CN102707037A - 柴油机润滑油在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柴油机润滑油在线监测系统，系统包括上位机系统和下位机系统，下位机系统包括油液信息监测传感器模块、油液自动循环采集模块、信号解码与调制模块，油液信息归集模块，油液信息监测传感器模块分别与信号解码与调制模块盒油液信息归集模块，信号解码与调制模块与油液信息归集模块连接；本发明可实现柴油机润滑油实时、连续监测与故障预警，其监测与分析结果与柴油机运行状态具有同步性，消除了离线监测人为不确定性影响因素和离线取样检测分析时间滞后的缺点。同时本发明消除单一传感器使用对油液品质评价的不足，实现多信息反映故障特征的互补性特点，提高在线监测与诊断准确度。
Description
技术领域
本发明涉及柴油机摩擦润滑系统状态监测与故障诊断技术领域，特别涉及一种柴油机润滑油在线监测与故障诊断系统。
背景技术
柴油机磨损故障监测实施的油液监测方法目前仍是以离线采集润滑油样分析为主，分析方法包括油液的理化性能分析、基于光谱技术与铁谱技术的磨损颗粒分析等。
柴油机是工业生产重要的动力设备，也是故障率最高的设备之一。据Shell公司最新的报告数据表明：柴油机约35%的运行故障和38.5%的齿轮失效是由于磨损引起的，几乎40%的滚动轴承失效时由于润滑不当产生。柴油机在工作过程中，润滑油起着润滑、减磨、冷却、清洗、减振和防腐等重要作用，但它本身的性质也因受到高温、高压、外部污染物等发生氧化衰变，是造成柴油机故障的原因之一。柴油机润滑油中污染物包括有：零部件的磨损颗粒、积碳、漆膜、腐蚀产物、粉尘、水分、燃油以及油泥等各类氧化产物。这些污染物一方面加速润滑油的变质，使润滑油失去对摩擦副表面的润滑减磨功能；另一方面固体颗粒污染物被润滑油带入摩擦副表面，加速摩擦副表面的磨粒磨损，使柴油机在较短的时间里发生磨损性故障而停机。可见，柴油机在用润滑油作为一种信息载体，其自身蕴藏着丰富的来自各运动副表面的摩擦学状态的信息。对其性能及所携带的磨损产物的监测分析，可有效地评价柴油机的磨损状态。油液监测技术通过取样分析来检测柴油机在用润滑油，获得润滑油性能和磨损产物（磨粒）所反映的磨损特征信息，能有效地评价柴油机各摩擦副构件的磨损状态。
目前工业应用的柴油机润滑油监测仍采用定期取样监控为主，定期取样不可能及时送到各专业检测实验室分析评价，延误对柴油机故障的判定，尤其是各类船舶或舰艇采用的船舶柴油机，工作性质属离岸作业方式，具有流动性强的特点。为了减少柴油机的维修费用，防止突发性油液事故，要求对柴油机运行过程进行实时在线监测，并根据监测信号分析其运行状态，判断是否存在故障，故障严重程度及采取何种对策。在线监测是指在柴油机运行过程中对润滑油实时、连续的监测并及时动态地获取柴油机的润滑磨损等状态信息，达到柴油机实时润滑磨损状态监测与故障诊断目的。柴油机润滑系统的在线监测消除了离线油液检测的人为不确定性因素，取样和检测几乎同时进行，并能及时为维护人员提供柴油机系统的润滑磨损实时状态，保障各类柴油机运行安全。
目前，润滑油在线监测在技术上包括监测方法和监测装置，国内外大部分是采用监测润滑油单一的性能指标如黏度、水分或油中携带的颗粒物质等传感器使用，均无法完成润滑油多信息采集与数据融合对比分析，无法实现故障原因及类型判别等，对柴油机故障油液在线监测的准确率并不高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种消除离线监测人为不确定性影响因素和离线取样检测分析时间滞后缺点的柴油机润滑油在线监测系统。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明柴油机油液在线监测系统，包括上位机系统和下位机系统，所述下位机系统包括油液信息监测传感器模块、油液自动循环采集模块、信号解码与调制模块，油液信息归集模块，所述油液信息监测传感器模块分别与油液自动循环采集模块和信号解码与调制模块连接，所述信号解码与调制模块与油液信息归集模块连接；
