CN107168201A - 一种发动机试验台架的实时监测设备运维管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发动机试验台架的实时监测设备运维管理系统，属于设备维护和故障诊断领域，本发明提供一种具备在线监测、维护管理的发动机实验台架系统，包括硬件模块、试车台架在线监测模块、基于Web的生产设备运维管理模块。本发明可以实现对试车台架进行多参数、多通道数据在线监测，同时采用数据库技术，实现发动机测试过程的实时归档，集存储、显示、管理、分析于一体的完善统一的管理平台，通过分析试车台架八种不同故障，克服了现有数据采集系统无法并行采集信号、分析故障单一的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及一种发动机试验台架的实时监测设备运维管理系统，属于设备维护和故障诊断领域。
背景技术
试验台架作为发动机最基本的测试平台，对发动机性能观测有着至关重要的指导意义。发动机台架试验水平的高低直接影响能否如实的反应发动机的性能，能否准确发现故障问题，能否科学的提供发动机改善的方向和依据。为了能够严格控制试验条件并按照国家标准规定进行测试，尽量模拟发动机在实际使用下的各种工况，发动机台架试验对试验环境、试验设备和试验方法都有严格的要求。发动机台架试验是用科学试验的方法来揭示发动机内部特性，评价其动力性、经济型、可靠性等性能的必要途径。
目前国外的AVL公司的发动机台架试验设备以测功机为主要硬件，以系统化的自动测控软件平台作为核心，用户可以用搭积木的方式组态符合自己实际需求的发动机台架试验测控系统。其功能几乎涵盖了现有全部发动机试验项目，这种开放式的系统极大的提高了测试系统的灵活性和扩展性。但是其价格相当昂贵，因此在国内很难推广。
传统发动机台架试验系统以测量仪表为核心，导致功能单一，而且不同厂商之间的产品存在软硬件的不兼容，设备与设备之间相互独立，这使发动机台架试验系统的扩展性差，当实验内容发生改变时，往往需要对试验系统做较大改造甚至重建。在精度方面，传统测试系统人员参与记录，不可避免的引入人为误差，因此精度不高，且实时性差、自动化程度低。而最新的精密智能仪器的引进虽然在一定程度上弥补了传统台架的不足，但由于价格昂贵，难以普及。
在发动机测试领域，数据库技术虽然有一定应用，但是只限于对数据的存储等简单应用，用途单一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种发动机试验台架的实时监测设备运维管理系统，能解决上述技术中存在的系统扩展性差、人工记录精度不高、自动化程度低一级数据库数据存储应用简单等问题，通过模块化实时监测系统、采用多种数据库进行分析存储信息，大大提高了系统的扩展性、记录精度以及发动机测试过程的实时归档，同时实现了集存储、显示、管理、分析于一体的完善统一的设备运维管理。
本发明采用的技术方案是：一种发动机试验台架的在线实时监测设备运维管理系统，包括硬件模块1、试车台架在线监测模块2、基于Web的生产设备运维管理模块3，所述的硬件模块1与基于Web的生产设备运维管理模块3和试车台架在线监测模块2连接，基于Web的生产设备运维管理模块3与试车台架在线监测模块2连接，
所述的硬件模块1用于实现系统输入信号的采集，所述的试车台架在线监测模块2，通过分析硬件模块1测得的各个测点的振动值与此测点所在轴的转速值并结合设备自身存储的历史数据，生成实时数据报表、计算参数报警阈值，实现对试车台架设备的实时监测；所述的基于Web的生产设备运维管理模块3调取试车台架在线监测模块2的分析数据、获取分析硬件模块1采集的实时数据、设置参数的报警阈值，当设备工作异常时进行预警。
所述的硬件模块1包括测功机4、变速箱5、发动机6和传感器装置7，所述的传感器装置7包括振动传感器和速度传感器13，传感器装置7安装在发动机6及试车台架所有需要监测的轴承以及传动轴等位置。测功机4用于改变发动机6的工况，变速箱5用于进行发动机6的速度比转换，发动机6用于提供实验台架所需驱动力；所述的试车台架在线监测模块2包括采集模块8、数据库模块9、在线检测模块10，采集模块8用于采集振动传感器和速度传感器13检测到的数据，数据库模块9用于对采集模块8获取的数据进行分析并生成报表，在线检测模块10根据数据库模块9的分析来显示各类波形，所述的基于Web的生产设备运维管理模块3包括信号读取模块11和报警模块12，信号读取模块11用于读取数据库模块9中的数据及传感器装置7检测到的实时数据，报警模块12用于当传感器装置7检测到的实时信号的值大于设定的报警阈值时进行报警。
