GTD一350燃?xì)廨啓C(jī)是國(guó)內(nèi)首次引進(jìn)的一個(gè)獨(dú)特設(shè)計(jì),、帶自由渦輪的航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。它是設(shè)計(jì)用作Mi2型輕量級(jí)直升飛機(jī)的動(dòng)力裝置,。為了在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步研究其作為聯(lián)合動(dòng)力裝置原動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性,，設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)是GTD一350燃機(jī)安全、可靠運(yùn)行的重要保證,。遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)是在故障診斷技術(shù),、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，由于工業(yè)過程對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制的急切需求而迅速發(fā)展起來的應(yīng)用技術(shù),。它通過工業(yè)局域網(wǎng)/廣域網(wǎng)把分布于各個(gè)局部現(xiàn)場(chǎng),、獨(dú)立完成特定功能的設(shè)備互聯(lián)起來，以達(dá)到協(xié)同工作,、集中監(jiān)測(cè)的目的,，最大限度地發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和高效性來完成遠(yuǎn)程設(shè)備的監(jiān)測(cè)與故障診斷,。

　　1 監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1.1 監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的組成

　　本文設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)捷,、可靠的基于CAN總線的燃?xì)廨啓C(jī)分布式監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)，可以方便地調(diào)用各種故障診斷方法,，實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷,。它主要由傳感器子系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)采集處理與監(jiān)測(cè)子系統(tǒng),、遠(yuǎn)程監(jiān)視子系統(tǒng),、分析診斷子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)等部分組成。綜合了信號(hào)處理,、人工智能,、通信、DSP（Digital signal processing）,、數(shù)據(jù)庫(kù),、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等成熟的技術(shù),，將一個(gè)完整的在線監(jiān)測(cè)和診斷任務(wù)分解到不同層的計(jì)算機(jī)上，相互配合,，共同實(shí)現(xiàn)分布式的監(jiān)測(cè)過程,。

　　1.1.1 遠(yuǎn)程監(jiān)視子系統(tǒng)

　　子系統(tǒng)在設(shè)備層，由多個(gè)以DSP為核心的嵌人式系統(tǒng)等智能采集處理單元組元,。DSP具有高速數(shù)字信號(hào)處理能力,，配合外圍的智能傳感器和濾波、放大,、A/D轉(zhuǎn)換等采集處理電路,，采集到燃?xì)廨啓C(jī)的各種在線狀態(tài)信號(hào)，再經(jīng)過軟件濾波等預(yù)處理,，可獲得需要的狀態(tài)原始數(shù)據(jù),。然后，根據(jù)相關(guān)監(jiān)測(cè)算法對(duì)這些數(shù)據(jù)加以處理,，最終通過設(shè)備層的總線將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)測(cè)診斷層,，而某個(gè)DSP監(jiān)測(cè)算法要從其他DSP子系統(tǒng)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，需要各采集處理子系統(tǒng)之間能相互通信,。采用CAN總線將各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集與監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)連接起來,，組成分布式的現(xiàn)場(chǎng)采集處理與監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)。

　　1.1.2 傳感器及信號(hào)調(diào)理子系統(tǒng)

　　GTD350燃?xì)廨啓C(jī)信號(hào)調(diào)理子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離,、放大,、濾波、轉(zhuǎn)換等預(yù)處理,，采用模塊化,、總體式設(shè)計(jì)。由測(cè)速模塊,，振動(dòng)信號(hào)濾波放大模塊,，溫度信號(hào)放大模塊，壓力和流量信號(hào)直通模塊等模塊組成,。各模塊實(shí)現(xiàn)專一的信號(hào)調(diào)理任務(wù),，根據(jù)測(cè)試信號(hào)的不同，可以自由組合,，實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)理硬件的組態(tài)化,。

　　1.1.3 現(xiàn)場(chǎng)采集處理與監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

　　現(xiàn)場(chǎng)采集處理與監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)由DSP、高速A/D數(shù)據(jù)采集卡和慢變信號(hào)A/D采集卡組成,。轉(zhuǎn)速和振動(dòng)信號(hào)選用高速A/D同時(shí)對(duì)通道模擬信號(hào)進(jìn)行同步采樣,；溫度、壓力,、流量,、用慢變信號(hào)AID采集卡采集,。

　　現(xiàn)場(chǎng)采集監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè),、報(bào)警和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能,。采集的數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)在文件服務(wù)器，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí),，數(shù)據(jù)存人本地磁盤,，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常后由服務(wù)器調(diào)用。

