1、电气设备故障诊断,第一讲：目的、意义，现状及主要研究方向,1.序言,故障诊断技术最重要的意义在于改革设备维修制度，变传统的定期检修为预知维修。不仅节约了大量的维修费用，而且由于减少了许多不必要的维修时间，从而大大增加了设备正常运行的时间，大幅度提高了生产率，产生附加的经济效益。,故障诊断是根据设备和工艺过程中发生的各种信息来识别和诊断的。由于信息的多样性，几乎涉及到自然科学的各个领域，需要广泛的理论基础。为了开发设备故障诊断技术，对于别的领域中的诊断方法、别的学科中的理论、方法以及各种现代化仪器的最新成就需给予高度重视，比如振动测试和信号分析、声发射技术、红外测温技术、热象技术、油液分析技术以
2、及各种无损检测技术。可见，故障诊断是多学科交叉的边缘科学。,诊断-根据设备运行过程中产生的各种信息来判别设备是正常运行还是发生了异常现象，即识别设备是否发生了故障，称为故障诊断,设备诊断技术的背景 设备维修的变迁,现代工业的特点,设备维修的重要性 设备事故的危害性 对设备不解体监测和诊断的要求越来越强烈 维修人员高龄化产生的问题,设备大型化、连续化、高速化和自动化。在提高生产率，降低成本，节约能源和人力，减少废品，保证生产质量等方面有很大的优势。另一方面，由于设备发生故障而造成的损失成比例增加。,现代化设备技术先进，结构复杂，点检工作量大，一般情况下很难依靠人的感官和经验把故障因素检查出来，且
3、不允许随便解体设备。要求采用先进的仪器和科学的方法，进行监测和诊断。,在许多工业化国家中，一方面经验丰富的“标准眼”，“标准耳”越来越少，另一方面青年维修工人往往缺乏应有的素质丰富的经验。寻求专家经验的在时间和空间上的延续。,解决问题的出路对设备维修工作进行改革,管理方面经济方面技术方面,用“设备综合工程学”的观点来确定维修方针、目标、组织人员和管理系统。以寿命周期费用最佳化为目标，根据对维修的经济性评价，从维修费、劣化损失、固定资产转移和折旧等因素来确定维修的方针、目标、组织人员和管理系统。大力发展设备监测和诊断技术，最引人注目的是故障诊断技术，改革维修方式。,2.技术诊断学基础,一些认识,
4、1诊断是一种新技术 传统的诊断技术（或原始的诊断技术）是凭人的感觉、听觉和人的经验对机器设备的健康进行诊断的方法，几乎是与机器的发明同时发生的。现代的诊断技术是指应用最新的现代化仪器设备和电子计算机系统等当代的最高技术来检查和识别机械设备及其零、部件的实时技术状态，诊断它是否健康的技术。,2技术诊断的基本思路识别现状 预测未来 3目标 诊断的目的是为了预防事故的发生，包含失效分析和故障预防,技术诊断学基础,一些认识 名词及定义,故障的定义故障在英语中是Fault，或失效Failure故障比失效广泛些，有时机器发生轻微或不很严重的故障时，它还没有完全失效。机器故障一台机器在它应达到的功能上丧失了
5、能力称为这台机器发生了故障。故障包括使机器设备立刻丧失其功能的破坏性故障、降低设备功能的但没有完全丧失功能的功能性故障和人为的误操作停车故障。产生故障的原因有人为误操作、由正常磨损或疲劳使机械设备达到其自然寿命和环境影响等三方面的因素。,2.技术诊断的定义技术诊断就是对系统的运行状态做出判断，其含义是定量地识别系统的状态。系统指机械设备、工艺过程、工程结构或生产系统，系统的状态是指系统运行中其功能是良好、正常、劣化或发生故障。如果系统是指机械设备，那么技术诊断就是机械设备故障诊断，要求定量地掌握设备的状态，即掌握其性能和强度，了解零件的应力状态、性能的劣化和零部件的损伤等等。从理论上讲技术诊断
