基于LabVIEW船舶柴油机远程故障诊断系统研究

摘要

柴油机故障诊断技术是利用柴油机的状态信息和历史状况，对船舶柴油机的故障诊断、预测故障的一门建立在多学科基础上的综合技术。本文试图从工程应用的角度出发，以舰船F22 柴油机为研究对象，通过虚拟仪器、测试技术、信号处理、神经网络、DataSocket 技术、故障树等理论为基础，深入研究柴油机信号的采集、数据存贮、信号的远程传输、故障机理、故障特征提取和诊断方法。 本论文是基于LabVIEW的船舶柴油机远程故障诊断中的研究。采用NI公司的硬件平台和数据采集卡。在虚拟仪器技术环境中数据采集终端设计和信号处理技术的研究。可以对柴油机进行实时数据采集、历史数据回放和暂态数据的显示。对采集信号进行各类特征分析。如信号的时域分析、频域分析、幅值域分析、时频域分析等。其中重点研究了小波分析在信号处理中的应用和实现，给出了小波分解、小波重构、小波除噪等的基本理论及在LabVIEW 开发平台的实现，为实现船舶柴油机智能故障诊断和远程故障诊断奠定基础。文章在现有远程故障诊断方面，提出了基于虚拟仪器和Internet的远程故障诊断系统，使远程故障诊断和多专家协同会诊成为可能。利用TCP/IP、DataSocket等技术编写了数据远程传输程序，并对几种传输模式进行优缺点进行比较分析。通过船舶柴油机的燃油供给系统为对象，实现船舶柴油机燃油系统的远程故障诊断。文章中详细系统地阐述了TCP/IP、DataSocket和web 网络浏览的远程数据传输。介绍了几种方案的工作原理设计、具体实现方案及软件的实现。通过实际比较DataSocket 能够保证更好的实时性和更高的数据交换率、稳定性高，且具有访问控制管理等安全措施，这些明显的优点使它基本符合本课题的远程故障诊断系统设计方案的要求。设计了基于DataSocket 技术虚拟远程数据传输系统，对船舶柴油机的振动信号、温度、压力等信号进行远程数据传输。实际说明该设计方案有着很好的实时数据传输效果，并且具有、数据传输速率快、准确性高、操作简单等优点。文章中采用外卡式压力传感器测取的高压油管压力波可实现对柴油机喷油器故障的不解体诊断，并且把虚拟仪器应用到故障诊断系统中，将原先笨重、昂贵的硬件模块变为小巧、方便的软件模块编程。并介绍了在各种故障模式下柴油机喷油器产生故障的原因和特征参数的变化。最后利用人工神经网络模型实现故障诊断。 结论表明，该方法可实现柴油机喷油器不解体故障诊断，在实际的故障诊断中具有一定的应用价值。文章最后提出了通过故障树方法对船舶柴油机系统状态评估模型，该模型主要通过九个故障树实现故障诊断，再根据现场的经验实现基于Labview的船舶的柴油机的状态评估。通过具体故障树层层递推查出失效元件，该方法具备故障预测、状态评估等功能。