軌道交通車站環(huán)控風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用

王啟鋒，彭恒義，仲 聰，郭 將，薛 慧

（欣皓創(chuàng)展信息技術(shù)有限公司，上海 200444）

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)城市軌道交通的高速發(fā)展，各地軌道交通逐步進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)階段[1]。軌道交通送風(fēng)、排煙等功能，越發(fā)受到關(guān)注。區(qū)間射流風(fēng)機(jī)、軌排風(fēng)機(jī)、回排風(fēng)機(jī)、新風(fēng)機(jī)作為地鐵區(qū)間隧道排煙、送風(fēng)的專用工具，其健康狀態(tài)不僅直接關(guān)乎地鐵安全運(yùn)營(yíng)，同時(shí)對(duì)保障人們的生命安全具有重要意義[2]。

地鐵環(huán)控系統(tǒng)中的軸流式通風(fēng)機(jī)功率較大，工況多變，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，影響到人員和設(shè)備安全[3]。尤其是地鐵區(qū)間射流風(fēng)機(jī)一般安裝在隧道頂端，通常維護(hù)困難，日常檢修尤為困難[4]。如何精確快速地診斷風(fēng)機(jī)故障的類型，實(shí)現(xiàn)早期預(yù)警[5]和預(yù)測(cè)性的維修，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了多種研究，并取得了卓越的成果。

陳姍姍[6]提出，在設(shè)備參數(shù)不全，無法計(jì)算特征頻率，頻譜分析方法不太適用等情況下，可利用時(shí)域波形和峭度指標(biāo)來初步判斷設(shè)備故障類型。武和雷等[7]提出故障判別方法，即對(duì)于零件表面的損傷類故障，用峰值判斷比較有效；對(duì)磨損類故障，用均方根值比較有效；而峰值因子對(duì)兩類故障都可以判斷。邵東波[8]針對(duì)成都地鐵設(shè)備管理實(shí)際，提出了振動(dòng)監(jiān)測(cè)的狀態(tài)修如何應(yīng)用到地鐵機(jī)電設(shè)備的日常管理中。王穎[9]結(jié)合廣州地鐵設(shè)備應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，提出了采用振動(dòng)加速度傳感器實(shí)現(xiàn)地鐵風(fēng)機(jī)螺栓松動(dòng)與轉(zhuǎn)子不平衡故障的診斷。王肇琪等[10]提出時(shí)域分析方法是簡(jiǎn)易診斷的方法。此外采用振動(dòng)加速度的趨勢(shì)圖判斷滾動(dòng)軸承所處的工作狀態(tài)，也是及時(shí)發(fā)現(xiàn)軸承故障隱患的有效方法[11-12]

本文通過設(shè)計(jì)一套風(fēng)機(jī)智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)，采集風(fēng)機(jī)設(shè)備振動(dòng)頻譜、波形、溫度及風(fēng)壓等信息，進(jìn)行特征參數(shù)、譜圖分析，準(zhǔn)確快速地診斷風(fēng)機(jī)故障類型，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)。通過監(jiān)測(cè)設(shè)備的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，確定被監(jiān)測(cè)設(shè)備的未來發(fā)展趨勢(shì)，診斷被監(jiān)測(cè)設(shè)備故障類型，驗(yàn)證維護(hù)的有效性，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的早期了解、預(yù)測(cè)和診斷。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

在風(fēng)機(jī)的就近位置安裝現(xiàn)地在線監(jiān)測(cè)箱，箱內(nèi)放置數(shù)據(jù)采集模塊、采集單元交換機(jī)等，在風(fēng)機(jī)本體相應(yīng)位置上安裝傳感器，通過傳感器線纜接入監(jiān)測(cè)箱內(nèi)的數(shù)據(jù)采集模塊中。

狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組柜安裝布置在車站環(huán)控室。

各數(shù)據(jù)采集模塊采集的風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)、歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)及各特征數(shù)據(jù)狀態(tài)數(shù)據(jù)都將存儲(chǔ)于狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器。狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器還具有與其他系統(tǒng)通信的軟件及硬件接口，實(shí)現(xiàn)與第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。