油液信息监测传感器模块，用于根据柴油机油的特征及工况采集润滑油理化特征参数及所携带的各摩擦副磨损特征信息；
油液自动循环采集模块，用于实时采集柴油机回油管路润滑油，解决油液实时分析代表性问题；
信号解码与调制模块，用于将传感器监测到的润滑油理化特征参数的原始特征电平信号进行解码与调制，校验位进行有效电平信号的转换，得到需要的润滑油理化参数；
油液信息归集模块，用于将油液信息监测传感器模块测得的单一特征信息归集到同一数据格式。
优选的，所述油液信息监测传感器模块包括油液黏度传感器、水分传感器、油质传感器以及磨粒监测传感器。
优选的，所述油液自动循环采集模块包括顺序连接的定压阀、功能油池、微量泵以及与功能油池连接的控制阀。
优选的，所述油液信息归集模块通过工业级PC104和嵌入的归集程序实现多重数据的格式归集与传输。
优选的，所述上位机系统包括油液在线监测与诊断系统、显示报警装置以及打印输出装置，所述油液在线监测与诊断系统包括油液在线监测与诊断单元；所述显示报警装置以及打印输出装置均与油液在线监测与诊断单元连接，所述在线监测与诊断单元，用于对实时获取的润滑油特征数据和归集数据进行对比分析处理、实时故障预警显示，实时的监测与诊断结果记录，并能根据需要形成综合的监测与诊断分析报告。
优选的，所述油液在线监测与诊断单元包括参数设置模块、实时监测模块、数据分析处理、实时显示，包括在线磨粒图像显示，以及数据存储与查询。
优选的，所述油液在线监测与诊断单元包括用于连接本在线监测系统各功能模块和显示实时的柴油机润滑系统状态，实现人机交互的监测主界面模块。
优选的，所述监测主界面模块包括功能模块和状态显示模块，所述功能模块包括参数设置模块、实时监测模块、实时趋势模块、融合诊断模块以及数据库模块；
参数设置模块，用于本系统相关采集的参数设置；
实时监测模块，用于实时显示被监测柴油机润滑油各理化参数、在线磨粒图像及磨损浓度等特征信息，并给与基于当前数据的润滑油理化指标评价和柴油机磨损状态评价；
实时趋势模块，用于对系统记录的历史监测数据包括当前数据实时给予状态趋势显示，并给予诊断分析结论和处理建议；
融合诊断模块，用于对系统监测到的柴油机油的各理化参数和磨损特征参数进行融合分析诊断，并根据所内置的柴油机特征知识库给予柴油机故障评价；
数据库管理模块，用于实现柴油机被监测数据和报警事件的存储、查询、显示和导出。
优选的，所述状态显示模块包括滑油黏度显示、滑油含水率显示、滑油油质显示、磨粒浓度显示以及实时磨粒浓度显示。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明对柴油机这样的关键设备的摩擦润滑系统能实时、连续监测与故障预警，其监测与分析结果与柴油机运行状态具有同步性，消除了离线监测人为不确定性影响因素和离线取样检测分析时间滞后的缺点。
2、本发明专利采样多种油液在线监测传感器集成监测润滑油特征信息和所携带的磨损信息，消除单一传感器使用对油液品质评价的不足，充分利用柴油机润滑油多种理化特征信息和磨损信息，实现多信息反映柴油机故障特征的互补性特点，提高在线监测与诊断准确度。
3、本发明润滑油在线监测系统融合了传感器信息采集与处理技术、计算机编程技术和设备状态监测与故障诊断技术等实现对柴油机这样的关键设备的多状态参量的实时监测与预警诊断。系统自动实现对油液多参数的采集、特征融合分析与状态评价，及时给出诊断建议，从而有效地避免柴油机在运行过程中的重大故障发生。
附图说明