所述的数据库模块9包括通用数据分析与报表功能模块22、专用数据分析与报表功能模块23、历史数据管理功能模块24，通用数据分析与报表功能模块22通过时间波形分析25、频谱分析26、实时趋势分析27、瀑布图28四种分析方法分析传感器装置7检测到的有关发动机的信号并生成报表；专用数据分析与报表功能模块23通过振源识别29、实时状态图30、数据报告31三种方法分析传感器装置7检测到的有关试车台架的信号并生成报表；历史数据管理功能模块24包括发动机测试历史库32、试车台架测试历史库33、发动机振动基线库34、试车台架振动基线库35、报警阈值统计计算数据库36，报警阈值统计计算数据库36在收集到发动机测试历史库32、试车台架测试历史库33、发动机振动基线库34、试车台架振动基线库35的数据后，通过分析同批次发动机、试车台架各工况下的状态数据，判断出发动机测试是否异常、试车台架测试是否异常、发动机振动基线是否异常、试车台架振动基线是否异常并计算出异常情况下对应的报警阈值。
所述的发动机测试历史库32保存各型号的不同发动机产品的测试样本数据；所述的试车台架测试历史库33保存各型号的不同发动机产品进行测试时，试车台架各测点的测试样本数据；发动机振动基线库34保存各型号发动机的基准振动数据；试车台架振动基线库35保存试车台架的基准振动数据。
所述的硬件模块1与基于Web的生产设备运维管理模块3和试车台架在线监测模块2均通过光纤进行数据传输，基于Web的生产设备运维管理模块3与试车台架在线监测模块2通过无线网络进行数据传输。
本发明的工作原理是：系统的硬软件结构结合图2做进一步具体说明：当系统开始通电运行时，发动机6开始转动，将动力通过共轴的变速箱5进行速比转换，再传动到测功机4，在测功机的左端安装有速度传感器13，右端装有转矩传感器14，速度传感器13采集发动机6的速度数据，转矩传感器14采集发动机6输出转矩的变化，制动传感器15安装在转矩传感器14的上方，其一端与发动机相连，进行反馈制动，另一端与试车台架在线监测模块2连接，将采集数据传输到上位机计算机19中，为数据处理做好准备工作。速度传感器13与控制器21利用光缆进行连接，控制器21接收数据并通过无线网络发出指令到上位机计算机19中，再利用数据库模块9中的通用数据分析与报表功能22通过时间波形分析25、频谱分析26、实时趋势分析27、瀑布图28等方法进行分析以及专用数据分析与报表功能23进行振源识别29、实时状态图30、数据报告31等分析及报表生成；
采集到的发动机6的信号数据经过了通用数据分析与报表功能22和专用数据分析与报表功能23分析处理后，将存储于试车台架在线监测模块2中的历史数据管理功能24中，其包含发动机测试历史库32、试车台架测试历史库33、发动机振动基线库34、试车台架振动基线库35、报警阈值统计计算等数据库36；
发动机测试历史库32能够保存各型号的不同发动机产品的测试样本数据。试车台架测试历史库33保22、23存各型号的不同发动机产品进行测试时，试车台架各测点的测试样本数据。发动机振动基线库34保存各型号发动机的基准振动数据。试车台架振动基线库35保存试车台架的基准振动数据。报警阈值统计计算数据库36能够将收集到足够多的样本数据后，通过分析同批次发动机、台架各工况下的状态数据，通过回归、拟合、统计等方法，判断出发动机测试是否异常、试车台架测试是否异常、发动机振动基线是否异常、试车台架振动基线是否异常并计算出异常情况下对应的报警阈值。若发动机6运转正常，基于Web的生产设备运维管理模块3只进行信号读取；若发动机6发生故障，基于Web的生产设备运维管理模块3接受报警阈值统计计算数据库36的数据，并启动报警模块12进行报警，提醒工作人员设备异常。本发明可分析试车台架7种不同故障：轴不平衡、轴不对中、轴弯曲、轴承外圈故障、轴承内圈故障、轴承滚子故障、轴承保持架故障。
本发明的有益效果是：
（1）本发明基于LabVIEW平台进行系统开发，可以实现对试车台架进行多参数、多通道数据在线监测,缩短开发时间，提高生产效率。
(2)本发明采用数据库技术，实现发动机测试过程的实时归档，集存储、显示、管理、分析于一体的完善统一的管理平台，通过分析试车台架7种不同故障，克服了现有数据采集系统无法并行采集信号、分析故障单一的缺点。