數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)采集、存儲(chǔ)和處理風(fēng)機(jī)的振動(dòng)、溫度、風(fēng)壓等參數(shù)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析。數(shù)據(jù)采集器可以從相關(guān)數(shù)據(jù)中提取特征參數(shù)，獲取風(fēng)機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)，完成風(fēng)機(jī)故障的預(yù)警和報(bào)警，并通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綘顟B(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器，進(jìn)行進(jìn)一步地在線監(jiān)測(cè)、分析和診斷；并接收來自車站其他系統(tǒng)的信號(hào)，如風(fēng)機(jī)的功率、開停機(jī)信號(hào)等；還能輸出風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有關(guān)數(shù)據(jù)至第三方系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集模塊預(yù)留足夠的安裝位置和接口，便于系統(tǒng)擴(kuò)展其他監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

1.2 風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)分布

地鐵車站環(huán)控通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的車站隧道排熱風(fēng)機(jī)、射流風(fēng)機(jī)、大系統(tǒng)回排風(fēng)機(jī)、小新風(fēng)機(jī)等通風(fēng)風(fēng)機(jī)一般采用軸流風(fēng)機(jī)，軸流風(fēng)機(jī)由葉輪、電機(jī)、機(jī)殼、導(dǎo)流器、導(dǎo)葉、固定支架、減振器等部件組成。電機(jī)和風(fēng)機(jī)葉輪直接驅(qū)動(dòng)，電機(jī)裸露于空氣中。

根據(jù)環(huán)控通風(fēng)風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)，對(duì)風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)的內(nèi)容主要包括振動(dòng)監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)及風(fēng)壓監(jiān)測(cè)，通過在線監(jiān)測(cè)確保風(fēng)機(jī)健康運(yùn)行。

振動(dòng)監(jiān)測(cè)：地鐵軸流式風(fēng)機(jī)適用于低壓力，大流量的工況運(yùn)行，其振動(dòng)信號(hào)是影響風(fēng)機(jī)運(yùn)行的主要因素，通過振動(dòng)監(jiān)測(cè)可對(duì)設(shè)備的振動(dòng)參數(shù)收集與分析，可以準(zhǔn)確判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)知設(shè)備故障[13]。一般在電機(jī)前軸承的水平、垂直向[14]及風(fēng)機(jī)殼體安裝振動(dòng)加速度傳感器，共計(jì)3 個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸，結(jié)合以往的風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)和用戶的監(jiān)測(cè)需求，對(duì)于電機(jī)機(jī)座中心高H≤132 mm的小新風(fēng)機(jī)FAF、回排風(fēng)機(jī)RAF/EAF，只在風(fēng)機(jī)殼體上安裝2個(gè)振動(dòng)加速度傳感器（水平和垂直方向）。

溫度監(jiān)測(cè)：一般地鐵風(fēng)機(jī)會(huì)在出廠前在電機(jī)前后軸承、定子三相繞組上預(yù)埋有溫度監(jiān)測(cè)的傳感器，可以直接將信號(hào)接入數(shù)據(jù)采集模塊，共計(jì)5 個(gè)測(cè)點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸，結(jié)合以往的風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)和用戶的監(jiān)測(cè)需求，對(duì)于電機(jī)機(jī)座中心高H≤132 mm 的小新風(fēng)機(jī)FAF、回排風(fēng)機(jī)RAF/EAF，只有定子三相繞組上預(yù)埋有溫度監(jiān)測(cè)的傳感器，故只需將這3個(gè)溫度信號(hào)接入數(shù)據(jù)采集模塊。

風(fēng)壓監(jiān)測(cè)：由于要監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，需要有風(fēng)壓傳感器的安裝點(diǎn)，只有帶風(fēng)管管路的風(fēng)機(jī)才具備風(fēng)壓監(jiān)測(cè)的條件，一般在車站隧道排熱風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)管和大系統(tǒng)變頻風(fēng)機(jī)（含大系統(tǒng)回排風(fēng)機(jī)）進(jìn)風(fēng)管上安裝1 個(gè)風(fēng)壓傳感器，射流風(fēng)機(jī)無連接風(fēng)管一般不安裝風(fēng)壓傳感器。

