PHM應(yīng)用實(shí)例分析：起重機(jī)PHM系統(tǒng)

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起重機(jī)PHM系統(tǒng)框架

起重機(jī)在執(zhí)行任務(wù)的過程中，機(jī)載部分只是將傳感器數(shù)據(jù)、OBD數(shù)據(jù)、工況數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等通過數(shù)據(jù)鏈傳到中心控制站，不能對起重機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控和管理。所以必須依靠控制系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)記錄和分析起重機(jī)及各系統(tǒng)的狀態(tài)，并進(jìn)行狀態(tài)的預(yù)測、故障的檢測和隔離。根據(jù)起重機(jī)的特點(diǎn)，起重機(jī)PHM系統(tǒng)應(yīng)具有數(shù)據(jù)采集和傳輸、數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)監(jiān)測、故障檢測、故障隔離、故障預(yù)測、剩余壽命預(yù)測、部件壽命跟蹤、性能降級趨勢分析和維修計(jì)劃等功能。起重機(jī)PHM系統(tǒng)可設(shè)計(jì)為如圖1所示的框架圖。

• 數(shù)據(jù)采集與處理：系統(tǒng)通過起重機(jī)數(shù)鋸鏈獲取起重機(jī)傳感器數(shù)據(jù)、OBD數(shù)據(jù)、工況數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、遙測數(shù)據(jù)等，包括控制系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)、起重機(jī)各分系統(tǒng)的功能狀態(tài)。然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，通常采用的算法包括：快速傅里葉變換FFT、小波分析或統(tǒng)計(jì)。數(shù)據(jù)經(jīng)過濾波、壓縮簡化處理成為后繼的狀態(tài)監(jiān)測等部分要求的格式。

• 狀態(tài)監(jiān)測：將接受來自數(shù)據(jù)處理、起重機(jī)傳感器以及其它狀態(tài)監(jiān)測模塊的數(shù)據(jù)同預(yù)定的失效判據(jù)等進(jìn)行比較來監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，并且可根據(jù)預(yù)定的各種參數(shù)指標(biāo)極限值來提供故障報(bào)警能力。

• 健康評估：主要評估被監(jiān)測系統(tǒng)的健康狀態(tài)，可以產(chǎn)生故障診斷記錄并確定故障發(fā)生的可能性?；诟鞣N健康狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)以及維修歷史數(shù)據(jù)等，判斷起重機(jī)系統(tǒng)所處狀態(tài)，并將不同的狀態(tài)送入不同的處理模塊，實(shí)現(xiàn)分類診斷與集中決策。

• 故障預(yù)測：該部分綜合利用前述各部分的數(shù)據(jù)信息，參照預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，預(yù)測起重機(jī)各分系統(tǒng)或部件的剩余壽命，對分系統(tǒng)或部件的運(yùn)行趨勢進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)測，當(dāng)其達(dá)到警戒線時(shí)系統(tǒng)發(fā)出警告信息。

• 推理決策：該部分確定系統(tǒng)中未正常工作或故障元件、以及未正常工作或故障的程度，檢驗(yàn)故障元件是否存在潛在的負(fù)面影響，以便在被監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)生故障之前的適宜時(shí)機(jī)采取必要的處理，形成對起重機(jī)的維修建議。

• 接口顯示：該部分具備與其他所有層通訊的能力、狀態(tài)監(jiān)測模塊的警告信息顯示功能以及健康評估、預(yù)測和決策支持模塊的數(shù)據(jù)信息表示功能等。

起重機(jī)PHM系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

起重機(jī)PHM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由用戶層、應(yīng)用層和支撐層組成，采用分布式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測、故障診斷和維修決策等功能。其硬件系統(tǒng)采用模塊式設(shè)計(jì)，即：狀態(tài)監(jiān)測模塊與故障診斷預(yù)測模塊。

狀態(tài)監(jiān)測模塊利用來自傳感器、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的信息進(jìn)行分析判斷，最后輸出對起重機(jī)系統(tǒng)、分系統(tǒng)、關(guān)鍵部件的狀態(tài)報(bào)告信息。模塊設(shè)計(jì)如圖2所示，該模塊由數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理器和數(shù)據(jù)庫組成。數(shù)據(jù)采集器與數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、參數(shù)配置，并對數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理、剔除干擾、特征提取等;狀態(tài)監(jiān)測接口子模塊，提取數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前獲取的數(shù)據(jù)，與閾值庫中的數(shù)據(jù)比較，判定狀態(tài)是否異常。

故障診斷預(yù)測模塊根據(jù)診斷對象故障的特點(diǎn)，利用現(xiàn)有的故障診斷技術(shù)研制而成的自動(dòng)化診斷裝置。起重機(jī)PHM的故障診斷預(yù)測模塊設(shè)計(jì)如圖3所示，該模塊包括：測試模塊、數(shù)據(jù)接口組件、專家系統(tǒng)推理機(jī)等。起重機(jī)PHM故障診斷測試模塊，由自動(dòng)化測試設(shè)備對起重機(jī)各分系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測和全面的數(shù)據(jù)采集，完成測試控制功能。自動(dòng)化測試設(shè)備采用現(xiàn)代流行的VXI總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)，專家系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)共享或網(wǎng)絡(luò)通信的方式獲取自動(dòng)化測試設(shè)備測試數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，調(diào)用診斷知識庫中的知識和規(guī)則進(jìn)行推理，完成起重機(jī)系統(tǒng)的故障診斷和預(yù)測。

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通過大數(shù)據(jù)分析，構(gòu)建故障預(yù)測分析模型，助企業(yè)快速預(yù)測設(shè)備故障，提前預(yù)警，降低設(shè)備維護(hù)成本，減少設(shè)備故障對生產(chǎn)和管理帶來的損失。