CN114091894A - 柴油机多源信息监控与自适应健康度评估装置及评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柴油机多源信息监控与自适应健康度评估装置及评估方法，多源信息采集处理单元通过CAN总线接收柴油机控制单元、振动监测与诊断单元、试验室数据采集系统的信息，通过AD采集润滑油等信息，进行数据集成与部分传感器融合信息硬阈值故障诊断，并通过以太网将多源融合信息发送至远程自适应健康评估单元；远程自适应健康评估单元对所测柴油机进行健康状态评估，并通过前端显示单元进行显示。本发明所述的柴油机多源信息监控与自适应健康度评估装置及评估方法，解决了不同柴油机特性不一致引起的健康状态评估结果置信度下降的问题。

Description

柴油机多源信息监控与自适应健康度评估装置及评估方法

技术领域

本发明属于柴油机故障诊断技术领域，尤其是涉及一种柴油机多源信息监控与自适应健康度评估装置及评估方法。

背景技术

大功率柴油机造价昂贵且维修费用高，需要对柴油机的健康状态进行监控与评估，防止部件由于性能衰退及意外故障引起的柴油机整机严重故障，最终防止不必要的人员伤亡及财产损失。

常规柴油机故障诊断方法是通过采集振动、热工参数等信号进行故障诊断，但是由于制造工艺和产品批次不一致，存在供油系统高压油泵油泵特性不一致、进排气系统涡轮增压器流通特性有差别等问题，大功率柴油机在出厂前需要对柴油机特性进行标定，以最大程度保证柴油机输出功率一致。此时柴油机的部分监控信息也会发生一定程度的偏差，这种监控信息的偏差则会引起柴油机健康状态评估结果的置信度下降。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种柴油机多源信息监控与自适应健康度评估装置，以解决对不同柴油机特性不一致引起的健康状态评估结果置信度下降的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种柴油机多源信息监控与自适应健康度评估装置，包括分别与多源信息采集处理单元信号连接的柴油机控制单元、振动监测与诊断单元和试验室数据采集系统，多源信息采集处理单元通过CAN总线接收柴油机控制单元、振动监测与诊断单元、试验室数据采集系统的信息，通过AD采集润滑油等信息，进行数据集成与部分传感器融合信息硬阈值故障诊断，最终通过以太网将多源融合信息发送至远程自适应健康评估单元；远程自适应健康评估单元对所测柴油机进行健康状态评估，并通过前端显示单元进行显示。

进一步的，所述柴油机控制单元用于控制柴油机运行，监测柴油机转速、齿杆位置、水温、机油温度等信息，完成柴油机控制。

进一步的，所述振动监测与诊断单元用于监测柴油机键相、关键零部件振动信号，处理振动信号联合域图谱分析。

进一步的，所述试验室数据采集系统用于采集试验室安装的扭矩、功率、燃油、热工、气体参数。

进一步的，所述远程自适应健康评估单元用于预置基础柴油机健康度评估算法套件，通过以太网接收多源信息采集处理单元的多源信息，根据所测柴油机配置文件进行健康度评估算法自适应学习并生成相应的配置文件，对所测柴油机进行健康状态评估。

进一步的，所述前端显示单元用于显示所测柴油机信息，并对其健康评估算

相对于现有技术，本发明所述的柴油机多源信息监控与自适应健康度评估装置具有以下优势：

(1)本发明所述的柴油机多源信息监控与自适应健康度评估装置，通过读取柴油机功率标定试验时的多源信息，对柴油机健康度评估算法进行自适应学习，形成与之匹配的评估算法套件，解决了对不同柴油机特性不一致引起的健康状态评估结果置信度下降的问题。

(2)本发明所述的柴油机多源信息监控与自适应健康度评估装置，能够对所测柴油机特性进行分析、合理地进行自适应学习生成与之配套的健康度评估算法套件，同时在柴油机多源信息采集单元部署部分诊断评估策略，与远程自适应健康评估单元一起形成本地-远程两级评估体系，有效避免不同柴油机特性不一致引起的健康状态评估结果置信度下降的问题。

本发明的另一目的在于提出一种柴油机多源信息监控与自适应健康度评估方法，以解决对不同柴油机特性不一致引起的健康状态评估结果置信度下降的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种柴油机多源信息监控与自适应健康度评估方法，包括如下步骤：S1、通过柴油机控制单元和试验室数据采集系统读取柴油机功率标定试验时的多源信息，生成该柴油机特性参数的配置文件，为柴油机健康度评估算法提供基础数据；

S2、根据柴油机特性参数的配置文件和试验数据对柴油机健康度评估算法进行自适应学习，在迭代验证后生成该柴油机健康度评估算法配置文件。

进一步的，所述步骤S1的具体方法为：

S11、通过柴油机控制单元和试验室数据采集系统获取柴油机功率标定试验时的柴油机编号、油门、转速、齿杆位置、功率、扭矩、燃油消耗量、热工参数信息；

S12、多源信息采集处理单元根据柴油机功率标定试验数据进行高压油泵供油能力分析，生成相关参数和MAP；

S13、多源信息采集处理单元将S11和S12中的信息进行整合，生成对应柴油机的参数、MAP配置文件。

进一步的，所述步骤S2的具体方法为：

S21、远程自适应健康评估单元根据S13中生成的配置文件对柴油机健康评估算法参数进行初步地自适应学习，形成适用于该柴油机的柴油机健康评估算法，并生成柴油机健康评估算法配置文件；