1.3 傳感器

1.3.1 傳感器選型

（1）振動(dòng)監(jiān)測(cè)

對(duì)于地鐵風(fēng)機(jī)而言，電機(jī)和葉輪不平衡、制造工藝差、安裝質(zhì)量不良、風(fēng)機(jī)軸線不對(duì)稱、零部件的機(jī)械強(qiáng)度和剛度較差、軸承和密封部件磨損破壞，以及風(fēng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速出現(xiàn)與風(fēng)機(jī)固有頻率接近引起的共振等，都會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)?？紤]到地鐵風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)，建議傳感器選用壓電式加速度傳感器。

（2）溫度監(jiān)測(cè)

地鐵車站風(fēng)機(jī)一般采用滾動(dòng)軸承，其具有摩擦阻力小、功率消耗小、機(jī)械效率高、易起動(dòng)的特點(diǎn)。但即使?jié)L動(dòng)軸承潤(rùn)滑良好，安裝正確，最終也會(huì)因?yàn)闈L動(dòng)接觸面的疲勞而失效、故障[15]。

一般設(shè)備軸承溫度過高，會(huì)使軸承潤(rùn)滑脂稠度下降，觸變性能下降和黏附性能下降，加劇軸承磨損甚至損壞。定子繞組溫度過高，可能是轉(zhuǎn)定子摩擦等故障，電機(jī)容易燒毀，所以對(duì)風(fēng)機(jī)重要部位的溫度參數(shù)進(jìn)行測(cè)量是一項(xiàng)很重要的監(jiān)測(cè)內(nèi)容。常見的多用PT100 溫度傳感器進(jìn)行測(cè)量風(fēng)機(jī)軸承及電機(jī)三向繞組的溫度。地鐵風(fēng)機(jī)會(huì)在出廠前在電機(jī)前后軸承、定子繞組上預(yù)埋有溫度監(jiān)測(cè)的傳感器，可以直接將信號(hào)接入數(shù)據(jù)采集模塊。

（3）壓力監(jiān)測(cè)

通過測(cè)量風(fēng)機(jī)出入口壓力可以實(shí)時(shí)觀察到出入口壓力值，當(dāng)壓力出現(xiàn)異常時(shí)系統(tǒng)能及時(shí)報(bào)警，提醒用戶檢修。風(fēng)壓傳感器需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況選擇合適的量程及精度等參數(shù)。

1.3.2 傳感器安裝

（1）振動(dòng)傳感器安裝

用砂紙將安裝位置上的油漆、銹跡等覆蓋物打磨清除之后，用角磨機(jī)加工出一個(gè)安裝平面，接觸面要平整且直徑要大于25 mm，確保傳感器和電機(jī)機(jī)殼表面完全接觸；在如圖2 所示加強(qiáng)筋處開孔M6，孔深度為8 mm。

圖2 振動(dòng)傳感器安裝

使用雙頭螺柱M6×10，使用少許螺紋膠，用活動(dòng)扳手稍稍擰緊，至傳感器底部與安裝表面完全接觸且安裝牢固可靠。

（2）溫度傳感器安裝

溫度傳感器使用PT100，溫度采集利用電機(jī)自帶的溫度傳感器直接采集，可以測(cè)得風(fēng)機(jī)軸承溫度和繞組溫度的傳感器信號(hào)[16]。在風(fēng)機(jī)出廠前內(nèi)置于風(fēng)機(jī)的軸承位置及U、V、W三相電源內(nèi)，信號(hào)引出線接入風(fēng)機(jī)接線盒內(nèi)，與監(jiān)測(cè)箱信號(hào)輸入線連接。

（3）壓力感器安裝

壓力傳感器被測(cè)壓力管路上的螺紋連接，由于有的壓力管路比較長(zhǎng)，安裝前要對(duì)管道進(jìn)行排空或排污處理。因較長(zhǎng)的管路對(duì)壓力有衰減作用，為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，延伸管路應(yīng)不超過20 cm。

