在线监测和离线检测在油液实际应用中的互补性研究

钟伟龙

（深圳市亚泰光电技术有限公司，广东 深圳 518100）

油液离线试验是一种具有较长历史的试验方法，最早于1963 年由广州发动机厂首家润滑与密封试验室引进，在我国已发展了60 余年，技术较为成熟，主要是对设备的油品进行取样，送到实验室进行试验，以确定设备的污染与消耗状况，并给出相应的改进意见，但其无法获得或反馈相关的油品参数。而在线油液监测技术则是一项新兴的检测技术，是为适应大规模、自动化、多功能化的需要而产生的一种新型检测技术。它可以对设备进行实时的监测，并对油液监测信息进行迅速的反馈，在后台可以通过数据进行智能诊断，对设备的状态进行简单的初步判断，如油液进水、油液受污染、设备磨损等。随着5G 通讯技术的快速发展，油品在线监测系统的实时数据反馈速度将大大加快。

1 油液离线检测技术

离线检测技术中针对润滑剂性能和磨损颗粒的分析，主要有原子光谱分析（发射光谱、X—荧光能谱、吸收光谱等）、红外光谱分析、理化指标分析、铁量指标分析、铁谱分析和污染度测试等技术手段。针对一个油样，通过离线检测技术可以获得上百项技术指标。对油液理化性能分析可以准确了解设备润滑状态；铁谱分析可以获得有关磨粒和润滑系统等重要信息；对油液光谱分析不仅可以有效测定设备润滑系统中油液磨损颗粒的成分和含量，也可以准确地检测油液中添加剂情况、油液污染程度和衰变过程。因此，离线检测可以多方位判断机械设备运行状况及趋势。

离线检测的优势：离线检测在油液的实际应用中发挥着重要作用，但同时也存在一些问题，这就需要我们能够选择合适的检测方法，实现对设备状态的实时监测，以达到对设备维护和管理的目的。离线检测与在线检测都是通过定期对油液进行取样分析，了解油液的劣化程度，进而判断设备是否需要进行维护。不同的是，离线检测不需要对油品进行取样分析，但需要对油液进行在线监测。离线检测需要检测油液中的污染物以及其他指标，这些指标与设备故障之间存在密切联系。在线检测主要通过检测油品中的元素含量来判断设备是否存在故障。离线监测和在线监测都具有很大的优势，但离线检测能够获得更多有效信息。例如，离线检测能更加精确地掌握油品劣化程度；离线检测可以更加全面地了解设备的状态信息；离线检测可以为设备提供更有针对性的维护策略。此外，离线监测不会影响正常生产和工作；离线检测能够降低维护成本。因此，我们应该根据具体情况选择合适的离线监测方法来对设备进行管理，这样才能达到减少损失、降低成本、提高效率的目的。

2 油液在线监测技术

2.1 在线监测系统的组成

本研究拟以油液在线监测技术为研究对象，以黏度、含水量、介电常数等多种油品及磨粒成分的实时监测为研究对象，构建传感器校准及应用技术体系，并以该技术为基础，对监测装置进行一体化研发，构建能够进行数据远程采集、传输的信息系统。在线监测系统主要包括了下位机模块、通信模块、上位机模块等内容：（1）下位机模块主要包括多参数在线油液集成监测装置、控制板系统，它可以实现对设备油液润滑与磨损状态数据的实时、持续采集。（2）通讯部分，包含控制部分，实现了对系统的实时信息的传递。（3）PC 模块，主要包括PC 和显示器，PC 对采集的数据进行实时分析，并以显示器的形式将监测数据和分析和诊断的结果展示给用户。该在线监测系统的具体构成见图1。

