1、設備故障診斷設備故障診斷是一種給設備“看病”的技術，是了解和掌握設備在使用過程中的狀態，確定其整體或局部是正常或異常，早期發現故障及其原因并能預報故障發展趨勢的技術。隨著科學技術與生產的發展， 設備工作強度不斷增大，生產效率、自動化程度越來越高，同時設備更加復雜、各部分的關聯愈中密切， 從而往往某處微小故障就爆發鏈鎖反應，導致整個設備乃至與設備有關的環境遭受災難性的毀壞，這不僅 會造成巨大的經濟損失，而且會危及人身安全，后果極為嚴重。因此，設備診斷技術日益發揮重要作用， 它可使設備無故障、工作可靠，發揮最大效益；保證設備在將有故障或已有故障時，能及時診斷出來，正 確地加以維修，以減少維修時間，

2、提高維修質量，節約維修費用。1. 設備故障診斷內容設備故障診斷一般監、測監控系統的區別主要在于系統的軟件方面，它不僅 能監測設備運行的參數而且能根據監測進行評價，分析設備的故障類型與原因。它是將監測、控制、評價融為一體的系統。安的軟件主要功能是：1信號采集和處理軟件，采集合適的信號樣本，對其進行各種分析處理，提取和凝聚故障特征信息，提高診斷的靈敏度和可靠度。2故障診斷和狀態評價軟件，對信號分析處理結果進行比較、判斷，依據一定的判別規則得出診斷結論。或是由系統自動地診斷出狀態的水平和 各種故障存在的傾向性及嚴重性；或是幫助工程技術人員結合其他條件全面作出判斷決策。對于設備的診斷，一是防患于未然，

3、早期診斷；二是診斷故障，采取措施。其主要內容包括：(1) 正確選擇與測取設備有關狀態的特征信號所測取的信號應該包含設備有關狀態的信息，例如，診斷起桁架有無裂紋不能靠測取桁架各點溫度信號中不包含裂紋有無的信息。而測取桁架的振動信號則可達到目的，因為振動信號中包含了結構有無裂紋的信息，這種信號即稱為特征信號。(2) 正確地從特征信號中提取設備有關狀態的有用信息(征兆)從特征信號直接判明故障的有無，一 般是比較難的。例如，從結構 的振動信號一般以直接判明結構有無裂紋，還需根據振動理論、信號分析理論、控制理論等提供的理論與方法，加上試驗，對特征信號加以處理，持取有用的信息(稱為征兆)，才有可能判明設備

4、的有關狀態。征兆信息包括結構的物理參數(如質量、剛度等)、結構的模態參數(如固有頻率、模態阻尼等)，設備的工作特性(如耗油率、工作轉速、工率等) ，信號統計特性及其他特征量。(3) 根據征兆進行設備的狀態診斷，識別設備的狀態。因此，可采有多種模式識別設備的狀態。因此,可采用多種模式識別理論與方法，對征兆加以處理，構成判別準則，進行狀態的識別與分類。狀態診斷是設備診斷的重點，而特征信號與征兆的獲取正確與否進行正確狀態診斷的前提。征兆既用于由外表現象推斷內部狀態，此時可稱為癥候，以用于由現在現象推斷未來狀態，此時可稱為預兆。狀態診斷既包括診斷 設備是否將發生什么故障，此即早期診斷；也包括診斷設備已

5、發生什么故障，此即早期診斷設備已發生什 么故障，此即故障診斷。(4) 根據征兆與狀態進行 設備的狀態分析故障位置、類型、性質、原因與趨勢等。例如，故障樹分 析過程可知故障的原因往往是次一級的故障；如軸承燒壞是故障，其原因是輸油管不輸油，不輸油是因油管堵塞，后者是因可能是次級故障，因而有關的狀態診斷方法也可用于狀態分析。(5) 根據狀態分析作出決策， 干預設備及其工作進程， 以保證設備安全可靠、高效地發揮其應有功能， 達到設備診斷目的。所謂干預和自動干預，即包括調整。修理。控制、自診斷等。2. 設備故障診斷是人們借助一定的技術手段(檢沒技術、分析理論方法、分析理論方法、分析軟件等)對設備運行狀態