　　1.1.4 分析診斷子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

　　在監(jiān)測(cè)診斷層,，利用以太網(wǎng)將監(jiān)測(cè)主機(jī),、文件服務(wù)器、多個(gè)診斷控制計(jì)算機(jī),、數(shù)據(jù)庫(kù)等設(shè)備連接起來,。分析診斷系統(tǒng)包含豐富的分析診斷軟件，實(shí)現(xiàn)故障的精密診斷,、自動(dòng)診斷和趨勢(shì)報(bào)表分析,。監(jiān)測(cè)主機(jī)通過通信計(jì)算機(jī)接收設(shè)備層采集的原始數(shù)據(jù)和處理后的數(shù)據(jù)，可調(diào)用監(jiān)測(cè)界面模塊將其顯示出來,，并進(jìn)行及時(shí)的報(bào)警和常規(guī)的數(shù)據(jù)分析,。

　　1.2 監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)功能

　　現(xiàn)場(chǎng)采集處理與監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)模塊：完成該系統(tǒng)的初始化，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和預(yù)處理,，與CAN總線數(shù)據(jù)通信,。

　　1.2.1 網(wǎng)絡(luò)通信模塊

　　通訊任務(wù)包括現(xiàn)場(chǎng)采集站定時(shí)將機(jī)組當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)發(fā)送到工程師站。工程師站將控制,、采集等運(yùn)行參數(shù)設(shè)置命令發(fā)送至數(shù)據(jù)采集站,。

　工程師站與MIS系統(tǒng)的通訊采用服務(wù)器把MIS、工程師連接起來,，可用Windows NT命名管道傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),，使MIS站上的工程師可以監(jiān)視燃?xì)廨啓C(jī)的各種狀態(tài)。遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)連接將MIS通過Web服務(wù)器建立Intemet連接,，可以使現(xiàn)場(chǎng)工程師和診斷中心專家進(jìn)行在線交流,，及時(shí)掌握更多的信息,，由專家提供診斷結(jié)論和治理措施,，再將這些結(jié)論通過對(duì)話服務(wù)發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)工程師。

　　1.2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)模塊

　　數(shù)據(jù)庫(kù)模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)采用分散和集中相結(jié)合的原則,，可以將數(shù)據(jù)庫(kù)模塊分成兩部分：

　　數(shù)據(jù)采集站的數(shù)據(jù)庫(kù)和診斷中心數(shù)據(jù)庫(kù),。數(shù)據(jù)采集站的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)原則是設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，包括振動(dòng)的各種特征參數(shù),、波形數(shù)據(jù),、頻譜數(shù)據(jù),、溫度、壓力,、轉(zhuǎn)速等,。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)采用單鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。診斷中心的數(shù)據(jù)庫(kù)按照不同的診斷建立相應(yīng)的實(shí)時(shí),、歷史數(shù)據(jù)庫(kù),，歷史數(shù)據(jù)庫(kù)采用大型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。

　　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)接收客戶端實(shí)時(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù),，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè),。而歷史數(shù)據(jù)庫(kù)則主要收集一些與故障相關(guān)的特征數(shù)據(jù)，主要包括：機(jī)組啟停,、升降速,、增減負(fù)荷時(shí)的狀態(tài)參數(shù)，異常工況下的狀態(tài)參數(shù),、部分正常工況下的狀態(tài)參數(shù),、機(jī)組其他重要的狀態(tài)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)。

　　1.2.3 服務(wù)程序模塊

　　它是遠(yuǎn)程診斷中心的重要組成部分?，F(xiàn)場(chǎng)工程師和遠(yuǎn)端專家通過它對(duì)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,，從而進(jìn)行故障診斷和制定故障治理策略。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示分析包括參數(shù)設(shè)置,、穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)監(jiān)測(cè),。系統(tǒng)參數(shù)對(duì)在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的精度有著重要的影響，不能隨意修改,，為此給不同級(jí)別的用戶設(shè)定了不同的權(quán)限,。穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)主要是在機(jī)組不間斷運(yùn)行時(shí)使用，可采用列表的方式顯示各種狀態(tài)參數(shù),，并且可以繪制各種圖形,，有多種反映振動(dòng)征兆的圖形化方法，從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)讀出數(shù)據(jù)然后繪制對(duì)應(yīng)的圖形,，如振動(dòng)波形圖,、振動(dòng)頻譜、升降速波德圖,、振型圖,、軸心軌跡圖等，專家能夠選擇其想查看的圖形,，從而進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)上的判斷,。瞬態(tài)監(jiān)測(cè)主要實(shí)現(xiàn)隨機(jī)監(jiān)測(cè)和啟停機(jī)監(jiān)測(cè)，可根據(jù)需要設(shè)置采樣頻率,、采樣長(zhǎng)度,、數(shù)據(jù)的存盤方式等,，可供分析診斷軟件包等檢索調(diào)用。故障診斷服務(wù)主要包括方法,、模糊理論,、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法與概率因果網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合理論等建立的各種診斷程序,。