S22、远程自适应健康评估单元根据S21中生成的柴油机健康评估算法配置文件，即可实时读取柴油机多源信息进行柴油机健康度评估，从而确定柴油机健康状态。

所述柴油机多源信息监控与自适应健康度评估方法与上述柴油机多源信息监控与自适应健康度评估装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的柴油机多源信息监控与自适应健康度评估装置示意图；

图2为本发明实施例所述的柴油机参数、MAP配置文件具体生成方式的示意图；

图3为本发明实施例所述的柴油机健康度评估算法配置文件自适应计算生成和实时柴油机健康状态确定的实施方式的示意图；

图4为同一型号的两台柴油机通过所述方法生成的外特性曲线及排气温度健康包络对比图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

柴油机多源信息监控与自适应健康度评估装置，如图1所示，包括分别与多源信息采集处理单元信号连接的柴油机控制单元(ECU)、振动监测与诊断单元和试验室数据采集系统，多源信息采集处理单元通过CAN总线接收柴油机控制单元、振动监测与诊断单元、试验室数据采集系统的信息，通过AD采集润滑油等信息，进行数据集成与部分传感器融合信息硬阈值故障诊断，最终通过以太网将多源融合信息发送至远程自适应健康评估单元；远程自适应健康评估单元对所测柴油机进行健康状态评估，并通过前端显示单元进行显示。

柴油机控制单元(ECU)，用于控制柴油机运行，监测柴油机转速、齿杆位置、水温、机油温度等信息，完成柴油机控制。

振动监测与诊断单元，用于监测柴油机键相、关键零部件振动信号，处理振动信号联合域图谱分析。

试验室数据采集系统，用于采集试验室安装的扭矩、功率、燃油、热工、气体等参数。

远程自适应健康评估单元，预置基础柴油机健康度评估算法套件，通过以太网接收多源信息采集处理单元的多源信息，根据所测柴油机配置文件进行健康度评估算法自适应学习并生成相应的配置文件，对所测柴油机进行健康状态评估；

前端显示单元，用于显示所测柴油机信息，并对其健康评估算法套件进行管理。

柴油机多源信息监控与自适应健康度评估方法，包括以下步骤：

S1、通过柴油机控制单元和试验室数据采集系统读取柴油机功率标定试验时的多源信息，生成该柴油机特性参数的配置文件，为柴油机健康度评估算法提供基础数据；

S2、根据柴油机特性参数的配置文件和试验数据对柴油机健康度评估算法进行自适应学习，在迭代验证后生成该柴油机健康度评估算法配置文件，解决了不同柴油机特性不一致引起的健康状态评估结果置信度下降的问题。该评估方法能够根据柴油机台架试验中的数据进行自适应学习，自动生成柴油机健康度评估算法配置，提高柴油机健康状态评估结果置信度。

所述步骤S1的具体方法为：

S11、通过柴油机控制单元和试验室数据采集系统获取柴油机功率标定试验时的柴油机编号、油门、转速、齿杆位置、功率、扭矩、燃油消耗量、热工参数等信息；

S12、油泵特性分析，多源信息采集处理单元根据柴油机功率标定试验数据进行高压油泵供油能力分析，生成相关参数和MAP；

柴油机外特性分析，对柴油机功率标定试验数据进行处理分析，自动生成外特性曲线MAP及相关控制分析MAP；

进一步，多源信息采集处理单元根据油泵特性分析和柴油机外特性分析结果，按照既定规则和柴油机控制目标，对柴油机运行工况进行划分、生成各工况运行特性MAP；

S13、多源信息采集处理单元将S11和S12中的信息进行整合，生成对应柴油机的参数、MAP配置文件；

如图2所示为柴油机参数、MAP配置文件生成的具体实施方式的流程图。在大功率柴油机试验或出厂前均进行功率标定试验，此时柴油机多源信息监控与自适应健康度评估装置将从多个源头采集数据，通过柴油机控制单元和试验室数据采集系统确定柴油机编号、油门、转速、齿杆位置、功率、扭矩、燃油消耗量、热工参数等信息；多源信息采集处理单元在判断获取所有功率标定试验数据的基础上，对试验数据进行清理整合，分析该柴油机的油泵特性。

例如对高压油泵齿杆位移与泵油量关系进行分析，确定该高压油泵的基本供油特性，并记录此供油特性与标准供油特性的残差；然后通过试验数据生成该柴油机外特性曲线，并记录此外特性曲线与标准外特性曲线的残差；在此基础上，按照规定好的柴油机运行工况划分规则、并结合试验热工参数，生成各工况运行特性MAP，最终生成对应的配置文件。

