一种舰船柴油发电机组健康管理系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术涉及柴油发电机组监控领域，提供一种舰船柴油发电机组健康管理系统及其工作方法，该系统包括监控存储模块、通用信号采集模块、扭振监测模块、离线振动监测模块、离线油液监测模块、健康状态识别模块、健康状态预测模块、总线。本发明专利技术利用常规性能分析、扭振分析、振动分析、油液分析，并基于专家经验知识和历史数据驱动，判断柴油发电机组故障、识别潜在故障，给出运行与维护策略。本发明专利技术以适应舰船柴油发电机组工作环境特点为根本，以现有油液、振动、扭振、热力参数、电力参数监测技术为基础，综合采用离线和在线技术，稳定的实现柴油发电机组监控功能。

【技术实现步骤摘要】
一种舰船柴油发电机组健康管理系统及其工作方法
本专利技术涉及柴油发电机组监控领域，具体涉及一种舰船柴油发电机组健康管理系统及其工作方法。
技术介绍
柴油发电机组作为常见动力设备，广泛应用舰船、固定电站、牵引机车等领域，根据相关资料统计，动力装置的维修费用约占整个舰船维修费用的1/3。当前的柴油发电机组维修主要以基于故障的事后维修和定期计划维修为主，在基于状态的维修方面（condition-basedmaintenance,CBM）研究和技术手段不足。以故障预测和健康管理（prognosticandhealthmanagement,PHM）策略得到越来越多的重视和应用。为了便于舰船柴油发电机组状态监测，指导运行和维护，节约运行成本，有必要完善现有的柴油发电机组监控系统，开发一种全新的舰船柴油发电机组健康管理系统。中国专利号为201810448090.9，专利名称为基于深度学习的柴油发电机组故障诊断与检查装置及方法，实现了振动检测、模态检测、噪声检测，频率检测、转速检测功能，包含深度学习模块、自适应集成策略模块、历史故障数据库、故障类别专家系统库，基于深度信念网络（DBN）、卷积神经网络（CNN）、递归神经网络（RNN）等模型进行深度学习，将深度学习算法模型按照设计的集成组合策略在一起做并行数据处理，通过自适应集成策略模块为每一个体学习器进行振动信号数据集、噪声信号数据集等进行学习。中国专利号为2020010837056.8，专利名称为基于遗传算法的柴油机故障诊断中监测参数优化选取方法，提供了一种故障监测描述和连接因果关系的方法。首先采用故障特征矩阵描述故障与异常监测参数的因果关系，然后利用条件熵故障区分所必需的监测参数，计算属性重要度，构造遗传算法的适应度函数，设计选择、交叉、变异三个算子，实现优化计算，得出优化传感器布置方案。中国专利号为201810904246.X，专利名称为低速柴油机远程状态及故障诊断系统，提供了一种柴油机远程状态监测及故障诊断系统，包括了数据采集模块、现场通讯模块、本地客户端、故障诊断中心、云平台。中国极地研究中心的黄嵘等在《“雪龙2号”科考破冰船柴油机健康管理与辅助决策系统》论文中介绍了一种柴油机健康管理与辅助决策系统。该系统由柴油机振动监测系统、离线柴油机缸内燃烧性能分析模块、滑油监测模块、健康管理及辅助决策模块等组成。实现了基于柴油机在线振动特征、在线润滑油品质监测、离线缸内燃烧性能的故障推理和辅助决策。海军工程大学周志才等在《故障预测与健康管理系统在舰用柴油机中的应用》论文中介绍了一种舰用柴油机故障预测与健康管理系统的体系构架，有平台级PHM、系统/部件级PHM、模块/单元层级PHM组成，其中模块/单元级PHM包括热工参数传感器、振动传感器、油液参数传感器、内置测试接口状态参数等。中国舰船研究院唐磊等在《舰船发动机健康管理开放式系统构架》论文中介绍了一种通用的监控管理功能构架，主要包括信号采集（传感器）、信号处理（预处理、特征提取）、状态检测（阈值比较、模糊逻辑），健康评估（部件特征提取、异常诊断推理）、预测（局域特征的预测、基于模型的预测）、决策推理、人机接口等。