6、及故障情況進行評判的過程。設備診斷過程可用圖7-6程序框圖表示。為了對機械設備故障進行診斷，必須獲取機械設備的故障信息，包括人感官獲取的信息和通過檢測儀器測定獲取的信息。事 前調查階段是獲取設備現場狀況有用信息的重要程序，現場信息包括設備的結構性能、操作運行情況、外 界環境影響、維修使用記錄等。設備監測系統的引人并不排斥和取代現場操作人員的經驗和智慧，相反， 二者有機結合，信息共享，才更有利于設備管理和故障診斷工作的開展。設備現場情況調查內容包括：(1) 設備的結構性能設備的結構性能主要包括：1 設備的工作原理，設備在整個過程生產過程中的作用和地位。2 設備的動態參量。主要指設備的額定運行指標

7、和工藝參數范圍，如驅動機的功率，各工藝段流量、壓力、溫度、轉子轉速及變化范圍，設備的工作介質等3 設備結構，如軸承型式、密閉結構、轉子與其他部件之間聯軸節的結構等。(2) 操作運行情況操作運行情況指設備運行時工藝參數的大小及變化，設備輸入引起的變化， 是否感覺到性能的變化和故障征兆。(3) 外界環境的影響外界環境影響包括：1 環境溫度、濕度等的影響；2 周圍其他設備、管道振動造成的影響；3 地基沉降、變形對設備性能的影響； 4 輸入電壓波動的影響。(4) 維修使用情況1 在設備運轉以來發生過的故障及處理情況；2 上次維修日期；3維修時對設備作過哪些調整，調整量各為多少；4 對本設備來說，發生什

8、么樣的故障可能性最大，或哪些部件容易發生故障及設備的薄弱環節；5 設備使用以來出現過哪些設計和創作上有不足；6同一型號、同一工作條件下，其他設備發生故障的情況。根據上述調查掌握的信息，對設備異常現象進行分析，并確定檢測方法，從測定獲取的信號中提取設 備運行的特征信號，根據特征信號所描述的征兆，對設備狀況進行診斷。診斷分為簡易診斷和精密診斷兩 種：簡易診斷主要指狀態診斷這步只判明設備有無故障，但不作故障分析；而精密診斷則包括狀態診斷與 狀態分析這兩步，還可能要判明多種故障的情況。最后根據診斷結果，制定對設備所采用的干預措施，包 括維修、調整、控制、自動診斷等措施。3. 設備故障診斷方法故障是設備

9、的異常狀態，根據檢測設備異常狀態信息的方法不同，形成了各種設備診斷方法。(1) 利用振動進行設備診斷 設備的零部件、整機都有不同程度的振動。機械設備的振動往往會影響其工作精度，加劇設備的磨損，加速疲勞破壞；而隨著磨損的增加和疲勞損傷的瘴，機械設備的振動將更 加劇烈，如此惡性循環，直至設備發生故障、破壞。設備發生故障時，常表現為振動頻率的變化，通過檢測振動的頻率、轉數、振動的速度、加速度、位移量、相位等參數，并進行分析，從中可以找出產生振動變化的原因。(2) 超聲波診斷法超聲波通過裂紋時反射超聲波將發生異常，從而可確定裂紋情況超聲波監測 技術是利用材料本身或內部缺陷對超聲波傳播的影響，來探測材料

