船舶内燃机远程状态监测与故障诊断系统

唐剑晨

摘要：内燃机是船舶重要动力设备，其工作环境较恶劣，易出现故障，若维修管理不到位，则造成巨大经济损失与环境污染。据此，以船舶内燃机监测诊断的常用方法分析为切入点，介绍了基于现场总线技术、信息关联处理的船舶内燃机远程状态监测与故障诊断系统，并探讨不同层次信息联系的实现方法，以期为做好船舶内燃机远程状态监测与故障诊断工作奠定基础。

Abstract： The internal combustion engine is an important power equipment for ships， and its working environment is harsh and easy to malfunction. If the maintenance and management are not in place， it will cause huge economic losses and environmental pollution.Based on this，taking the analysis of common methods of monitoring and diagnosis of marine internal combustion engines as the starting point， this paper introduces the remote state monitoring and fault diagnosis system of marine internal combustion engines based on fieldbus technology and information related processing， and discusses the realization methods of different levels of information connection， in order to do a good job in marine internal combustion engines. Lay the foundation for remote condition monitoring and fault diagnosis.

關键词：船舶内燃机;远程状态监测;故障诊断;信息联系

Key words： ship internal combustion engine;remote state monitoring;fault diagnosis;information contact

中图分类号：U672.7+3                                  文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）15-0127-02

0  引言

基于信息科学技术发展，船舶系统发展体现出高性能化、结构复杂化等特征。出于船舶系统安全保障考虑，对船舶内燃机进行远程状态监测与故障诊断具有现实意义[1]。据此，以常用监测与诊断方法为切入点，介绍远程状态监测与故障诊断系统的网络结构与软件构成，并通过信息关联处理，解决监测点多、诊断难等问题，为现代船舶内燃机远程状态监测与故障诊断系统快速向集成化、综合化方向发展提供推动力。

1  船舶内燃机监测诊断的常用方法

具体而言，船舶内燃机，特别是柴油机类型的远程状态监测与诊断方法主要有四种，具体如表1所示。

表1分析可知，各类方法的实际应用，在精准性、可靠性等方面存在不同程度缺陷，为提升船舶柴油机远程状态监测与故障诊断系统可靠性、精准性，提出基于现场总线技术与信息联系的系统[2]。

2  远程状态监测与故障诊断系统构成

2.1 网络结构

图1为系统的网络结构，在实际应用中，可以通过独立测控功能仪表、局部融合诊断功能仪表数据显示，实现柴油机的故障监测。同时，该系统基于总线网络Infranet将仪表上的实时信号传送至船舶信息中心计算机中，实现精准故障监测与故障诊断[3]。

图1分析可知，底层现场网由CAN总线构成，现场总线信息在该层进行融合，并得出监测与故障诊断结论。同时，该系统有独立显示与报警功能，可以实现故障报警操作[3]。通过海事卫星的信号发射，船舶中心可以通过网络服务器，调取船舶柴油机故障诊断历史数据，并进行二级诊断和信息融合。最终，专家可以借助网络访问远程诊断点，对相关信息进行三级融合和诊断，实现对柴油机故障点精确诊断。

2.2 软件构成

该系统的软件采用“客户—服务器”结构（图2所示），包括内燃机故障监测与故障诊断系统、船公司机务部门诊断与决策两部分。其中，内燃机故障监测与故障诊断系统分为信息采集模块、特征分析模块、信息管理与处理模块;船公司机务部门诊断与决策系统分为声振信号监测与故障诊断模块、瞬时转速监测与故障诊断模块等[4]。通过对各模块的信息数据整合，船公司机务部门可以实现历史数据库、实时数据接口等融合，为船舶运行状况分析和维护管理计划的科学制定提供技术支撑，并能够为航行中的船舶柴油机故障进行判断和应急维修[5]。在此基础上，该系统的实际应用可以结合专家建议，完成高层维修决策，为船舶柴油机维护与管理提供远程指导。