江苏科技大学崔佳在《基于模糊神经网络的柴油机故障系统研究》论文中介绍了一种柴油动机振动信号采集处理系统，以经验模态分解（EMD）和时间序列模型（AR）对原始振动特征信号（以连杆轴承为例）进行特征提取；基于集成模糊神经网络（FNN）的柴油机故障诊断研究，并开展预警研究。哈尔滨工程大学高伟冲在《船用柴油机典型故障分析与诊断技术研究》论文中介绍了一种以船舶综合电力推进系统中发电用柴油机为研究对象，以平均值建模研究空气滤器堵塞、中冷却器气侧污阻、增压器故障等仿真模型，采用PNN神经网络以及基于PCA的PNN网络建立16V柴油机故障诊断模型，以排温为例，利用灰色理论对柴油机故障进行预测，为柴油机健康管理提供技术支持，并开发一套柴油机状态和典型故障诊断与预测软件。哈尔滨工程大学李玩幽在《柴油机曲轴裂纹的扭振动态诊断技术》、《柴油机拉缸故障的扭振诊断技术探索》、《利用扭振波形参数诊断柴油机单缸熄火故障试验研究》等论文中对扭振对柴油机曲轴裂纹、拉缸、单缸熄火等故障进行研究。上述专利和技术论文提供了一种故障预测与健康管理系统或方法，但上述方案仍存在以下不足：首先，上述研究对象主要针对原动机（柴油机），对柴油发电机组整体技术状态研究不足。其次，未考虑舰船实际工作环境，比如在线式振动监测系统受柴油发电机组工作时剧烈振动影响，容易获取错误振动参数，误导振动健康状态判断；在线式的滑油品质监测传感器精度不足及实船工作不稳定，影响机组健康状态分析。最后，以前的舰船柴油机健康管理系统功能相对单一，缺乏热力参数分析、电力参数分析、振动分析、扭振分析、油液分析等综合监测诊断功能，不能基于经验知识和历史数据驱动进行较为全面的故障判别和预测功能。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中的不足，提供一种舰船柴油发电机组健康管理系统及其工作方法，综合利用常规性能分析、扭振分析、振动分析、油液分析，并基于专家经验知识和历史数据驱动，判断柴油发电机组故障、识别潜在故障，给出运行与维护策略，是一种功能全面、运行维护可行性好的舰船柴油发电机组健康管理系统。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提出了一种舰船柴油发电机组健康管理系统，包括监控存储模块、通用信号采集模块、扭振监测模块、离线振动监测模块、离线油液监测模块、健康状态识别模块、健康状态预测模块、总线。所述的监控存储模块包括主箱体、触摸显示屏、处理器、存储单元、控制组件、接口组件、通讯电路，用于显示柴油发电机组热力参数、电力参数、故障信息、健康状态、辅助决策信息及存储数据，通过总线与通用信号采集模块、扭振监测模块、离线振动监测模块、离线油液监测模块、健康状态识别模块、健康状态预测模块通讯。所述的通用信号采集模块包括模拟量采集处理模块、数字量采集处理模块、扩展插口、处理母板、CAN通讯接口模块、RS85通讯接口模块，用于将柴油发电机组热力参数、电流、电压等信号反馈至监控存储模块。所述的扭振监测模块包括转速传感器、扭振传感器、扭振信号接收处理单元、扭振分析程序模块、扭振通讯模块，用于将柴油发电机组转速信号和扭振角位移信号、经软件处理后的扭振特征反馈至监控存储模块。所述的离线振动监测模块包括离线加速度传感器、便携式振动信号接收处理单元、振动分析程序模块、振动通讯模块，用于将离线采集到的柴油发电机组典型部位的振动加速度参数、经解码和软件处理后的振动特征反馈至监控存储模块；上述典型部位包括柴油机自由端机脚、机身、缸盖、联轴器壳体以及发电机自由端机脚、机身。所述的离线油液监测模块包括油液信号接收处理单元、油液分析程序模块、油液品质通讯模块，用于将离线采集到的柴油机润滑油温度、粘度、颗粒度、水分参数、经解码和软件处理后的油液健康状态反馈至监控存储模块。