1.4 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集器模塊需具備支持對(duì)振動(dòng)、溫度、壓力等數(shù)據(jù)的采集，支持多通道并行采樣，每通道A/D 分辨率為24 位，采樣率可達(dá)到200 kHz；支持全通道同步并行觸發(fā)采樣、實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)處理機(jī)制選擇存儲(chǔ)支持，高速實(shí)時(shí)采集后的數(shù)據(jù)會(huì)進(jìn)行異常特征數(shù)據(jù)判斷，智能儲(chǔ)存，避免數(shù)據(jù)出現(xiàn)冗余。數(shù)據(jù)采集模塊內(nèi)置數(shù)據(jù)處理分析功能，既可以獨(dú)立運(yùn)行也可以聯(lián)機(jī)其他設(shè)備及服務(wù)器組網(wǎng)運(yùn)行。RS485 串行通信接口和以太網(wǎng)通信接口使得數(shù)據(jù)采集模塊可以和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等第三方系統(tǒng)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)采集器模塊通過通訊方式或硬接線方式采集機(jī)組工況參數(shù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集器模塊采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，具有自診斷和抗干擾功能，能對(duì)傳感器進(jìn)行自檢和故障報(bào)警。

數(shù)據(jù)采集器模塊支持整周期和等時(shí)間間隔兩種采樣方式，對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)備的開機(jī)、停機(jī)、穩(wěn)定運(yùn)行等狀態(tài)分別進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)采集器模塊可以自動(dòng)識(shí)別機(jī)組的運(yùn)行工況，根據(jù)不同工況采取相應(yīng)的采集方式，并能將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、提取，以通信的方式傳輸至車站中控室機(jī)組狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上位機(jī)單元。

數(shù)據(jù)采集器模塊具有過程量、高速模擬量等信號(hào)的輸入和數(shù)字信號(hào)的輸出等端口，具有較高可兼容性、可維護(hù)性及可擴(kuò)展性；具備故障自診斷、自恢復(fù)等功能，同時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊具有斷電自保持功能，擁有遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程維護(hù)等功能。

1.5 系統(tǒng)軟件

1.5.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析

軟件系統(tǒng)遵循人性化的設(shè)計(jì)理念，軟硬件設(shè)計(jì)都應(yīng)以操作和使用的方便為基礎(chǔ)。它提供了中文軟件界面以及非常直觀的圖形和圖表，使操作員易于理解、學(xué)習(xí)和使用。它還使那些不熟悉計(jì)算機(jī)的人能夠快速掌握和操作整個(gè)系統(tǒng)，并迅速勝任操作和管理。

（1）監(jiān)測(cè)分析

該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)振動(dòng)、溫度及相關(guān)工況參數(shù)數(shù)據(jù)的同步、周期性采集，并以數(shù)值、柱狀圖、表格、實(shí)時(shí)趨勢(shì)等形式實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)到的相關(guān)參數(shù)，還可以在線實(shí)時(shí)顯示振動(dòng)的波形和頻譜，如圖3 所示。系統(tǒng)能提供時(shí)域波形分析、頻域分析、瀑布圖、級(jí)聯(lián)圖、趨勢(shì)分析等專業(yè)分析工具，系統(tǒng)利用專業(yè)數(shù)據(jù)分析工具，對(duì)采集到的風(fēng)機(jī)設(shè)備的振動(dòng)、溫度、壓力等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，結(jié)合風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行工控，評(píng)估風(fēng)機(jī)動(dòng)穩(wěn)態(tài)特性。

圖3 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析界面

（2）工況參數(shù)和過程量參數(shù)監(jiān)測(cè)分析

工況參數(shù)和過程量參數(shù)監(jiān)測(cè)分析功能負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)整個(gè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況，如流量、功率、轉(zhuǎn)速等，通過監(jiān)測(cè)能對(duì)整個(gè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況有一個(gè)全貌的了解，是一個(gè)全方位的監(jiān)測(cè)。

工況參數(shù)和過程量參數(shù)監(jiān)測(cè)分析功能一般應(yīng)具有5個(gè)模塊，分別是風(fēng)機(jī)列表、運(yùn)行工況、過程量監(jiān)測(cè)、振監(jiān)測(cè)和分析、故障預(yù)測(cè)和智能診斷。