在该系统应用过程中，涉及到信息数据的录入、修改、存储等。基于数据模块的应用，可以实现船舶柴油机故障特征，保证柴油机被系统有效故障监测和故障诊断，以此形成信息二次融合結果，最终精准判断出船舶柴油机具体故障问题，为船舶柴油机故障维修与管理提供科学、合理方案。

3  船舶柴油机涡轮增压系统故障分析

3.1 基于信息关联的故障分析

船舶柴油机故障监测与故障诊断系统是一个具有多传感器的系统，在该系统中，单独传感器无法对柴油机故障提供全面、科学合理的诊断信息[6]。据此，应对各传感器的信息进行融合，并对传感器、故障等内容进行关联（如图3所示），以此确定柴油机具体故障点和故障问题。

图3所示分析可知，信息关联处理对传感器所提供的数据信息进行整理，并提取相应的特征向量，随后针对提取的特征向量进行一次融合，并得出局部诊断结果。为科学、合理地判断柴油机故障情况，并提出具有指导性的建议，相关工作人员可以根据船舶提供的远程状态监测信息与故障诊断信息，对故障点进行判断，从而实现三级信息的联系与融合[7]。

3.2 涡轮增压系统常见故障诊断

基于上述系统分析，当系统显示增压压力下降时，压气机效率或涡轮效率也会下降，最终出现涡轮输出功率减小的情况;当系统显示空气冷却器故障时，柴油机排气温度相对增高，燃油的消耗率也会增高;当系统显示涡轮保护格栅堵塞时，压气机的转速会下降，柴油机的耗油率增加……在实际工作中，相关工作人员应注重该系统的深度应用，以及时判断和处理柴油机故障，从而保障船舶运行安全。

4  船舶内燃机远程状态监测与故障诊断系统发展趋势

结合上述分析可知，船舶内燃机远程状态监测与故障诊断系统将在信息技术发展的支持下，向智能化、融合化方向发展。智能化发展方面，当前的人工智能技术发展愈加成熟，且在各领域中的应用不断深入，有利于对具有复杂性的船舶内燃机运行状态、故障进行监测和判断[8]。融合化发展方面，船舶内燃机远程状态监测与故障诊断系统中数据库的应用有利于提升故障诊断的精准性。通过数据与技术的融合，可以在提升数据信息应用效率的基础上，为远程状态监测与故障诊断提供有力依据。

5  结束语

网络技术、故障诊断技术的应用为提升设备使用安全等提供强大的技术支持。特别是在船舶行业中，远程状态监测与故障诊断系统的应用，对海洋事业及经济发展具有重要意义。具体实践中，相关工作人员应对有效监测与故障诊断技术进行深度分析，并结合该系统的发展趋势，不断推动网络技术、信息关联融合技术、状态监测技术、故障诊断技术等先进技术的融合，以此推动船舶内燃机远程状态监测与故障诊断系统更高质量发展。

参考文献：

[1]张海涛.船舶双燃料发动机故障诊断系统优化研究[J].舰船科学技术，2020，42（04）：80-82.

[2]张海涛.基于在线油液监测的船舶发动机故障分析[J].机械设计与制造工程，2020，49（03）：117-120.

[3]朱彩霞，徐江海.基于云计算的舰船远程监测系统故障诊断方法[J].舰船科学技术，2020，42（22）：179-181.

[4]靳良真.船舶内燃机远程状态监测与故障诊断系统[J].设备管理与维修，2020（20）：179-180.

[5]吴刚，江国和，楼海军，等.基于缸内压力重构的船舶柴油机燃烧起终点识别[J].上海海事大学学报，2019，040（001）：71-76.

[6]康兴，李维波，余万祥，等.某舰用变压器在线监测与故障诊断系统研究[J].中国舰船研究，2019，014（004）：147-154.

[7]王建刚.基于分布式网络的远程监测与诊断系统设计与实现[J].现代雷达，2019，41（12）：90-93.

[8]张志刚，邓小飞，周军.神经网络算法在船舶柴油机远程故障诊断系统的研究[J].舰船科学技术，2019，41（16）：101-103.