基于PLC的船舶机械故障检测方法优化设计

2020-05-11林型平

中国修船 2020年2期

关键词：机械故障轴系部件

林型平

(浙江国际海运职业技术学院，浙江舟山 316022)

目前，船舶机械故障的检测大都是由专业人员经过长距离船上移动而实现的，这种方法不仅仅浪费时间和人力、物力资源，而且在检测的过程中很可能会因为误判导致停机，给船东带来严重损失，也会给船舶维修工作带来极大的困难[1]。

1 船舶机械故障检测方法设计要求

针对传统船舶机械故障很难精准判断以及误判可能导致停机的问题，本文从船舶机械故障检测方法的设计要求出发[2-3]，设计出一种可以精准判断的远程检测方案。

船舶机械故障检测方法设计要求具体有以下几点：①操作简单，实用方便；②测量精准，实用性强；③安全系数高；④经济性良好，节约成本。

2 船舶机械故障检测方法的优化设计

依据要求分析，设计出一种可以精准判断船舶机械故障的远程检测方案，检测判断流程图如图1所示。

由图1知，安装在船舶上的柴油机传感器、轴系推进器传感器、发电机组传感器、自动化系统传感器、传动装置传感器以及船用泵和管路系统传感器，均与可编程逻辑控制器(PLC)控制系统直接相连，机械传动各机构中的传感器可以采集机体各部分参数，如位移、震动频率、震动幅值及角度偏差等数据，PLC控制系统接收各传感器的采集信息，进行模数转化处理，并将这些数据传输到PLC控制系统的采集端。

图1 船舶故障检测判断流程图

对采集端信息进行收集、处理各机构传感器的信息，PLC控制系统与工作主机直接相连，具有反馈和调节的作用。工作主机将PLC控制系统处理过的传感器信息进行打包、压缩处理后，与远程逻辑服务端进行数据编辑交接。

远程逻辑服务端与发射端通信设备连接，发射端通信设备采用GPRS收发通信模块将信息发出，接收端通信设备通过GPRS收发通信模块接收发射端发出的信息,并将这些信息输送给远程主机。远程主机的处理器对信息分析整合、归纳总结，并对上述数据实施监控、记录、存储及对比分析。

工作人员接收到信息后，进行分析处理，具体的处理方法如下。

1)工作人员将机械零部件正常运行的工作状态预存入数学模型中，数学模型可以很好地反馈不同的部件(如轴承、叶轮等)在正常磨损情况下的震动信息，当这些部件非正常受损或正常磨损超过极限值时，这些信息的振幅、频率会发生变化。

2)将远程主机中所接收到的零部件运行状态图形与系统中预设的数学模型信息进行比较；通过比较在线实时显示和分析机组信息，如趋势图、极坐标图、轴中心线图、偏心数据、gSE频谱图、轴心轨迹、频谱图、谱阵图、时域波形、动态图形显示界面等这些变化信息，进行识别和定位部件的损坏数量及损坏情况，例如不平衡、不对中、松动及磨损等。

远程主机的工作人员会根据设备初始运行记录及历史数据的积累，建立各个机组的报警方式和预设报警值；某些机构一旦发生异常或有缺陷，将会自动给出报警提示。同时，远程主机处理系统也可以通过遥控船舶工作主机的PLC控制系统，对一些故障进行远程诊断及处理，也可以通过与现场人员的配合实现远程维修。

3 船舶机械故障检测方法的试验分析

检测船舶机械在运行过程中各种参数，通过对比来判断机构部件是否发生异常，下面以其中一个机构部件为例，来论证这种方法的可行性。原理为测量该部件的实时工作频率、振幅及转速并记录，通过与该部件的原有系统参数对比，来判断该部件是否正常运作，实时数据的记录及分析见图2、图3、图4、表1。

图2 系统构件正常运作的振幅频率图

图3 系统构件异常运作的振幅频率图

图4 机构部件运作的转速示意图

表1 机构部件运作的转速

图2所示为船舶机械液压轴系部件运行的振幅频率图，液压轴系部件随着机械长时间的运转，会产生一些损耗，频率也会发生相应的变化，其中实线表示船舶机械液压轴系部件正常损耗运行的振幅频率图，虚线表示轴系部件运行频率趋势图。图3所示为船舶机械液压轴系部件异常运行的振幅频率图，其中实线表示船舶机械液压轴系部件异常损耗运行的振幅频率图，虚线表示轴系部件运行频率趋势图。

图4表示轴系液压机构部件运作的转速示意图，图中点划线表示液压机构正常运作的转速示意图，细实线表示液压机构部件异常运作的转速示意图，由于发生磨损或者发生故障导致转速时快时慢，虚线表示液压机构部件在受磨损或异常运作时的转速波动趋势图。

工作人员通过综合分析以上图表，可以直观清晰的判断机构部件是否出现故障，以及出现故障的位置，此外，工作人员的处理系统也可以通过遥控船舶工作主机的PLC控制系统，远程诊断及处理一些故障，还可以通过与现场人员的配合实现远程维修。