適用于大功率發(fā)動機(jī)的綜合性能智能分析系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動機(jī)綜合性能分析領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于大功率發(fā)動機(jī)的綜合性能智能分析系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大功率發(fā)動機(jī)在油田鉆井動力及發(fā)電等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，此類發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件繁多，運(yùn)行條件惡劣；使用過程中如果存在超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)或維修保養(yǎng)不及時(shí)等問題，容易出現(xiàn)故障。此類發(fā)動機(jī)價(jià)格昂貴，應(yīng)用場合特殊，一旦出現(xiàn)故障，將帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。
[0003]目前，此類發(fā)動機(jī)基本都安裝了狀態(tài)監(jiān)測儀，但狀態(tài)監(jiān)測儀主要是對發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度及機(jī)油壓力等常規(guī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行測試和顯示，這些參數(shù)只能反映當(dāng)前發(fā)動機(jī)的基本運(yùn)行信息，無法全面反映發(fā)動機(jī)的性能及潛在故障，因而無法有效的監(jiān)控發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。
[0004]目前已應(yīng)用的發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)測儀主要用于反映發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的基本信息，無法實(shí)時(shí)反饋潤滑系統(tǒng)存在的問題或者發(fā)動機(jī)各缸做功不均及由此帶來的超負(fù)荷運(yùn)行等異常信息。
[0005]通過分析大功率發(fā)動機(jī)實(shí)際應(yīng)用過程中存在的主要問題，可以發(fā)現(xiàn)零件異常磨損和發(fā)動機(jī)拉缸、拉瓦等摩擦磨損性故障經(jīng)常出現(xiàn)。而其中潤滑油變質(zhì)(進(jìn)水乳化、進(jìn)柴油稀釋、油中有金屬粒、油臟污)是引起發(fā)動機(jī)摩擦、磨損方面故障的主要原因。鐵譜分析技術(shù)及光譜分析技術(shù)在潤滑油性能檢測方面得到了一定的應(yīng)用，但這兩種分析技術(shù)主要用于分析潤滑油中金屬顆粒的形態(tài)、成分及粒度分布等信息，無法體現(xiàn)潤滑油乳化故障，且這兩種技術(shù)多采用離線分析的方式，無法滿足實(shí)時(shí)分析的要求。
[0006]發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程中還存在由于零部件損壞而出現(xiàn)突發(fā)性故障，這一方面是由于零部件本身存在缺陷或強(qiáng)度不足，另一方面是由于負(fù)荷(熱負(fù)荷、機(jī)械負(fù)荷)過大，超過零部件的承受能力；前者可由發(fā)動機(jī)制造部門加以改進(jìn)，而后者則多是由于發(fā)動機(jī)超速、超負(fù)荷或者由于各缸做功不均導(dǎo)致部分缸超負(fù)荷等原因造成的。對于此類問題，則需要通過綜合性能智能分析系統(tǒng)對工作人員加以預(yù)警和告知，以避免故障的發(fā)生。