該子系統(tǒng)一般具有以下功能：運(yùn)行工況子系統(tǒng)可以顯示當(dāng)前監(jiān)測(cè)的風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況、振動(dòng)和溫度以及壓力等信息，用于了解風(fēng)機(jī)當(dāng)前運(yùn)行的振動(dòng)溫度情況以及所處的工況；可以切換顯示不同風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)畫面，顯示不同風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)工況、振動(dòng)及電流壓力數(shù)值；同單風(fēng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)一樣，風(fēng)機(jī)各測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)背景色會(huì)反映該測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)報(bào)警情況，測(cè)點(diǎn)名稱的顏色會(huì)反映該測(cè)點(diǎn)曾經(jīng)的報(bào)警狀態(tài)。

1.5.2 軟件故障診斷功能

故障診斷是對(duì)設(shè)備的故障進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別與診斷。當(dāng)設(shè)備測(cè)點(diǎn)發(fā)生報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)故障診斷分析模塊，通過內(nèi)置的故障診斷知識(shí)庫規(guī)則對(duì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)、溫度、電流等數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，并提取特征信息，將特征信息與規(guī)則進(jìn)行匹配和模式識(shí)別，判斷出最有可能的故障類型，給出結(jié)果和建議的處理措施。該子系統(tǒng)一般具備以下3項(xiàng)功能。

（1）完整的譜圖分析

軟件能提供各種所需的數(shù)據(jù)分析專業(yè)工具，能根據(jù)監(jiān)測(cè)參量的變化，預(yù)測(cè)狀態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)并提出趨勢(shì)預(yù)報(bào)。系統(tǒng)能自動(dòng)對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程的振動(dòng)、溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，通過對(duì)其波形、頻譜等的時(shí)域和頻域分析，也能對(duì)不同風(fēng)機(jī)相同測(cè)點(diǎn)的參數(shù)進(jìn)行橫向數(shù)據(jù)和圖像對(duì)比分析，反映出各機(jī)組運(yùn)行的實(shí)時(shí)狀態(tài)和預(yù)測(cè)趨勢(shì)。本系統(tǒng)支持與車站環(huán)控系統(tǒng)的有關(guān)運(yùn)行工況信息的雙向交流，從而可結(jié)合風(fēng)機(jī)運(yùn)行的各種參數(shù)信息進(jìn)行綜合分析，得出設(shè)備的“健康”狀態(tài)。系統(tǒng)會(huì)定期出具在線監(jiān)測(cè)機(jī)組狀態(tài)報(bào)告，統(tǒng)計(jì)參數(shù)超標(biāo)或故障發(fā)生的情況，形成報(bào)表和結(jié)論。

（2）風(fēng)機(jī)報(bào)警分析

在軟件的功能設(shè)置中，具有對(duì)數(shù)據(jù)的智能診斷和處理，所以軟件應(yīng)不僅支持ISO 10816標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)警功能，還支持智能自學(xué)習(xí)式報(bào)警機(jī)制，能有效解決“誤報(bào)警”和“漏報(bào)警”問題。系統(tǒng)成型報(bào)警曲線的建立一般會(huì)在系統(tǒng)成功連續(xù)運(yùn)行兩周左右穩(wěn)定形成。軟件的報(bào)警方式有聲音、燈光兩種，并且可以進(jìn)行時(shí)間設(shè)置。為了在不同工況下靈活設(shè)置各設(shè)備報(bào)警值，軟件設(shè)置門限報(bào)警手動(dòng)設(shè)置功能，被授予權(quán)限的管理員，可對(duì)權(quán)限內(nèi)的各報(bào)警參數(shù)進(jìn)行靈活設(shè)置。