6、就是系统辨识。,3.技术诊断学的定义识别系统运行状态的科学就是技术诊断学，它研究系统运行状态的变化在诊断信息中的反映。由于诊断信息的多样性，几乎涉及到自然科学的各个领域，所以需要广泛的理论基础。诊断学是多学科交叉的边缘科学,技术诊断学基础,一些认识名词及定义 技术诊断学的内容,1诊断对象 零部件的技术诊断和系统的技术诊断。系统故障与部件故障互相有关但也有差别，而部件故障与系统故障的关系，对于不同的系统也不相同，必须具体分析后才能确定。,2诊断过程 技术诊断学的内容包括状态监测、识别诊断和预测三个方面，在预测系统的可靠性和性能时，如果识别出异常状态，就要对其原因、部位和危险程度进行诊断和评价，研
7、究决定其修正和预防的方法，整个诊断过程表示在框图中。,一个系统在运行过程中必然有能量、介质、力、热及摩擦等各种物理和化学参数的传递和变化产生各种各样的信息。这些信息的变化直接和间接地反映出系统的运行状态，也就是说正常运行和异常运行时的信息变化规律是不一样的，技术诊断就是根据机器运行时产生的不同的信息变化规律信息特征来识别机器是处在正常运行状态还是异常运行状态的。,技术诊断的过程包括“信息的采集、处理系统”和“状态识别、故障诊断和决策系统”两大部分。信息采集和处理系统包括把信息转换成电信号输出的传感器和对电信号进行数据处理的信号处理系统；状态识别和诊断决策系统包括状态识别系统运行特性辨识、标准图
8、和标准谱数据库及诊断决策。,技术诊断学基础,一些认识名词及定义 技术诊断学的内容 技术诊断的分类,1功能诊断和运行诊断2定期诊断和在线监控 3直接诊断和间接诊断 4常规诊断和特殊诊断 5简易诊断和精密诊断,简易诊断一般由现场作业人员实施，能对设备的状态迅速有效地作出概括性的评价，它具有下列功能：l设备的应力状态和趋向控制，异常应力的检测；l设备的劣化和故障的趋向控制及早期发现（功能方面）；l设备的监测与保护，及早发现有问题的设备。精密诊断目的是对由简易诊断判定的“大概有点异常”的设备进行专门的精确诊断，由精密诊断的专家来进行，它具有下列功能：l 确定故障的类型，了解故障产生的原因；l 估算故障
9、的危险程度，预测其发展；确定消除故障、恢复和改善机械设备正常状态的方法。精密诊断技术的功能包括应力定量技术、故障检测分析技术。应力定量技术指用试验测定和计算技术对设备的各种应力（如电应力、机械应力、化学应力、温度应力和等）定量判定。故障检测分析技术指用失效分析和故障诊断技术对设备的关键零件进行检验、分析和对各种设备、结构、工艺流程进行诊断的技术，,必要内容：与异常或故障相对应的信号的检测引出信号的特征，即信号处理识别故障原因，标定故障部位，即用于判定故障的软件,技术诊断学基础,一些认识名词及定义 技术诊断学的内容 技术诊断的分类 技术诊断的经济效益,潜在效益：维修量优化维修工作的周期和内容，减
10、少维修费用；因素的重要性取决于设备在系统中的地位。故障率降低一些设备的不可用率，提高运行效率；可靠性在过负载期间，能提高设备控制性能和运行可靠性。,对经济效益的评估是一个很复杂的问题，一致的看法是经济效益主要表现在减少事故、降低维修费用、减少维修时间、增加运行时间。,3.技术诊断的发展概况,欧洲维修团体联盟（FENMS）英国提倡的设备综合工程学（Terotechnology）美国的后勤学（Logistics）,1986年6月4日7日在沈阳东北工学院召开了国内第一次机械设备诊断技术国际会议，会上交流了100多篇论文,1.诊断技术的发展动向，诊断方法和原理，疲劳失效及可靠性；2.旋转往复机械的技术