[0007]現(xiàn)有的發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)測儀均安裝在發(fā)動機(jī)附近，運(yùn)行參數(shù)通過指針表或數(shù)碼管等方式顯示，操作人員必須靠近正在運(yùn)行的發(fā)動機(jī)才能查看此類參數(shù)。發(fā)動機(jī)的運(yùn)行噪聲、發(fā)動機(jī)自身高溫部件及旋轉(zhuǎn)部件對操作人員構(gòu)成潛在危險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種適用于大功率發(fā)動機(jī)的綜合性能智能分析系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)能夠測試發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、油溫及水溫等常規(guī)運(yùn)行參數(shù)，發(fā)動機(jī)各缸做功能力，潤滑系統(tǒng)流通阻力及潤滑油狀態(tài)等多種參數(shù)，并通過有線傳輸方式或無線傳輸技術(shù)將測試的數(shù)據(jù)傳送至服務(wù)器，通過服務(wù)器的專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)綜合性能的智能分析。有效改善發(fā)動機(jī)性能分析的精度，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)狀態(tài)的自動分析，提高操作人員的工作效率。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0010]適用于大功率發(fā)動機(jī)的綜合性能智能分析系統(tǒng)，包括傳感器模塊，所述傳感器模塊包括潤滑油狀態(tài)傳感器及顆粒傳感器，所述傳感器模塊將采集的信號送給信號處理單元；所述信號處理單元包括信號處理電路和采集板，所述信號處理電路對傳感器模塊傳來的信號進(jìn)行處理并將處理后的信號送給采集板，所述采集板包括A/D轉(zhuǎn)換模塊和單片機(jī)；所述A/D轉(zhuǎn)換模塊將信號處理電路傳來的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并將數(shù)字量信號送給單片機(jī)；單片機(jī)也能通過輸入捕獲模塊接收經(jīng)過信號處理電路處理后的顆粒傳感器傳來的潤滑油金屬顆粒信息；單片機(jī)也能通過CAN總線直接接收潤滑油狀態(tài)傳感器發(fā)送的潤滑油狀態(tài)信息；單片機(jī)的輸出端連接聲光報(bào)警單元，單片機(jī)通過通訊模塊將分析處理后的信號發(fā)送給服務(wù)器；服務(wù)器對接收的信號進(jìn)行分析處理。
[0011]所述傳感器模塊還包括熱敏電阻傳感器、熱電偶傳感器、壓力變送器、磁電或霍爾式傳感器；
[0012]所述信號處理電路包括熱敏電阻傳感器信號處理電路、熱電偶信號處理電路、電流信號處理電路、脈沖信號處理電路及開關(guān)量信號處理電路；所述熱敏電阻傳感器信號處理電路、熱電偶信號處理電路、電流信號處理電路的輸入端分別連接熱敏電阻傳感器、熱電偶傳感器、壓力變送器，輸出端連接所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端；所述脈沖信號處理電路及開關(guān)量信號處理電路的輸入端分別連接磁電或霍爾式傳感器、顆粒傳感器，輸出端連接單片機(jī)的輸入捕獲模塊。
[0013]所述熱敏電阻傳感器用于采集冷卻水溫度、進(jìn)氣溫度及機(jī)油溫度，輸出為隨溫度改變的電阻信號；所述熱電偶傳感器安裝在缸排氣管上用于測量排氣溫度，輸出為電勢信號；所述壓力變送器測量機(jī)油壓力、進(jìn)氣壓力及機(jī)油濾壓差，輸出為標(biāo)準(zhǔn)的4?20mA電流信號；磁電或霍爾式傳感器測量發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速及瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，輸出為脈沖信號；所述潤滑油狀態(tài)信息包括介電常數(shù)、粘度及密度。
[0014]熱敏電阻傳感器信號處理電路通過將傳感器用精密電阻上拉至5V電源的方式，將熱敏電阻傳感器信號轉(zhuǎn)換為電壓信號；
[0015]熱電偶信號處理電路通過運(yùn)算放大器對熱電偶信號進(jìn)行放大處理；采用電路消除運(yùn)放失調(diào)電壓對熱電偶輸出的微小信號放大的影響；采用PN節(jié)進(jìn)行冷端溫度的補(bǔ)償；
[0016]電流信號處理電路通過精密電阻將4?20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，再經(jīng)過運(yùn)放芯片進(jìn)行放大處理；
[0017]脈沖信號處理電路首先通過運(yùn)算放大器對輸入的信號進(jìn)行放大，進(jìn)而通過施密特觸發(fā)器對放大后的信號進(jìn)行整形處理；
[0018]開關(guān)量信號處理電路通過三極管將12V電平的信號轉(zhuǎn)化為5V電平的信號，且處理后的信號極性與輸入信號的正好反向。