图1 在线监测系统的组成

近年来，随着信息技术与人工智能技术的飞速发展，以油为基础的装备状态监测面临着前所未有的发展机会，为实现装备的在线监测提供了可能。在工业生产中，广泛应用的传感器有磨粒检测传感器、油污检测传感器、油液黏度检测传感器、水分检测传感器等。各种传感器的监测功能各不相同，同一种传感器的工作原理不同，监测的效果也就不一样。主要有三种类型，即英国吉尔（Gill）的吸收式金属磨损传感器、贺德克（MCS1000）的金属磨损传感器、加拿大（Gastops）的金属磨损传感器、POSEIDON（DM4600）的金属磨收式传感器、KEYENCE（超声波）传感器、华源（赤峰）的新型磨收式传感器、北京（航峰）的直流式磨损传感器等。一般情况下，在线监测仪是以安装现场的实际情况及客户的需求为依据，实现系统集理化、污染度等多参数传感器监测于一体集中使用的，它本身所具有的优势，使得在线监测技术得到了迅速的普及和应用。郭毅斐等人认为，在航空航天系统中，油液在线监测技术可以实时、动态、连续地获得液压油、润滑油、燃油等油液的数据，减少人为采样的误差，从而解决了传统的离线检测方法存在的不足。为了防止盾构机出现事故，保障盾构机的安全性，中铁十四局提出了一种利用工业互联网技术，实现对盾构机的在线监测，降低因事故造成的事故损失，推动盾构机管理向数字化和智能化方向发展。孟晓亮指出，加强对大型养护机械液压油污染程度的实时监测，是保证大型养护机械液压系统稳定运行的关键。因此，在不同的行业中，可以采用油液在线监测技术，并取得明显的成效。

2.2 在线监测的局限性

油液在线监测技术由于其对设备运行状况的实时监测，而被广泛应用于工业生产。然而，由于油液在线监测系统本身固有的一些局限性，它并不能完全满足工业生产的需求。油液在线监测系统是在设备运行时进行实时检测，而设备运行时往往无法准确地检测到所有的参数。由于油液在线监测系统是通过对设备中的油液进行取样并使用特定的设备和方法来对油液中的各种参数进行监测，因此，对于某些特定的参数，需要使用特殊的仪器和方法。

（1）取样错误。在油液在线监测系统的取样过程中，如果取样方法不正确，可能会导致油液分析结果的错误。例如，由于没有正确地取样或错误地取样，导致油液分析结果中含有杂质或其他杂质，这些杂质可能会影响设备的正常运行。如果油液中含有水分，则会影响设备的冷却能力。因此，在油液在线监测系统的取样过程中，应特别注意油液的取样。由于取样是在设备运行时进行的，因此不能完全避免由于设备运行时产生的振动和温度变化等因素所导致的错误。当振动和温度变化引起油液中油样水分含量变化时，由于油样中水含量较高，因此会导致分析结果出现较大误差。（2）取样不规范。设备在线监测是对设备的运行状态进行实时监测，并能在运行过程中对设备的故障做出快速、准确的诊断。然而，由于在线监测系统本身的局限性，很难在短时间内对设备运行状况进行准确的判断，而为了判断设备状态，要对设备进行取样。然而，由于设备在线监测系统采用人工采样或手工操作方式进行取样，因此很难保证所取样品的代表性和准确性。同时，由于人为操作不规范，可能会导致一些样品中混入其他杂质中、混入了部分水分等。①在油液在线监测系统取样时，操作人员可能会随意抽取样品，而这种随意抽取样品的方式可能会导致某些样品中混入其他杂质或水分等。②在取样时，操作人员可能会通过肉眼观察油液在线监测系统取样后所取样品的外观及颜色来判断样品是否合格，这种主观判断方式也可能会导致某些样品中混入其他杂质或水分等。③由于不同的厂家和不同的型号的油液在线监测系统所使用的取样方法和仪器设备不同，因此在实际操作时可能会导致某些样品中混入其他杂质或水分等。