10、內部及其表面缺陷的大小、形式及分布 情況。其主要優點是，檢測速度快，靈敏度高，儀器輕巧，操作方便，對人體無損害，因此比較廣泛地應用于機器部件內部缺陷的檢測診斷。(3) 聲發射診斷法物體內部發生變形、裂紋時，將有部分 能量以聲、光、熱的形式釋放出來， 通過分析輻射出的聲能便可知道裂紋的情況，是一種無損檢測方法。物體在狀態改變時自動發出聲音的現 象為聲發射，其實質地物體受到外力或內力 3作用產生變形或斷裂時，以彈性波形式釋放能量的一種現象。 由于聲發射提供了材料狀態變化的有關信息，所以可用于設備的狀態監測和故障診斷。根據材料的微觀變形和開裂以及裂紋的發生和發展過程所產生聲發射的特點及強度來推知聲發

11、射源目前的狀態(存在、位置、嚴重程度)，而且可知道它形成的歷史，并預報其發展趨勢。聲發射監測不受材料診斷具體有以下特 點： 1 聲發射監測可以獲得有關缺陷的動態信息。結構或部件在受力情況下，利用聲發射進行監測， 可以知道缺陷的產生、運動及發展狀態，并根據缺陷的嚴重程度進行實時報告。而超聲波探傷，只能檢測 過去的狀態，屬靜態情況下的探傷。2 聲發射監測不受材料位置的限制。材料的任何部位只要有聲發射，就可以進行檢測并確定聲源的位置。3 聲發射監測只接收由材料本身所發射的超聲波，而超聲波監測須把超聲波發射到材料中，并接收從缺陷反射回來的超聲波。4 靈敏度高。結構缺陷在萌生之初就有聲發射現象，而超聲波

12、、X射線等方法必須在展到一定程度之后才能檢測到。5 不受材料限制，因為聲發射現象普遍存在于金屬、塑料、陶瓷、木材、混泥土及復合材料等等物體中，因此得到廣泛應 用。由于聲發射方法能連續監視結構內部損傷的全過程，因此得到了廣泛應用。聲發射技術首先在航空工 業部門應用獲得成功，隨后推廣到其他工業部門，許多飛機失事主要是由于結構損傷引起的。結構在最終 破裂之前，往往有明顯的初始損傷或裂紋，因此，在飛機上安裝聲發射監視系統，飛行員可以盡早地察覺 到初始損傷的存在，或觀察到初始損傷或裂紋擴展的情況，推斷危險情況的到來，從而采取必要的措施，避免空中飛行事故的發生。石油化工反應罐、鍋爐、蓄熱器以及高壓容器與管

13、道，容器壁厚的增加以及高 強度材料的采用，造成突然爆破事故不斷發生。其原因除了工作壓力高，高強度材料斷裂韌性值的降低等 因素外，結構中潛在的缺陷(或裂紋)是事故誘發的因素。因此尋找結構中的潛在缺陷，并評定缺陷的有害程度，是聲發射技術應用于壓力容器結構 的主要內容。聲發射技術還可預測結構的壽命，以便在突然爆 炸事故到來之前，作出決斷，停止使用，避免事故的發生。在鋼鐵工業中，可應用聲發射技術來合理制定 高爐修復計劃，正確、及時地確定修復部位，以便充分利用設備，縮短修復時間或者合理地設計、布置高 爐內部的結構，提高主爐的使用壽命指標等。在煤炭、地質部門，可應用聲發射技術來判斷微地震的性質 及發生的部

14、位，礦井安全性的預測等。土木工程中，應用于結構應力松弛現象的診斷，隧道塌方的預測， 大型橋梁疲勞損傷程度的評估等。在機械行業中，利用聲發射提供的信息，可找出設備部件初始損傷的存 在以及監視損傷的發展，確定損傷程度，制訂出維修或更換的時間。在焊接工藝中，用聲發射技術來監測 焊接過程的裂紋產生及擴展，以及焊接結構完整的評估等。(4) 紅外線診斷法通過測定設備輻射出的紅外線，確定溫度分布(如加熱管的溫度分布)，以確定設備是否有異常。紅外線探測器可分為熱探測器和光子探測器兩類，前者根據入射紅外線的熱效應引起探測器才料某一性質變化而實現探測目的；后者則根據入射光子流引起物質電學性質的變化達到探測目 的。

