诊断中用得最广泛的信号处理方法之一。在本系统中，采用了幅值谱分析。因为在机泵群的离线监测中，幅值谱分析可以反映机泵的振动信号频域信息，而且幅值谱比较简单通用。
(3)包络分析：包络分析的实质是对周期性的冲击故障信号，其宽频带特性常引起系统固有频率处的谐振，从而在该频率附近形成以特征故障频率为基频的边带，此边带可被认为是故障信号调制的结果。包络分析是目前诊断轴承和齿轮故障的最有效方法。
(4)特征频率趋势分析：特征频率趋势分析主要包括同频趋势分析、分频趋势分析、倍频趋势分析等。特征频率趋势分析反映了相应频率下幅值随时间的变化，是设备故障诊断的重要方法之一。
2．管理模块
该模块主要是对设备的运行状况进行管理，主要包括系统组态、系统与巡检仪的信息通信管理、巡检任务管理、报警管理、数据库管理、报表输出管理。
(1)系统组态：按机组位号、测点、检测参数、检测周期、检测路径、使用仪器等进行组态，同时将结果储存到数据库里，供其它模块调用。
(2)通信管理：实现巡检仪与智能预知维修系统的数据通信。当数据的结构或传输方式变化时，只需修改数据通信模块即可，不必修改系统其它功能模块。
(3)巡检任务管理：根据设备的巡检周期和最佳巡检路径制定巡检任务并输出。该模块还能够根据设备的运行状况修正巡检周期，使巡检做到智能化管理。用户也可根据实际需要，通过人机接口对此巡检任务进行调整。
(4)报警管理：系统将采集的数据与报警标准进行比较，判断设备是否处于正常状态，一旦发现数据超标，就提示报警，并改变主界面示意图指示灯的颜色，提醒操作者设备可能发生故障。
(5)故障诊断：当发生报警后，系统根据报警数据的趋势分析结果、频谱分析结果和包络分析结果综合诊断，运用故障诊断技术进行诊断，最后给出可能的故障类型、故障发生的部位以及防治措施，给现场操作人员以参考。
(6)数据库管理：负责管理和维护数据库中的知识，有知识管理模块和知识添加维护模块。其中知识添加维护模块可通过人机交互的方式将知识输入到知识库中，用户无需知道知识的表达与组织细节。
(7)报表输出：此模块用于输出各种报表，提供机组正常运行状态下和报警状态下的多种数据分析图表，包括时域分析（如原始波形、轴心轨迹等）、频域分析、趋势分析（如振幅趋势、频率特征趋势等），以及每日的巡检任务报表、诊断分析报表、设备运行状况报表等。
该系统软件结构模块框图见图2。
三、结论
监侧诊断技术的发展为实现石化机泵群状态维修（视情维修）奠定了基础。石化机泵群实现状态监测和预知维修，可以节省大量的检修费用，提高设备的利用率，保证设备的安全生产，从而创造更高的经济效益。
参考文献
1高金吉．设备诊断工程文集．中国石化机电仪研修中心，2001
2徐敏等．设备故障诊断手册．西安交通大学出版社，1998
3张安华．机电设备状态监测与故障诊断技术．西北工业大学出版社，1995
4丁康，米林，王志杰．解调分析在故障诊断中应用的局限性问题．振动工程学报，1997