化工机械设备的故障监测系统研究

苗斌斌

摘要：在计算机技术、无线通信技术日益发达的今天，物联网技术应运而生。物联网技术的出现不仅为人们的日常生活带来了巨大的便利，同时也让化工机械行业看到了未来发展的希望和方向，而化工机械设备的故障监测系统就是物联网技术应用的一种典型案例，但是从多个化工生产企业了解到的结果是非常令人意外的，在化工机械设备故障检测方面的投入和研究也是非常欠缺的。基于此，对化工机械设备的故障监测系统进行研究，仅供参考。

关键词：化工机械设备；故障监测系统；物联网技术；虚拟仪器技术

引言

近年来，随着机械设备的运行环境逐渐复杂化，机械设备发生故障的概率显著提高，一旦未能及时发现机械设备的局部故障问题，最终可能导致机械设备潜伏性故障逐渐发展以致整体性损坏的严重后果。在智能制造的背景下，对机械设备相关关键部件进行故障诊断和监测成为一个值得思考的现实问题。

1相关概念及关键技术

从定义上来看，物联网主要是借助互联网技术和传感器等部件，将多种物理设备互通互联，然后将各种设备的信息汇聚到智能终端，从而实现对部件的智能监测、识别和管控。目前，主流的智能家居、智能环境监测、智慧农业都是典型的应用代表，而在化工机械设备的应用方面则比较欠缺，而本研究的化工机械设备故障监测系统除了涉及物联网技术以外，还要用到虚拟仪器技术、数据采集技术以及相关的故障诊断技术。虚拟仪器技术就是计算机技术和测试技术的完全结合，不仅融合了测试方面相关的仪器原理，还将高速总线技术及图形软件编程技术融为一体。此多样化的技术相互融合贯通为化工机械设备故障检测系统的研究提供了技术保障，同时有些技术也是故障检测过程中不可或缺的关键技术。

2机械设备主要故障特点

机械设备是工业生产中不可或缺的一部分，其性能的优劣与最终的生产能效直接挂钩。机械设备由各种零部件组合而成。在长期的运转过程中，它们会由于衰老退化而不可避免地出现故障问题，对机械设备的性能造成影响，导致生产效率降低。由于不同部件的作用、存在比例及故障特点有所差异，下面对机械设备中的关键部件逐一展开分析。滚动轴承是旋转机械的重要组成部分，它优点众多，比如润滑冷却迅速效率高等，因此在机械行业广泛得到应用。但它同时也是旋转机械中最容易出现故障的部件之一，据有关统计显示，在旋转机械故障中有近30%的故障是由于滚动轴承故障引起的，因此，深入研究滚动轴承的故障诊断方法具有重要意义。工程发现，疲劳损伤、腐蚀损伤、断裂等原因都会导致滚动轴承损伤，不同原因导致的轴承损伤所反映出的故障特征同样存在差异，因此，如何在纷繁复杂的轴承故障中提取出反映轴承故障的一致性特征成为一个值得深入研究的切入点。

3化工机械设备故障监测系统的构建思路

3.1化工机械设备的故障监测分析

化工机械设备不同于其他的机械设备，对于化工机械设备故障的检修，不只是单纯地对有问题或损坏的机械部件进行拆卸或更换，还要在故障出现之前分析和预测可能出现故障的部件，从而尽可能地做到在不影响设备正常工作的情况下进行保养或更换。对于化工机械设备故障的监测和维修，不能等到故障出现了才有所行动，而是要制定科学的、合理的、经济实惠的维护方案，从设备投入使用开始就要对设备的各个部件进行监测和分析，从而制定最理想的故障排除解决方案。要想构建一套化工机械设备故障监测系统，需要了解常见的故障诊断技术，目前经常用到的故障诊断技术包括振动噪声法、油液诊断法、超声发射法、红外成像法以及无损探伤法等。这些诊断故障的方法各有利弊，适用范围也不同，其中振动噪声法主要通过内置传感器的实时分析和比较获取的振动频率来判断化工设备内容是否存在异常或故障；油液诊断法主要用于找到容易磨损的地方，通过油液中的金属颗粒判断磨损的程度，从而判断是否存在异常或故障；超声发射法主要用于监测容易产生裂纹的地方，通过对声音反射的分析得出是否存在异常或故障；红外成像法主要用于诊断对于温度非常敏感的化工设备部件，通过对温度的监测判定部件的工作状态；无损探伤法可以理解成超声发射法和红外成像法的结合。