所述步骤S2的具体方法为：

S21、远程自适应健康评估单元根据S13中生成的配置文件对柴油机健康评估算法参数进行初步地自适应学习，形成适用于该柴油机的柴油机健康评估算法，并生成柴油机健康评估算法配置文件；

具体的，远程自适应健康评估单元通过多源信息采集处理单元读取一段时间的柴油机试验数据，对该健康评估算法进行验证与迭代，当验证结果符合期望后，生成柴油机健康评估算法配置文件；

S22、远程自适应健康评估单元根据S21中生成的柴油机健康评估算法配置文件，即可实时读取柴油机多源信息进行柴油机健康度评估，从而确定柴油机健康状态。

如图3所示为柴油机自适应健康度评估方法的具体实施方式的流程图。首先，根据图2实施方式生成的柴油机参数、MAP配置文件初步进行该柴油机健康评估算法套件自适应学习，然后通过多源信息采集处理单元读取一段时间的柴油机试验数据对此套件的性能进行验证与参数迭代更新，当验证结果符合预置期望后，生成柴油机健康度评估算法配置文件。该配置文件所含的评估算法以回归模型、ML模型、统计模型为基础，可部署应用于柴油机健康状态实时评估，本发明并不对具体的健康评估算法进行限定。

例如，如图4所示为两台同一型号柴油机通过上述方法生成的外特性曲线及排气温度健康包络对比图。图中上半部分为外特性，下半部分为健康包络线，可以看出根据功率标定试验的结果，该评估方法可以对不同柴油机的健康度评估算法套件进行自适应学习，得出与试验结果匹配的相关配置文件。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.柴油机多源信息监控与自适应健康度评估装置，其特征在于：包括分别与多源信息采集处理单元信号连接的柴油机控制单元、振动监测与诊断单元和试验室数据采集系统，多源信息采集处理单元通过CAN总线接收柴油机控制单元、振动监测与诊断单元、试验室数据采集系统的信息，通过AD采集润滑油等信息，进行数据集成与部分传感器融合信息硬阈值故障诊断，最终通过以太网将多源融合信息发送至远程自适应健康评估单元；远程自适应健康评估单元对所测柴油机进行健康状态评估，并通过前端显示单元进行显示。

2.根据权利要求1所述的柴油机多源信息监控与自适应健康度评估装置，其特征在于：柴油机控制单元用于控制柴油机运行，监测柴油机转速、齿杆位置、水温、机油温度等信息，完成柴油机控制。

3.根据权利要求1所述的柴油机多源信息监控与自适应健康度评估装置，其特征在于：振动监测与诊断单元用于监测柴油机键相、关键零部件振动信号，处理振动信号联合域图谱分析。

4.根据权利要求1所述的柴油机多源信息监控与自适应健康度评估装置，其特征在于：试验室数据采集系统用于采集试验室安装的扭矩、功率、燃油、热工、气体参数。

5.根据权利要求1所述的柴油机多源信息监控与自适应健康度评估装置，其特征在于：远程自适应健康评估单元用于预置基础柴油机健康度评估算法套件，通过以太网接收多源信息采集处理单元的多源信息，根据所测柴油机配置文件进行健康度评估算法自适应学习并生成相应的配置文件，对所测柴油机进行健康状态评估。

6.根据权利要求1所述的柴油机多源信息监控与自适应健康度评估装置，其特征在于：前端显示单元用于显示所测柴油机信息，并对其健康评估算法套件进行管理。

7.根据权利要求1至6任一所述的柴油机多源信息监控与自适应健康度评估装置的评估方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、通过柴油机控制单元和试验室数据采集系统读取柴油机功率标定试验时的多源信息，生成该柴油机特性参数的配置文件，为柴油机健康度评估算法提供基础数据；

S2、根据柴油机特性参数的配置文件和试验数据对柴油机健康度评估算法进行自适应学习，在迭代验证后生成该柴油机健康度评估算法配置文件。

8.根据权利要求7所述的柴油机多源信息监控与自适应健康度评估方法，其特征在于：所述步骤S1的具体方法为：

S11、通过柴油机控制单元和试验室数据采集系统获取柴油机功率标定试验时的柴油机编号、油门、转速、齿杆位置、功率、扭矩、燃油消耗量、热工参数信息；

S12、多源信息采集处理单元根据柴油机功率标定试验数据进行高压油泵供油能力分析，生成相关参数和MAP；

S13、多源信息采集处理单元将S11和S12中的信息进行整合，生成对应柴油机的参数、MAP配置文件。

9.根据权利要求8所述的柴油机多源信息监控与自适应健康度评估方法，其特征在于：所述步骤S2的具体方法为：

S21、远程自适应健康评估单元根据S13中生成的配置文件对柴油机健康评估算法参数进行初步地自适应学习，形成适用于该柴油机的柴油机健康评估算法，并生成柴油机健康评估算法配置文件；

S22、远程自适应健康评估单元根据S21中生成的柴油机健康评估算法配置文件，即可实时读取柴油机多源信息进行柴油机健康度评估，从而确定柴油机健康状态。

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