（3）趨勢(shì)分析

軟件具有完備的趨勢(shì)分析功能，可以分析系統(tǒng)監(jiān)測(cè)振動(dòng)、溫度等參數(shù)量的所以特征參數(shù)、工況參數(shù)以及從第三方通信過來的過程量參數(shù)的趨勢(shì)變化。趨勢(shì)分析功能含實(shí)時(shí)趨勢(shì)分析功能、歷史趨勢(shì)分析功能和相關(guān)趨勢(shì)分析功能。通過對(duì)監(jiān)測(cè)參數(shù)較長(zhǎng)時(shí)間的趨勢(shì)觀察和分析，預(yù)警設(shè)備某些部件可能存在的故障隱患，在故障發(fā)生前及時(shí)檢修防止嚴(yán)重性故障的發(fā)生，提前做好相應(yīng)的維護(hù)措施和減少維修的期限。趨勢(shì)分析功能結(jié)合時(shí)間和相關(guān)參數(shù)的坐標(biāo)曲線，形成直觀的曲線圖，對(duì)于運(yùn)行管理人員來說，用它來監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況是非常直觀的。

1.5.3 智能預(yù)報(bào)警功能

（1）故障報(bào)警

系統(tǒng)提供智能報(bào)警功能。當(dāng)監(jiān)測(cè)到的振動(dòng)、溫度、風(fēng)壓、電流等數(shù)據(jù)值超過設(shè)定限值后發(fā)出報(bào)警信號(hào)，頁面伴有報(bào)警指示，報(bào)警平臺(tái)窗口能自動(dòng)彈出，并發(fā)出報(bào)警聲音，報(bào)警信息可通過短信和郵件兩種方式發(fā)送到負(fù)責(zé)人或工程師手機(jī)或郵箱中，使遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的負(fù)責(zé)人及工程師及時(shí)了解到站內(nèi)運(yùn)行信息，方便指令決策快速下達(dá)。同時(shí)，系統(tǒng)提供報(bào)警記錄查詢功能，具備設(shè)備故障報(bào)警的統(tǒng)計(jì)[17]，隨時(shí)查看設(shè)備自運(yùn)行以來所有的報(bào)警記錄及其他詳細(xì)信息。

（2）維護(hù)檢修預(yù)警

維護(hù)檢修預(yù)報(bào)是利用相關(guān)智能算法，對(duì)車站風(fēng)機(jī)設(shè)備建立的預(yù)測(cè)模型進(jìn)行分析、求解，得到相關(guān)特征量的變化趨勢(shì)，判斷設(shè)備近期是否會(huì)發(fā)生故障，從而做到提前檢修維護(hù)。

（3）設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)

系統(tǒng)提供健康狀態(tài)評(píng)價(jià)功能。根據(jù)監(jiān)測(cè)到的有關(guān)參數(shù)在同一工況下的變化趨勢(shì)或與同一工況下的樣本數(shù)據(jù)的比較結(jié)果，在報(bào)警之前提前發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)缺陷或故障，給出預(yù)警指示，如圖4所示。

圖4 設(shè)備健康評(píng)估

（4）智能報(bào)警

系統(tǒng)提供報(bào)警功能。當(dāng)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)超過設(shè)定限值后發(fā)出報(bào)警信號(hào)，系統(tǒng)能夠根據(jù)流量、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速等情況不同工況，對(duì)振動(dòng)、溫度各測(cè)點(diǎn)單獨(dú)設(shè)定報(bào)警值和停機(jī)值，為風(fēng)機(jī)提供準(zhǔn)確的報(bào)警和停機(jī)信號(hào)。所有報(bào)警和停機(jī)信號(hào)均能對(duì)外輸出無源硬接點(diǎn)信號(hào)供用戶使用。

2 應(yīng)用效果及分析

風(fēng)機(jī)智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)避免了環(huán)控風(fēng)機(jī)設(shè)備的突發(fā)性故障，從而避免了設(shè)備因被迫停機(jī)而影響生產(chǎn)，風(fēng)機(jī)設(shè)備的狀態(tài)分析為預(yù)測(cè)設(shè)備的維修提供了可靠依據(jù)。使運(yùn)維人員能夠及時(shí)準(zhǔn)備維修部件、安排維修計(jì)劃，克服了定期維修帶來的經(jīng)濟(jì)損失和設(shè)備性能的下降；完善的診斷能力可以準(zhǔn)確指出故障類型和故障部位，避免了維修的盲目性，大大縮短了工期，且簡(jiǎn)捷易行[18]。