3.2红外测温诊断

此时温度可以清楚地反映电子设备的性能和运行状况。对于机械温度参数，不能直接测量，但可以间接测量，例如所应用材料的热膨胀和热电效应，而新的温度测量技术也包括激光温度测量。例如，在检查铁矿车车轴箱时，可利用红外温度诊断技术，将红外温度计放置在矿区主要运输钢轨周围，车轮经过后，车轴箱会扫描检测器，在中发出相关脉冲信号当脉冲信号处于高状态时，表示轴箱的温度非常高。对于这种现象，可以根据记录纸上脉冲信号的具体位置分析轴箱异常现象，制定完善的对策，降低故障概率。这种方法的优点很高，在过去是无与伦比的人工轴向温度控制方法，可以在改善周边条件的基础上缩短车辆停留时间，避免燃料事故。

3.3硬件设计

根据需求分析所要实现的功能，故障监测系统需要采购相关的硬件设备完成相关功能数据的收集或分析处理。其中，数据采集模块由传感器、信号转换调理芯片以及无线通信模块等硬件组成，传感器负责采集设备部件的振动信号，信号转换调理芯片负责对采集到的信号进行转换和调理，无线通信模块则负责将收到的信号转发给数据中继模块。数据分析处理模块则主要通过上位机服务器及客户端等终端设备实现相应的功能。

3.4噪声监测与诊断

在工作时，机械设备除了产生振动外，还会产生一定的噪音，这可以作为通过噪音监控进行故障排除的基础。对于声音，声强和声压是最重要的参数，也是噪声测量的主要对象。近年来，随着科技的不断进步，快速傅立叶变换(FFT)分析仪被广泛用于机械噪声监测。此外，双麦克风互谱技术也用于声强测量，这不仅提高了探测速度，而且确保了探测结果的准确性。在机械设备的工作现场，可以用声学计测量噪音，最显着的特点是可以直接测量声压水平。测量机械设备运行过程中产生的噪音后，可以根据结果确定机械故障的部分及其程度。当机械设备运行过程中出现噪声时，可以利用噪声监测和诊断技术对机械设备故障进行诊断，为故障修复提供依据。

3.5专家诊断技术

专家系统作为一种智能化的计算机程序系统，在机械设备的故障诊断和运行状态监测中应用广泛。它充分利用专家的先验知识，通过模拟人类思维的方法，对设备的动态参数变化作出专家级水平的诊断。专家诊断技术特别强调知识库的储备，它可以同时存储不同领域专家的工作经验和相关知识，比如机械工程专业的专家知识、电气工程专业的专家知识等，然后充分发挥计算机强大的记忆存储能力和信息处理能力并建立对应的知识库，从而得到综合多领域知识的专业诊断意见。专家诊断技术作为一种自动化监测技术，可以对大型工程机械群进行统一的状态监测，从而实现集中调度现场工作的功能，大大提高了机械设备运维检修的工作效率，并提高了监测效率和准确性。

结束语

随着化工机械设备故障监测技术和无线传输技术的迅速发展，虚拟仪器技术和物联网技术正慢慢成为机械设备故障监测系统不可或缺的技术支持，在不影响化工机械设备正常运作的情况下，构建基于物联网技术、集无线数据采集和监测的化工设备故障监测系统，不仅可以提高化工企业的生产效率、节省成本，还可以远程实现故障的监测和诊断，成为现代化科技应用的典型案例。

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