　　2 GTD一350燃機(jī)智能故障診斷方法

　　2.1 基于規(guī)則的專家系統(tǒng)診斷方法

　　基于規(guī)則的方法又稱產(chǎn)生式方法,，早期的故障診斷專家系統(tǒng)都是基于規(guī)則的，這些規(guī)則是從專家的經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)出來,，用來描述故障和征兆的關(guān)系,。

　　該方法的優(yōu)點(diǎn)是知識(shí)表示簡(jiǎn)單、直觀,、形象,、方便，使用直接的知識(shí)表示和相對(duì)簡(jiǎn)單的啟發(fā)式知識(shí),，診斷推理速度快,；要求數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間相對(duì)較小,；易于編程和開發(fā)出快速原型系統(tǒng),。缺點(diǎn)是知識(shí)庫(kù)覆蓋的故障模式有限，對(duì)未出現(xiàn)過的和經(jīng)驗(yàn)不足的故障診斷就顯得無能為力,；當(dāng)知識(shí)庫(kù)中沒有相應(yīng)的與征兆匹配的規(guī)則時(shí),，易造成誤診或診斷失敗。

　　2.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷方法

　　從映射的角度分析,，故障診斷的實(shí)質(zhì)是建立從征兆到故障源的映射過程,。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是高度非線性、高度容錯(cuò)和聯(lián)想記憶等,。但是,，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于故障診斷也存在許多不足，診斷方法屬“黑箱”方法,，不能揭示出系統(tǒng)內(nèi)部的一些潛在關(guān)系,，無法對(duì)診斷過程給予明確解釋。網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練時(shí)間較長(zhǎng),，并且對(duì)未在訓(xùn)練樣本中出現(xiàn)的故障無診斷能力,，甚至得出錯(cuò)誤診斷結(jié)論，這些都增加了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際應(yīng)用中的困難,。

　　2.3 基于遺傳算法與概率因果網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的故障診斷方法

　　概率因果模型用于汽輪發(fā)電機(jī)組故障診斷時(shí),，具有最大似然值的故障集一定是最可能發(fā)生的故障,，通過尋找使似然值函數(shù)最大的故障集合就可將故障診斷問題轉(zhuǎn)化為非線性全局最優(yōu)化問題,。但各種故障的組合是一個(gè)相當(dāng)大的搜索空間,，用數(shù)學(xué)解析或?qū)嶒?yàn)的方法幾乎不能求解。而遺傳算法具有高度并行性和求解非線性問題的能力,，可把遺傳算法與概率因果模型相結(jié)合,，將由概率因果模型得到的似然值函數(shù)作為遺傳算法的適應(yīng)值函數(shù)，在全局范圍內(nèi)搜索最有可能發(fā)生的故障集合,。概率因果模型與遣傳算法相結(jié)合時(shí),，染色體串采用二進(jìn)制編碼形式，故障出現(xiàn)為1,，未出現(xiàn)為0,。適應(yīng)值函數(shù)由下式表示：

　　式中：D表示可能的故障組合，也就是染色體串中為1所對(duì)應(yīng)的故障,；M 表示已知存在的征兆,；M代表所有的征兆集；P代表第i種故障所對(duì)應(yīng)的先驗(yàn)概率,；c代表第i種故障與第,，種征兆之間的因果強(qiáng)度，亦即第i種故障引起第7種征兆發(fā)生的可能性大小,。

　　2.4 混合智能故障診斷方法

　　根據(jù)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)參數(shù),，結(jié)合智能故障診斷方法的特點(diǎn)采用多種方法的診斷系統(tǒng)稱為混合診斷方法。具體智能診斷方法的選用原則根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)故障的征兆以及故障狀態(tài)下的歷史數(shù)據(jù)來決定,。本研究中GTD一350燃機(jī)油路系統(tǒng)故障采用專家系統(tǒng),，根據(jù)系統(tǒng)振動(dòng)檢測(cè)參數(shù)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

　　3 結(jié)語

　　本文對(duì)GTD一350型燃?xì)廨啓C(jī)建立了地面遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng),。此系統(tǒng)的研究是集數(shù)據(jù)采集,、性能分析、故障診斷,、人工智能等技術(shù)于一體的綜合信息處理系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)了對(duì)GTD一350燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和故障診斷。通過與Intemet的連接,，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和診斷,。非現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員可以直接登陸相關(guān)的遠(yuǎn)程診斷中心的網(wǎng)站進(jìn)行分析診斷，可提高實(shí)時(shí)處理效率和分析診斷的準(zhǔn)確性,，為運(yùn)行人員和設(shè)備管理工程師提供了設(shè)備運(yùn)行狀況的科學(xué)依據(jù),，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，保證設(shè)備安全可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,。