11、诊断，事故分析及预防；3.工程结构、机械零件和工艺过程技术诊断的研究与应用；4.诊断、监视、测试仪表、计算机在诊断技术中的应用,故障诊断和状态监控的应用现状 国外：美国最早，1967年美国宇航局倡导成立了机械故障预防小组（MFPG）70年代英国机械保健中心成立，并用于核发电、钢铁、电力等诊断。71年日本开始发展自己的TPM（全员生产维修）：钢铁、化工、铁路 欧美许多国家都在重视发展。如瑞典SPM轴承监测、挪威船舶诊断、丹麦B&K的振动与声发射诊断,故障诊断和状态监控的应用现状国内：天津大学从1982年起研究齿轮传动、轴承、齿轮箱、切削过程等方面的诊断与监控技术，成果有：1、设备的智能诊断与预测
12、维修系统2、设备在线自动报警与保护通用监控系统3、动态测试与信号分析系统4、模态分析系统 华中理工大学研究开发的汽轮发电机组诊断专家系统、钢丝绳诊断系统 西安交大：旋转机械故障诊断RB-20，用于炼油行业 国防科大：望远号远洋考察船的在线监控与故障诊断系统 哈工大：20万kW汽轮发电机组诊断,故障诊断和状态监控的应用现状特点：技术研究和积累较多 在石化、电力等方面的应用较多，效益好、易诊断 传统机械制造业应用少，主要原因是传动结构复杂、企业效益普遍不好 汽车制造业已经逐步重视，如：玉柴、吉普、桑塔纳、一汽、重庆长安、九五攻关项目等,技术诊断应用的动向,现在国内外已把技术诊断应用到各种机械设备、
13、仪器仪表，电子器件和电子计算机、交通工具和航空航天器中；应用到工程结构方面，譬如对各种建筑和水工结构、桥梁和钢结构等进行损伤诊断；焊缝质量的诊断也引起了人们的兴趣，这样技术诊断从设备的故障诊断发展到产品的质量检验和结构损伤或完好程度的鉴定。在工艺过程的诊断和控制中，在国内已广泛地开展了机械加工工艺质量的监视、诊断和控制，对带钢冷轧质量的振动监测，对热处理工艺过程，炼钢工艺过程和化工工艺过程的诊断；发展到对控制系统、电网输配等能源系统的故障诊断。,诊断方法的发展方向,60年代计算机技术的飞速发展，出现了快速富里叶变换，从而把信号处理和分析技术的软件和硬件推向新的高度。设备系统和零部件的可靠性工程
14、的发展以及对零件失效分析机理的研究等等。推动了技术诊断的飞速发展。国内外对别的领域中的诊断方法、理论和各种现代化的仪器的最新成就保持高度敏感性，凡是成熟的可借用的拿来就用，不成熟的也拿过来完善它，使它适用于诊断的目的。象振动信号处理技术、声发射技术、红外测温技术、油液分析技术以及各种无损检测技术，都是被借用于诊断目的，成为设备诊断技术的重要内容。两种以上方法的综合诊断具有较高的确诊率，象振声诊断就是其中最活跃的代表。诊断的智能化是重要的研究课题。,诊断理论的发展动向,诊断技术是根据设备运行过程中发生的各种各样的信息（一次信息）来识别和进行诊断的，或者对结构、零件和部件进行激励使之产生各种不同的
15、信息（二次信息）来诊断其损伤。由于信息的多样性，诊断技术的理论基础非常广泛，已经应用到自然科学的各个学科。涉及最多的学科有高等数学和现代数学各个分支，电子计算机计算方法，物理学中的热学、光学和声合一力学以及化学等。这些数学、物理、力学和化学等等的方法为我们对设备、工艺过程和生产系统的正确诊断提供了各方面的信息，为由局部推测整体、由现象判断本质和由当前预见未来建立了可靠的依据。,诊断装置的发展动向,诊断装置分为便携式简易诊断和在线检测精密诊断两大类别。,便携式监测和诊断工具 在线监测系统 长期性监测系统周期性监测系统随时性监测系统 智能化（如专家系统）,主要研究方向,故障结构的分析、老化机理的研究，研究同设备的异常和老化有关的故障机理。,监测传感器的开发，从此得到对应于被测设备的合适的状态量。,诊断装置的改进，包括简易诊断的系统、联机监视系统。,对诊断方法的知识工程学的利用，应用知识工程学的知识信息处理，研究开发诊断的知识化。诊断必须依靠故障原因的检索、未来的预测和预知等人类的思考，并加以知识化。,