(3)本发明采用模块化编程设计，大大提高了系统的扩展性，方便系统更新升级。
(4)本发明利用虚拟仪器软件代替传统示波器进行信号处理，不仅提高了系统在传输过程中抗干扰性，还大大降低了设计维护成本，节约了企业开支。
附图说明
图1为本发明的系统模式示意图；
图2为本发明的系统硬件软件连接示意图；
图3为本发明的系统数据库模块9的连接示意图；
图中各标号为：硬件模块-1，试车台架在线监测模块-2，基于Web的生产设备运维管理模块-3，测功机-4，变速箱-5，发动机-6，传感器-7，采集模块-8，数据库模块-9，在线检测模块-10，信号读取模块-11，报警模块-12，速度传感器-13，转矩传感器-14，制动传感器-15，冷却系统-16，燃料系统-17，给油系统-18，上位机计算机-19，急停按钮-20，控制器-21，通用数据分析与报表功能-22，专用数据分析与报表功能-23，历史数据管理功能24，时间波形分析-25，频谱分析-26，实时趋势分析-27，瀑布图-28，振源识别-29，实时状态图-30，数据报告-31，发动机测试历史库-32，试车台架测试历史库-33，发动机振动基线库-34，试车台架振动基线库-35，报警阈值统计计算-36。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步的说明。
一种发动机试验台架的在线实时监测设备运维管理系统，包括硬件模块1、试车台架在线监测模块2、基于Web的生产设备运维管理模块3，所述的硬件模块1与基于Web的生产设备运维管理模块3和试车台架在线监测模块2连接，基于Web的生产设备运维管理模块3与试车台架在线监测模块2连接，
所述的硬件模块1用于实现系统输入信号的采集，所述的试车台架在线监测模块2，通过分析硬件模块1测得的各个测点的振动值与此测点所在轴的转速值并结合设备自身存储的历史数据，生成实时数据报表、计算参数报警阈值，实现对试车台架设备的实时监测；所述的基于Web的生产设备运维管理模块3调取试车台架在线监测模块2的分析数据、获取分析硬件模块1采集的实时数据、设置参数的报警阈值，当设备工作异常时进行预警。
所述的硬件模块1包括测功机4、变速箱5、发动机6和传感器装置7，所述的传感器装置7包括振动传感器和速度传感器13，测功机4用于改变发动机6的工况，变速箱5用于进行发动机6的速度比转换，发动机6用于提供实验台架所需驱动力；所述的试车台架在线监测模块2包括采集模块8、数据库模块9、在线检测模块10，采集模块8用于采集振动传感器和速度传感器13检测到的数据，数据库模块9用于对采集模块8获取的数据进行分析并生成报表，在线检测模块10根据数据库模块9的分析来显示各类波形，所述的基于Web的生产设备运维管理模块3包括信号读取模块11和报警模块12，信号读取模块11用于读取数据库模块9中的数据及传感器装置7检测到的实时数据，报警模块12用于当传感器装置7检测到的实时信号的值大于设定的报警阈值时进行报警。
所述的数据库模块9包括通用数据分析与报表功能模块22、专用数据分析与报表功能模块23、历史数据管理功能模块24，通用数据分析与报表功能模块22通过时间波形分析25、频谱分析26、实时趋势分析27、瀑布图28四种分析方法分析传感器装置7检测到的有关发动机的信号并生成报表；专用数据分析与报表功能模块23通过振源识别29、实时状态图30、数据报告31三种方法分析传感器装置7检测到的有关试车台架的信号并生成报表；历史数据管理功能模块24包括发动机测试历史库32、试车台架测试历史库33、发动机振动基线库34、试车台架振动基线库35、报警阈值统计计算数据库36，报警阈值统计计算数据库36在收集到发动机测试历史库32、试车台架测试历史库33、发动机振动基线库34、试车台架振动基线库35的数据后，通过分析同批次发动机、试车台架各工况下的状态数据，判断出发动机测试是否异常、试车台架测试是否异常、发动机振动基线是否异常、试车台架振动基线是否异常并计算出异常情况下对应的报警阈值。
所述的发动机测试历史库32保存各型号的不同发动机产品的测试样本数据；所述的试车台架测试历史库33保存各型号的不同发动机产品进行测试时，试车台架各测点的测试样本数据；发动机振动基线库34保存各型号发动机的基准振动数据；试车台架振动基线库35保存试车台架的基准振动数据。