15、紅外線測溫技術已廣泛應用于設備運行過程各階段的狀態監測與診斷，主要包括：1在新設備剛剛安裝完畢，并開始難收時，用以發現制造和安裝的問題；2 在設備運行過程中和維修之前，用以判斷和識別有故障或需特別注意的地方，以便有針對性地安排計劃和備件，材料供應計劃；3 在設備檢修后，開始運行時，用以評價檢修質量，并做好原始記錄，以便在以后的設備運行中，為掌握設備的劣 化趨勢提供依據。(5) 計算機監測診斷隨著計算機的發展，研制計算機設備監測系統日益受到重視，建立智能監 測與診斷系統一個發展趨勢。當有大量設備需要監測和診斷時，或者關鍵設備需要連續不斷地監視時，頻 繁地進行數據采集、分析和比較是十分繁重的工作。

16、這時用計算機進行自動監測和診斷可節省大量的人力和物力，并能保證診斷結果的客觀性和準確性。計算機監測診斷系統有多種類型，根據監測的范圍可分為：整個工廠；關鍵設備；關鍵設備的重要部 件等不同水平的系統。計算機監測與診斷系統按其所采用的技術可分為：簡易自動診斷；精密自動診斷；診斷的專家系 統。簡易自動診斷通常采用某些簡單的特征參數，如信號的均方根值、峰值或峭度系數等，與標準參考狀 態的值進行比較，能判斷故障的有無，但不能判斷是何種故障。因所用監測技術和設備簡單，操作容易掌 握，價格便宜，因而得到廣泛應用。精密自動診斷要綜合采用各種診斷技術，對簡易診斷(初診)認為有異常的設備作進一步的診斷，以 確定故

17、障的類型和部位，并預測故障的發展，要求有專門技術人員操作，在給出診斷結果、解釋、處理對 策等方面，通常需要仍需要有豐富經驗的人員參與。診斷的專家系統與一般的精密自動診斷不同，它是一種基于人工智能的計算機診斷系統。它能模擬故 障診斷專家的思維方式，運用已有的故障診斷系統。它能模擬故障診斷專家的思維方式，運用已有的故障 診斷技術知識和專家經驗，對收集到的設備信息進行推理作出判斷，并能不斷修改、補充知識以完善專家 系統的性能，這對于復雜系統的診斷是十分有效的，是設備故障診斷的發展方向。按工作方式不同，計算機監測系統和定期監測診斷系統。在實際應用中究竟采用何種監測診斷系統， 取決于對工廠設備擁有狀況的

18、關鍵性的分析以及經濟分析。(6) 故障診斷專家系統專家系統是由數據和一系列分析軟件構成的軟件系統。在組成圖中，綜合數據庫用于存放系統運行過程中所需要和產生的所有信息，包括問題的描述、中間 結果、解題過程的記錄信息，如用于存放監測系統狀態的測量數據，用于實時監測系統正常與否。知識庫 存放專家的知識與經驗，它通常有兩方面的知識內容：一是針對具體的系統而言，包括系統的結構，系統 經常出現有故障現象，每個故障現象的原因，各原因旨起故障現象的可能性大小，判斷故障是否發生的充 分與必要條件等；二是針對系統中一般的設備儀器故障診斷的專家經驗。基于這兩方面內容，知識庫還包 含有系統規則，這些規則大多是關于具體系統或通用設備有關因果關系的邏輯法規。所以知識庫是專家系 統的核心內容。解釋程序負責回答用戶提出的各種問題，包括與系統運行有關的問題的與運行無關的有關系統自身的 一些問題，是實現系統透明性的主要部件，可以解釋各種診斷結果的推理實現過程，并能解釋透明性的主 要部件，可以解釋各種診斷結果的推理實現過程，并能解釋