3 在线监测与离线检测的优缺点

在线监测主要是指在设备运行过程中，对润滑油的性能进行实时监测，包括水分、机械杂质、颗粒污染、温度、压力等。这些信息对于判断设备是否运行正常是非常重要的，因此，在润滑油使用过程中，在线监测是一个非常重要的环节。在线监测可及时发现润滑油的性能劣化情况，当润滑油的性能发生劣化时，可以及时采取措施避免设备出现故障。在线监测主要有以下优点：（1）实时性强，可及时发现油品劣化情况；（2）数据准确性高，数据可准确记录和保存；（3）对设备运行状态的实时掌控（远程诊断：有线/无线传输，后台自动预警），可根据数据及时调整运行状态；（4）能够获得多个参数值之间相关性，可提高故障诊断效率；（5）在线监测在使用过程中也存在一些缺点：①监测周期较长，无法实时判断油品性能的变化；②不能保证油液中的污染物不超标。

离线监测主要采用定期采样的方式，将采集的油样送到相应的理化实验室进行分析，判断油液的质量状态和使用寿命。这种方式可以较全面地获得所需的油样参数，这对于设备磨损状态及油品状况都能做出更加准确的判断。但其缺点也是比较明显的。离线需要将固定油样取出进行处理，对实验室设备、环境要求都比较高，实验室的检测耗时较长，也将延误油质的判断与措施实施。由于离线检测技术只能测量单个参数的变化情况，因此无法为工业生产单位提供多个参数的变化情况。因此，离线检测技术无法获得设备运行过程中多个参数之间的相关性。仪器也是比较昂贵，风电机组不能取样进行周期检测，这都是离线检测的局限性。相对来讲，准确性成了离线检测的唯一优点。

4 在线监测和离线检测在实际应用中的互补性

根据统计，在对定期送检的油样进行离线检测的过程中，分析结果没有显示出异常值的有50%，油品开始被污染或出现异常磨损颗粒的有45%，而检测出严重问题的只有5%。所以，单纯依靠离线测试来判断机器的运行状况，将耗费很多不必要的人力、物力和财力。然而，作为一项新兴的技术，油液在线监测技术得到了快速的发展。然而，因为高的传感器灵敏度以及工业现场的实际误差，使得在线监测系统在设备正常运转的前提下，会引发一系列的异常报警。此外，仅仅依靠在线监测技术，也只能够得到一部分的油液信息，无法精确地推断出设备的故障信息。在这样的条件下，如果需要进行停机维修，不但会浪费大量的不必要的资源，还会对设备的生产效率造成不利的影响。

根据离线与在线监测技术的优点与不足，选用合适的在线监测装置，对机器进行实时监测，在发出警告信号后，首先，对警告信号进行判定，如果警告信号的数值迅速或经过一段时间后回到了正常的阈值，说明机器仍处于正常运转，这时，再对相应的机器关键部位的油样本进行离线监测，得到准确可靠的油监测数据，从而判断机器的油参数在实际工况中的变化情况，并判定机器的重要零件是否需要预先维修。如果系统监测到的预警信息值继续在一个不正常的区域中变化，那么，该机械设备就必须停止运行进行检修，并在相应的设备的重要位置上收集相应的油样，并对其进行离线检查，找出导致油液指数出现异常的主因，从而有针对性地对其进行维修。

5 结语

在传感器的监测精度不断提高的同时，通信技术也得到了快速的发展，从而进一步提高了在线监测技术的实时性和准确性，同时，离线检测技术也朝着自动、精密的方向发展，从采集的油液中，可以得到更丰富的数据信息。将在线与离线相结合，可以更快速、更准确地获得装备状态下的油液状态，从而实现装备状态的精确诊断，从而实现装备状态的精确维修，并将装备状态的失效损失降到最低。在国家高度关注的背景下，新一代信息技术与制造业相结合的背景下，装备油液在线监测技术将被广泛应用于各个行业，同时，在线监测所收集的数据和离线测试所得到的数据，将为装备的远程监测和智能化维护提供重要的数据支持，持续推进装备的数字化转型。