所述的硬件模块1与基于Web的生产设备运维管理模块3和试车台架在线监测模块2均通过光纤进行数据传输，基于Web的生产设备运维管理模块3与试车台架在线监测模块2通过无线网络进行数据传输。
具体来说：
本发明包括硬件模块1、试车台架在线监测模块2、基于Web的生产设备运维管理模块3，硬件模块1包括测功机4、变速箱5、发动机6和传感器装置7等测量设备，实现系统输入信号的采集，利用测功机4改变发动机工况，进而测试发动机6在不同工况下的各类参数；利用变速箱5进行速度比转换，实现不同转速的测试；发动机6提供实验台架所需驱动力；
所述的测功机4通过电缆与变速箱5、发动机6和传感器装置7测量设备相连接，其具备的功能有三点：一是通过加载装置吸收发动机功率;二是通过内部的负载调节装置改变发动机扭矩的;三是利用测量装置测量转速、扭矩等参数；所述的变速箱5的主要功能是实时调节发动机油门开度，从而控制转速的变化以完成各种特征试验；
所述的基于Web的生产设备运维管理模块3能够读取传感器装置7的信号并进行分析处理，同时设有报警功能，可对任何一个测量参数（即振动传感器和速度传感器13检测的参数）设置报警阀值，最多可设置2个报警参量，其中报警阀值范围可根据报警阈值统计计算数据库36计算出的报警阈值进行设定，也可以自由设定，并可随时解除，并支持本地和远程网络配置；
所述的试车台架在线监测模块2，通过分析传感器装置7测得的各个测点的振动值与此测点所在轴的转速值，实现对试车台架进行设备监测；所述的试车台架在线监测模块2具备专用数据分析与报表功能，其功能是进行振源识别、数据报告等分析及报表生成。
所述的试车台架在线监测模块2具备在线监测功能：在线监测功能通过实时状态图30、波形频谱、实时趋势分析27查看采集到的实时数据。实时状态图30可以查看当前设备的实时状态和测点布置，测点布置的编号与现场编号是一一对应，数值显示包括了各个测点的振动值与此测点所在轴的转速值；此数值显示框有三种显示颜色：绿色（表示无报警）、橙色（表示一级报警）、红色（表示二级报警）；所述的波形频谱同时显示时间波形分析25的数据与频谱分析26的数据，便于对比与分析；所述的实时趋势分析27显示当前采集数据的特征趋势图，如果配置完报警值，则能够在监测的同时获取数据的变化趋势以及报警状态，便于实时掌握试车台架的运行状态。
具体地，所述的试车台架在线监测模块2具备通用数据分析与报表功能模块22，其分析方法包括时间波形分析25、频谱分析26、实时趋势分析27、瀑布图28；时间波形分析25生成的图分为上下两部分，上部分为趋势，将当前选择通道的变化趋势以趋势图的形式显示，用户可以移动光标选择需要查看的时间点，然后在下方的时间波形图中就可以查看到该时间点对应的波形数据，通过波形特征值就能够对选中时间点的状态进行分析；频谱分析26能够对当前选中的波形数据进行分析，同时对比显示时间波形。通过频谱分析26，能够查找出被测对象的特征频率、转速频率以及相应的谐波成分，用于对台架的状态进行分析与诊断；实时趋势分析27能够对选择的一条或多条通道的数据的变化趋势进行对比分析，通过对比多通道数据的变化情况，以及使用预先配置的报警阈值，能够在整个试车过程中台架的运行状态进行评估，查找异常发生的时间、频次、位置，为后续使用波形频谱、瀑布图28等分析功能提供参考与定位。瀑布图28分析能够获取该通道数据在整个试车过程中频谱随之间变化的情况，便于进行状态的分析与故障的诊断。
所述的试车台架在线监测模块2具备专用数据分析与报表功能23，其通过振源识别29、实时状态图30、数据报告31三种方法对传感器装置7检测到的数据实现功差谱分析、窄带包络、振源识别、数据报告等分析及报表生产。
所述的试车台架在线监测模块2具备历史数据管理功能，其包含发动机测试历史库32、试车台架测试历史库33、发动机振动基线库34、试车台架振动基线库35、报警阈值统计计算等数据库36；所述的发动机测试历史库32能够保存各型号的不同发动机产品的测试样本数据。所述的试车台架测试历史库33保存各型号的不同发动机产品进行测试时，试车台架各测点的测试样本数据。发动机振动基线库34保存各型号发动机的基准振动数据。试车台架振动基线库35保存试车台架的基准振动数据。报警阈值统计计算数据库36能够将收集到足够多的样本数据后，通过分析同批次发动机、台架各工况下的状态数据，通过回归、拟合、统计等方法，判断出发动机测试是否异常、试车台架测试是否异常、发动机振动基线是否异常、试车台架振动基线是否异常并计算出异常情况下对应的报警阈值。根据得到的自适应阈值，基于收集到的足够的样本数据，就能够在实时监测过程中对试车台架关键部位（试车台架的轴承部位）的异常状态进行判断和预警。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.一种发动机试验台架的在线实时监测设备运维管理系统，其特征在于：包括硬件模块（1）、试车台架在线监测模块（2）、基于Web的生产设备运维管理模块（3），所述的硬件模块（1）与基于Web的生产设备运维管理模块（3）和试车台架在线监测模块（2）连接，基于Web的生产设备运维管理模块（3）与试车台架在线监测模块（2）连接，