图1是本发明柴油机润滑油在线监测系统的结构示意图；
图2是本发明柴油机润滑油自动循环采集模块示意图；
图3是本发明柴油机润滑油在线监测与诊断单元模块示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本实施例一种柴油机润滑油在线监测系统，包括上位机系统和下位机系统，其特征在于，所述下位机系统包括油液信息监测传感器模块、油液自动循环采集模块、信号解码与调制模块，油液信息归集模块，所述油液信息监测传感器模块分别与油液自动循环采集模块和信号解码与调制模块连接，所述信号解码与调制模块与油液信息归集模块连接；
油液信息监测传感器模块，用于根据柴油机油的特征及工况采集滑油理化特征参数及所携带的各摩擦副磨损特征信息；
油液自动循环采集模块，用于实时采集柴油机回油管路润滑油，解决油液实时分析代表性问题；
信号解码与调制模块，用于将传感器监测到的润滑油理化特征参数的原始特征电平信号进行解码与调制，校验位进行有效电平信号的转换，得到需要的润滑油理化参数；
油液信息归集模块，用于将油液信息监测传感器模块测得的单一特征信息归集到同一数据格式，数据包分解传输并进行数据校验，有效解决特征数据传输过程中的粘包问题，为油液在线监测与诊断单元提供稳定可靠的实时监测数据。
如图2所示，所述油液信息监测传感器模块包括油液黏度传感器、水分传感器、油质传感器以及磨粒监测传感器等，用于采集润滑油理化特征参数及所携带的各摩擦副磨损特征信息。
所述油液自动循环采集模块包括顺序连接的定压阀、功能油池、微量泵以及与功能油池连接的控制阀；用于实时采集柴油机回油管路润滑油，这些润滑油刚经历过柴油机各摩擦副，携带了当前各润滑构件的磨损信息，具有典型实时分析的代表性。
所述油液信息归集模块通过工业级PC104和嵌入的归集程序实现多重数据的格式归集与传输。
所述上位机系统包括油液在线监测与诊断系统、显示报警装置以及打印输出装置，所述油液在线监测与诊断系统包括油液在线监测与诊断单元；所述显示报警装置以及打印输出装置均与油液在线监测与诊断单元连接，所述在线监测与诊断单元，用于对实时获取的润滑油特征数据和归集数据进行对比分析处理、实时故障预警显示，实时的监测与诊断结果记录，并能根据需要形成综合的监测与诊断分析报告。
所述油液在线监测与诊断单元包括参数设置模块、实时监测模块、数据分析处理、实时显示，包括在线磨粒图像显示，以及数据存储与查询。
所述油液在线监测与诊断单元包括用于连接本在线监测系统各功能模块和显示实时的柴油机润滑系统状态，实现人机交互的监测主界面模块，能根据系统设置的各参数与采集周期自动发送指令，进行柴油机润滑油黏度、水分、油质以及在线磨粒图像、磨损浓度等重要信息的实时监测、信息提取与记录、实时的融合分析处理与结果显示，对实时油品监测到的黏度、水分、油质以及磨损浓度等给予超限报警和事件状态记录，并能根据需要形成综合的监测与诊断分析报告，并通过打印输出装置打印输出。
如图3所示，所述监测主界面模块包括功能模块和状态显示模块，所述功能模块包括参数设置模块、实时监测模块、实时趋势模块、融合诊断模块以及数据库模块；
参数设置模块，用于本系统相关采集的参数设置，如油液流量、压力、磁势、监测周期等；
实时监测模块，用于实时显示被监测柴油机润滑油各理化参数、在线磨粒图像及磨损浓度等特征信息，并给与基于当前数据的润滑油理化指标评价和柴油机磨损状态评价；
实时趋势模块，用于对系统记录的历史监测数据包括当前数据实时给予状态趋势显示，并给予诊断分析结论和处理建议；
融合诊断模块，用于对系统监测到的柴油机油的各理化参数和磨损特征参数进行融合分析诊断，并根据所内置的柴油机特征知识库给予柴油机故障评价；
数据库管理模块，用于实现柴油机被监测数据和报警事件的存储、查询、显示和导出。