2.1 實(shí)時(shí)全面的信號(hào)采集

風(fēng)機(jī)智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)、全面采集并反映振動(dòng)、溫度、壓力等各種參數(shù)和變量，并且通過現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)，讀取環(huán)控風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行的各種狀態(tài)。對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行全方位、多角度的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與監(jiān)測(cè)。

對(duì)多傳感器采集來的各種信息進(jìn)行智能分析，聯(lián)系以及綜合，通過各個(gè)環(huán)節(jié)來對(duì)所收集的信息進(jìn)行處理，能夠更加精確地對(duì)所要判斷的系統(tǒng)進(jìn)行診斷[19]。

通過設(shè)備監(jiān)測(cè)、故障預(yù)警、數(shù)據(jù)報(bào)表等，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行記錄無紙化，減少現(xiàn)場(chǎng)人工巡檢工時(shí)，從而降低成本，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)信息化。

2.2 直白明朗的動(dòng)態(tài)分析

風(fēng)機(jī)智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)利用采集到的數(shù)據(jù)，繪制機(jī)組各類振動(dòng)、溫度等曲線，并且提供進(jìn)行波形、頻譜分析，畫面直白，分析明朗。

當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，并提示故障的類型、位置、嚴(yán)重程度和處理建議，提醒用戶將設(shè)備故障消滅在萌芽狀態(tài)，避免因設(shè)備故障導(dǎo)致設(shè)備的破壞性損壞和人員傷亡，從而提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，降低運(yùn)維管理成本，實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢修智能化。

2.3 科學(xué)詳細(xì)的狀態(tài)評(píng)價(jià)

風(fēng)機(jī)智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)吸取國(guó)內(nèi)外對(duì)設(shè)備健康評(píng)價(jià)的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，并且結(jié)合公司的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，建立起具備機(jī)組全生命周期監(jiān)測(cè)管理與健康評(píng)估的專家數(shù)據(jù)庫，評(píng)估結(jié)果直接簡(jiǎn)潔，能夠有效指導(dǎo)管理人員現(xiàn)場(chǎng)操作維護(hù)，顯著減少管理人員工作量，讓泵組設(shè)備的管理更加科學(xué)、有效。

另外通過網(wǎng)絡(luò)連接遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至平臺(tái)，展示相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與合理的趨勢(shì)說明，給出風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況及維修建議，為設(shè)備提供全面的保障服務(wù)[20]。

2.4 針對(duì)便利的設(shè)計(jì)配置

總體設(shè)計(jì)、傳感器選型、硬件和軟件的設(shè)計(jì)和配置，都根據(jù)風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工況進(jìn)行了針對(duì)性的考慮和設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)具有開放平臺(tái)，便于系統(tǒng)功能模塊的增加及二次開發(fā)。系統(tǒng)的硬件配置有一定的裕度，提供應(yīng)用開發(fā)環(huán)境、接口環(huán)境和系統(tǒng)互連環(huán)境，并且可以提供符合國(guó)際開放系統(tǒng)組織推薦的開放環(huán)境規(guī)范，可以方便地與地鐵已有系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，同時(shí)，將來可以方便地?cái)U(kuò)展應(yīng)用到其他設(shè)備上。

3 結(jié)束語

風(fēng)機(jī)智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)通過合理布置傳感器，利用可靠的數(shù)據(jù)采集裝置采集風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行過程中的振動(dòng)、溫度、壓力數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)和故障診斷與分析，判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，為地鐵相關(guān)部門建立科學(xué)的設(shè)備檢修維護(hù)制度提供技術(shù)基礎(chǔ)。智能化診斷減少了故障排查時(shí)間，減少運(yùn)維人員工作量，有效地將每一臺(tái)風(fēng)機(jī)的維修和管理與地鐵系統(tǒng)運(yùn)維融合起來，為地鐵相關(guān)部門的監(jiān)管提供有力的保障。目前，地鐵線路中的風(fēng)機(jī)設(shè)置智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)，其效果顯著，既保證設(shè)備安全運(yùn)行，又能節(jié)約維修成本，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行效益最大化，提高經(jīng)濟(jì)效益。