所述的硬件模块（1）用于实现系统输入信号的采集，所述的试车台架在线监测模块（2），通过分析硬件模块（1）测得的各个测点的振动值与此测点所在轴的转速值并结合设备自身存储的历史数据，生成实时数据报表、计算参数报警阈值，实现对试车台架设备的实时监测；所述的基于Web的生产设备运维管理模块（3）调取试车台架在线监测模块（2）的分析数据、获取分析硬件模块（1）采集的实时数据、设置参数的报警阈值，当设备工作异常时进行预警。
2.根据权利要求1所述的一种发动机试验台架的在线实时监测设备运维管理系统，其特征在于：所述的硬件模块（1）包括测功机（4）、变速箱（5）、发动机（6）和传感器装置（7），所述的传感器装置（7）包括振动传感器和速度传感器（13），测功机（4）用于改变发动机（6）的工况，变速箱（5）用于进行发动机（6）的速度比转换，发动机（6）用于提供实验台架所需驱动力；所述的试车台架在线监测模块（2）包括采集模块（8）、数据库模块（9）、在线检测模块（10），采集模块（8）用于采集振动传感器和速度传感器（13）检测到的数据，数据库模块（9）用于对采集模块（8）获取的数据进行分析并生成报表，在线检测模块（10）根据数据库模块（9）的分析来显示各类波形，所述的基于Web的生产设备运维管理模块（3）包括信号读取模块（11）和报警模块（12），信号读取模块(11)用于读取数据库模块（9）中的数据及传感器装置（7）检测到的实时数据，报警模块（12）用于当传感器装置（7）检测到的实时信号的值大于设定的报警阈值时进行报警。
3.根据权利要求2所述的一种发动机试验台架的在线实时监测设备运维管理系统，其特征在于：所述的数据库模块（9）包括通用数据分析与报表功能模块（22）、专用数据分析与报表功能模块（23）、历史数据管理功能模块（24），通用数据分析与报表功能模块（22）通过时间波形分析（25）、频谱分析（26）、实时趋势分析（27）、瀑布图（28）四种分析方法分析传感器装置（7）检测到的有关发动机的信号并生成报表；专用数据分析与报表功能模块（23）通过振源识别（29）、实时状态图（30）、数据报告（31）三种方法分析传感器装置（7）检测到的有关试车台架的信号并生成报表；历史数据管理功能模块（24）包括发动机测试历史库（32）、试车台架测试历史库（33）、发动机振动基线库（34）、试车台架振动基线库（35）、报警阈值统计计算数据库（36），报警阈值统计计算数据库（36）在收集到发动机测试历史库（32）、试车台架测试历史库（33）、发动机振动基线库（34）、试车台架振动基线库（35）的数据后，通过分析同批次发动机、试车台架各工况下的状态数据，判断出发动机测试是否异常、试车台架测试是否异常、发动机振动基线是否异常、试车台架振动基线是否异常并计算出异常情况下对应的报警阈值。
4.根据权利要求3所述的一种发动机试验台架的在线实时监测设备运维管理系统，其特征在于：所述的发动机测试历史库（32）保存各型号的不同发动机产品的测试样本数据；所述的试车台架测试历史库（33）保存各型号的不同发动机产品进行测试时，试车台架各测点的测试样本数据；发动机振动基线库（34）保存各型号发动机的基准振动数据；试车台架振动基线库（35）保存试车台架的基准振动数据。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种发动机试验台架的在线实时监测设备运维管理系统，其特征在于：所述的硬件模块（1）与基于Web的生产设备运维管理模块（3）和试车台架在线监测模块（2）均通过光纤进行数据传输，基于Web的生产设备运维管理模块（3）与试车台架在线监测模块（2）通过无线网络进行数据传输。
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