一种基于复杂网络的智慧船舶轮机故障诊断系统

文献发布时间：2023-06-19 11:02:01

技术领域

本发明涉及故障诊断领域，具体涉及一种基于复杂网络的智慧船舶轮机故障诊断系统。

背景技术

智慧船舶以大数据为基础，运用先进的信息化技术，并基于计算机技术、自动控制技术和大数据处理分析技术，在船舶、管理、维护保养、货物运输等方面实现智能化运输的船舶，是实现智慧航运的基础。在船用发动机中，柴油发动机以其经济性好、功率范围广、起动迅速、可靠性高和使用寿命长等优势，已经逐渐在船舶动力机械中占据了绝对统治地位。

柴油发动机因其功率大、启速快、安全性能好等优势在轮船用发动机中占有主导地位，水上工作环境复杂，柴油发动机在使用过程中常发生故障，如磨损，腐蚀、形变等，但由于柴油发动机结构较为复杂，涉及到的参数众多，故障类型容易混淆，往往不能对柴油发动机故障的进行准确诊断。

复杂网络，是指具有自组织、自相似、吸引子、小世界、无标度中部分或全部性质的网络。其特征为小世界、集群即集聚程度的概念、幂律的度分布概念；数据集聚为柴油发动机故障的诊断有着重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种基于复杂网络的智慧船舶轮机故障诊断系统。

本发明解决上述问题的技术方案为：一种基于复杂网络的智慧船舶轮机故障诊断系统，包括柴油发电机，用于冷却的空冷器，用于增加气缸进气压力的增压器，用于数据收集的参数采集系统。

所述参数采集系统包括用于采集温度参数的温度采集系统，用于采集压力参数的压力采集系统，用于采集速度参数的速度采集系统，用于控制数据传输的触发系统。

所述压力采集系统包括第一无线信号接收器，第一数据采集控制电脑，用于采集缸内最大燃烧压力的第一压力传感器，用于采集柴油机排烟总管压力第二压力传感器，用于采集柴油机扫气压力的第三压力传感器，用于采集空冷器气侧进口压力第四压力传感器，用于采集空冷器气侧出口压力的第五压力传感器。

所述温度采集系统包括第二数据采集控制电脑，第二无线信号接收器，用于采集柴油机排烟总管温度的第一温度传感器，用于采集柴油机扫气温度的第二温度传感器，用于采集空冷器气侧出口温度的第三温度传感器，用于采集空冷器气侧进口温度的第四温度传感器。

所述速度采集系统包括第三数据采集控制电脑，第三无线信号接收器，用于采集增压器转速的速度传感器。

所述触发系统包括触发控制器，用于发出指令的触发控制电脑，用于控制压力采集系统工作的第一触发器，用于控制温度采集系统工作的第二触发器，用于控制速度采集系统的第三触发器。

优选的，所述第一压力传感器可采用缸压传感器；所述第二压力传感器可采用防爆压力表，所述第三压力传感器可采用电阻应变式压力传感器。

优选的，所述速度传感器可采用涡轮增压器转速传感器。

优选的，所述第一触发器，第一触发器，第一触发器并联后与触发控制器串联再与触发控制电脑相联。

一种基于复杂网络的智慧船舶轮机故障诊断系统，包括以下工作步骤：

S1：故障种类识别：船舶柴油发动机按照组成部分可分为燃油系统、冷却系统和进、排气系统三个系统，柴油发动机的故障多集中于冷却系统和进、排气系统中。冷却系统中故障主要有：柴油发动机增压器滤网堵塞、进气道堵塞、排气口堵塞、空冷器结垢、涡轮喷嘴脏堵。进、排气系统故障主要有：缸套冷却水腔堵塞、缸套未充分冷却、活塞未充分冷却、空冷器冷却水进口温度过高或过低。

S2：故障样本数据采集：根据故障种类确认其关键参数，通过温度采集系统，压力采集系统，速度采集系统中的多种传感器采集相关参数，形成故障样本数据，其中关键参数包括：柴油机扫气温度，柴油机排烟总管温度，空冷器气侧进口温度，空冷器气侧出口温度，缸内最大燃烧压力，柴油机扫气压力，柴油机排烟总管压力，空冷器气侧进、出口压差，增压器转速。