所述的状态显示区用于实时显示柴油机滑油黏度、滑油含水率、滑油油质、磨粒浓度、实时磨粒图像信息；滑油黏度、滑油含水率、滑油油质和磨粒浓度以实时监测数字和红、绿、黄三种状态指示灯显示，实时磨粒图像用于显示当前状态下的润滑油铁磁性金属颗粒的尺寸、形状及分布特征，所述状态显示模块包括滑油黏度显示、滑油含水率显示、滑油油质显示、磨粒浓度显示以及实时磨粒浓度显示。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种柴油机润滑油在线监测系统，包括上位机系统和下位机系统，其特征在于，所述下位机系统包括油液信息监测传感器模块、油液自动循环采集模块、信号解码与调制模块，油液信息归集模块，所述油液信息监测传感器模块分别与油液自动循环采集模块和信号解码与调制模块连接，所述信号解码与调制模块与油液信息归集模块连接；
油液信息监测传感器模块，用于根据柴油机润滑油的特征及工况采集润滑油理化特征参数及所携带的各摩擦副磨损特征信息；
油液自动循环采集模块，用于实时采集柴油机回油管路润滑油，解决油液实时分析代表性问题；
信号解码与调制模块，用于将传感器监测到的润滑油理化特征参数的原始特征电平信号进行解码与调制，校验位进行有效电平信号的转换，得到需要的润滑油理化参数；
油液信息归集模块，用于将油液信息监测传感器模块测得的单一特征信息归集到同一数据格式。
2.根据权利要求1所述的柴油机润滑油在线监测系统，其特征在于，所述油液信息监测传感器模块包括油液黏度传感器、水分传感器、油质传感器以及磨粒监测传感器。
3.根据权利要求1所述的柴油机润滑油在线监测系统，其特征在于，所述油液自动循环采集模块包括顺序连接的定压阀、功能油池、微量泵以及与功能油池连接的控制阀。
4.根据权利要求1所述的柴油机润滑油在线监测系统，其特征在于，所述油液信息归集模块通过工业级PC104和嵌入的归集程序实现多重数据的格式归集与传输。
5.根据权利要求1所述的柴油机润滑油在线监测系统，其特征在于，所述上位机系统包括油液在线监测与诊断系统、显示报警装置以及打印输出装置，所述油液在线监测与诊断系统包括油液在线监测与诊断单元；所述显示报警装置以及打印输出装置均与油液在线监测与诊断单元连接，所述油液在线监测与诊断单元，用于对实时获取的润滑油特征数据和归集数据进行对比分析处理、实时故障预警显示，实时的监测与诊断结果记录，并能根据需要形成综合的监测与诊断分析报告。
6.根据权利要求1所述的柴油机润滑油在线监测系统，其特征在于，所述油液在线监测与诊断单元包括用于连接在线监测系统各功能模块和显示实时的柴油机润滑系统状态、实现人机交互的监测主界面模块。
7.根据权利要求6所述的柴油机润滑油在线监测系统，其特征在于，所述监测主界面模块包括功能模块和状态显示模块，所述功能模块包括参数设置模块、实时监测模块、实时趋势模块、融合诊断模块以及数据库模块；
参数设置模块，用于本系统相关采集的参数设置；
实时监测模块，用于实时显示被监测柴油机润滑油各理化参数、在线磨粒图像及磨损浓度等特征信息，并给与基于当前数据的润滑油理化指标评价和柴油机磨损状态评价；
实时趋势模块，用于对系统记录的历史监测数据包括当前数据实时给予状态趋势显示，并给予诊断分析结论和处理建议；
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数据库管理模块，用于实现柴油机被监测数据和报警事件的存储、查询、显示和导出。
8.根据权利要求6所述的柴油机润滑油在线监测系统，其特征在于，所述状态显示模块包括滑油黏度显示、滑油含水率显示、滑油油质显示、磨粒浓度显示以及实时磨粒浓度显示。
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