所述的健康状态识别模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种舰船柴油发电机组健康管理系统，其特征在于：包括监控存储模块、通用信号采集模块、扭振监测模块、离线振动监测模块、离线油液监测模块、健康状态识别模块、健康状态预测模块、总线，/n所述的监控存储模块，用于显示柴油发电机组热力参数、电力参数、故障信息、健康状态、辅助决策信息及存储数据，通过总线与通用信号采集模块、扭振监测模块、离线振动监测模块、离线油液监测模块、健康状态识别模块、健康状态预测模块通讯；/n所述的通用信号采集模块，用于将柴油发电机组热力参数、电流、电压信号反馈至监控存储模块；/n所述的扭振监测模块，用于将柴油发电机组转速信号和扭振角位移信号、经软件处理后的扭振特征反馈至监控存储模块；/n所述的离线振动监测模块，用于将离线采集到的柴油发电机组典型部位的振动加速度参数、经解码和软件处理后的振动特征反馈至监控存储模块；上述典型部位包括柴油机自由端机脚、机身、缸盖、联轴器壳体以及发电机自由端机脚、机身；/n所述的离线油液监测模块，用于将离线采集到的柴油机润滑油温度、粘度、颗粒度、水分参数、经解码和软件处理后的油液健康状态反馈至监控存储模块；/n所述的健康状态识别模块，用于从监控存储模块获取柴油发电机组温度、压力、电流、电压、报警阈值、基于经验的故障原因与故障现象对应关系信息，经软件处理后将故障状态、故障原因、维修方法反馈至监控存储模块；/n所述的健康状态预测模块，用于从监控存储模块获取柴油发电机组温度、压力、电流、电压、报警阈值、基于数据驱动的故障原因与故障现象对应关系信息，经软件处理后将潜在故障状态、健康状态和辅助运行维护策略反馈至监控存储模块。/n...

【技术特征摘要】
1.一种舰船柴油发电机组健康管理系统，其特征在于：包括监控存储模块、通用信号采集模块、扭振监测模块、离线振动监测模块、离线油液监测模块、健康状态识别模块、健康状态预测模块、总线，
所述的监控存储模块，用于显示柴油发电机组热力参数、电力参数、故障信息、健康状态、辅助决策信息及存储数据，通过总线与通用信号采集模块、扭振监测模块、离线振动监测模块、离线油液监测模块、健康状态识别模块、健康状态预测模块通讯；
所述的通用信号采集模块，用于将柴油发电机组热力参数、电流、电压信号反馈至监控存储模块；
所述的扭振监测模块，用于将柴油发电机组转速信号和扭振角位移信号、经软件处理后的扭振特征反馈至监控存储模块；
所述的离线振动监测模块，用于将离线采集到的柴油发电机组典型部位的振动加速度参数、经解码和软件处理后的振动特征反馈至监控存储模块；上述典型部位包括柴油机自由端机脚、机身、缸盖、联轴器壳体以及发电机自由端机脚、机身；
所述的离线油液监测模块，用于将离线采集到的柴油机润滑油温度、粘度、颗粒度、水分参数、经解码和软件处理后的油液健康状态反馈至监控存储模块；
所述的健康状态识别模块，用于从监控存储模块获取柴油发电机组温度、压力、电流、电压、报警阈值、基于经验的故障原因与故障现象对应关系信息，经软件处理后将故障状态、故障原因、维修方法反馈至监控存储模块；
所述的健康状态预测模块，用于从监控存储模块获取柴油发电机组温度、压力、电流、电压、报警阈值、基于数据驱动的故障原因与故障现象对应关系信息，经软件处理后将潜在故障状态、健康状态和辅助运行维护策略反馈至监控存储模块。


2.一种如权利要求1所述的舰船柴油发电机组健康管理系统的工作方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
（1）所述监控存储模块接收柴油发电机组热力参数、电力参数、故障信息、健康状态、辅助决策信息并存储，以图形、...

【专利技术属性】
技术研发人员：程良奖，丁红元，邓鹏，孙春鹏，唐昉，秦子明，曾宏，蔡标华，舒鑫，俞健，谢江辉，赵俊涛，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42