[0019]一種適用于大功率發(fā)動機(jī)的綜合性能智能分析系統(tǒng)方法，傳感器模塊將采集的信號送給信號處理單元；信號處理單元再將信號處理后通過通訊模塊發(fā)送給服務(wù)器；所述服務(wù)器對接收的信號進(jìn)行有效性判斷后，實(shí)時(shí)顯示并保存數(shù)據(jù)，還對測試信號進(jìn)行標(biāo)度變換、參數(shù)狀態(tài)識別及傳感器標(biāo)定；并利用專家診斷系統(tǒng)判斷異常原因，給出相應(yīng)的故障排查建議及維修辦法。
[0020]所述服務(wù)器對接收的信號進(jìn)行有效性判斷的方法為以下方法中的任意一項(xiàng)或多項(xiàng)的組合:
[0021]I)值域判定法:設(shè)定信號的數(shù)值范圍，如果當(dāng)前測試的數(shù)據(jù)超過該范圍，判定信號是無效的，否則是有效；
[0022]2)時(shí)域判定法:監(jiān)測信號在一段時(shí)間內(nèi)的變化情況，模擬信號如果出現(xiàn)短時(shí)間的突變，脈沖信號頻率如果發(fā)生短暫突變，那么判斷這些信號為異常；
[0023]3)邏輯判定法:對2個或2個以上有關(guān)聯(lián)的傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷數(shù)據(jù)間的邏輯關(guān)系是否符合常規(guī)法則，如果符合則有效，否則為無效。
[0024]實(shí)時(shí)顯示并保存數(shù)據(jù)的具體方法為，實(shí)時(shí)顯示與存儲測試的有效數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示通過數(shù)字或曲線顯示，在設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)自動創(chuàng)建數(shù)據(jù)文件，并將當(dāng)前時(shí)間及各傳感器測量的數(shù)據(jù)同步保存。
[0025]對測試信號進(jìn)行標(biāo)度變換的具體方法為:標(biāo)度變換是為了將接收的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為實(shí)際的物理量；
[0026]熱敏電阻傳感器、熱電偶傳感器及壓力傳感器測得的是模擬信號，是線性變化，月艮務(wù)器中存儲信號的系數(shù)，服務(wù)器接收到數(shù)字信號后，通過轉(zhuǎn)換系數(shù)將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為實(shí)際的物理量；
[0027]瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號通過單片機(jī)的輸入捕獲模塊實(shí)現(xiàn)，通過單片機(jī)的寄存器配置，設(shè)置下降沿捕獲脈沖，記錄每次捕獲脈沖的時(shí)刻，相鄰兩次時(shí)刻的差值即為飛輪齒圈相鄰兩齒間的時(shí)間，根據(jù)相鄰兩齒的時(shí)間能換算得到發(fā)動機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號，根據(jù)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號每個波動的波谷到波峰的變化量得到發(fā)動機(jī)缸的做功能力；做功能力以百分?jǐn)?shù)的方式表征，做功能力最大的缸是100%，其它缸以該缸為基礎(chǔ)相應(yīng)求出對應(yīng)的百分?jǐn)?shù)，因此，瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號不需要進(jìn)行標(biāo)度變換；
[0028]潤滑油狀態(tài)信息上傳的直接是實(shí)測的結(jié)果，按照協(xié)議得到各數(shù)據(jù)，除以100即為實(shí)際的參數(shù)；潤滑油金屬顆粒是開關(guān)量，直接取出即可。
[0029]參數(shù)狀態(tài)識別是通過系統(tǒng)測試的數(shù)據(jù)反映發(fā)動機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)數(shù)據(jù)超過報(bào)警值設(shè)置時(shí)，則通過聲光報(bào)警單元報(bào)警并告知操作人員目前發(fā)動機(jī)的狀態(tài)異常，根據(jù)不同異常狀態(tài)對發(fā)動機(jī)運(yùn)行的危害程度，系統(tǒng)針對不同狀態(tài)產(chǎn)生不同等級的提示，提示包括降速降負(fù)荷觀察或緊急停車；
[0030]報(bào)警值有絕對數(shù)值、開關(guān)量及變化趨勢數(shù)據(jù)；其中絕對數(shù)值的