S3：样本数据参数预处理：包括将不完整的参数剔除、将量纲影响去除、减小数据冗余；使用距离函数积累来源于每个样本的不同参数的特点，再使用相似度函数对特点加以强化。

S4：故障样本数据聚类分析：根据合并准则将样本参数之间的相似度进行累计，从而得到代表各个故障特征的聚类中心。

S5：计算聚类均值：计算出各个标准故障模式下的典型参数值。

S6：采集待识别样本数据：通过参数采集模块采集实际运行过程中的参数。

S7：比较采集到待识别样本与故障标准特征模式下的参数值。

S8：对待识别样本进行故障诊断。

S9：对故障进行相应处理。

本发明具有有益效果：

本发明提供了一种基于复杂网络的智慧船舶轮机故障诊断系统，该基于复杂网络的轮机故障诊断系统样本数据容易采集，准确率高，稳定性好，通过将待聚类样本作为网络节点，故障样本之间的相似度作为边权，构建出复杂网络，用少量的参数数据来对柴油发电机的故障进行分析，能够快速并准确识别故障类型，从而对故障进行排除。

附图说明

图1为本发明示意图；

图2为故障诊断系统模块图；

图3为故障诊断系统流程图；

图中：1-柴油发电机，2-空冷器，3-增压器，4-第一数据采集控制电脑，5-第一无线信号接收器，6-第二数据采集控制电脑，7-第二无线信号接收器，8-第三数据采集控制电脑，9-第三无线信号接收器，10-第一触发器，11-第二触发器，12-第三触发器，13-触发控制器，14-触发控制电脑，15-第一温度传感器，16-第二温度传感器，17-第三温度传感器，18-第四温度传感器，19-第一压力传感器，20-第二压力传感器，21-第三压力传感器，22-第四压力传感器，23-第五压力传感器，24-速度传感器。

具体实施方式

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。

如图1-2中所示，包括柴油发电机1，用于冷却的空冷器2，用于增加气缸进气压力的增压器3，用于数据收集的参数采集系统。

所述压力采集系统包括第一无线信号接收器5，第一数据采集控制电脑4，用于采集缸内最大燃烧压力的第一压力传感器19，用于采集柴油机排烟总管压力第二压力传感器20，用于采集柴油机扫气压力的第三压力传感器21，用于采集空冷器气侧进口压力第四压力传感器22，用于采集空冷器气侧出口压力的第五压力传感器23。所述第一无线信号接收器5用于接收第一压力传感器19、第二压力传感器20、第三压力传感器21、第四压力传感器22、第五压力传感器23采集到的数据，并将数据传输给第一数据采集控制电脑4进行分析处理。

所述第一压力传感器19可采用缸压传感器；所述第二压力传感器20可采用防爆压力表，所述第三压力传感器21可采用电阻应变式压力传感器。

所述温度采集系统包括第二数据采集控制电脑6，第二无线信号接收器7，用于采集柴油机排烟总管温度的第一温度传感器15，用于采集柴油机扫气温度的第二温度传感器16，用于采集空冷器气侧出口温度的第三温度传感器17，用于采集空冷器气侧进口温度的第四温度传感器18。所述第二无线信号接收器7用于接收第一温度传感器15、第二温度传感器16、第三温度传感器17、第四温度传感器18采集到的数据，并将数据传输给第二数据采集控制电脑6进行分析处理。

所述速度采集系统包括第三数据采集控制电脑8，第三无线信号接收器9，用于采集增压器3转速的速度传感器24。所述第三数据采集控制电脑8用于接收速度传感器24采集到的数据，并将数据传输给第三无线信号接收器9进行分析处理。

所述速度传感器24可采用涡轮增压器转速传感器。

所述触发系统包括触发控制器13，用于发出指令的触发控制电脑14，用于控制压力采集系统工作的第一触发器10，用于控制温度采集系统工作的第二触发器11，用于控制速度采集系统的第三触发器12。

所述第一触发器10，第一触发器10，第一触发器10并联后与触发控制器13串联再与触发控制电脑14相联。

如图3中所示，一种基于复杂网络的智慧船舶轮机故障诊断系统，包括以下工作步骤：

S1：故障种类识别：船舶柴油发动机按照组成部分可分为燃油系统、冷却系统和进、排气系统三个系统，柴油发动机的故障多集中于冷却系统和进、排气系统中。冷却系统中故障主要有：柴油发动机增压器3滤网堵塞、进气道堵塞、排气口堵塞、空冷器2结垢、涡轮喷嘴脏堵。进、排气系统故障主要有：缸套冷却水腔堵塞、缸套未充分冷却、活塞未充分冷却、空冷器2冷却水进口温度过高或过低。