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摘要：起重机为海洋船舶辅助系统核心装备之一，因运行环境特殊，起重机运维管理及故障检修难度大，若故障处理不及时会严重影响船舶各项工作的开展。为此本文介绍了一种船载起重机液压系统的故障诊断专家系统，通过对起重机液压系统运行状态的实时监控及故障专家诊断，有效排除设备故障风险，确保船载起重机稳定运行。
关键词：船载起重机;液压系统;故障诊断;专家系统
引言：
船载起重机服务于海上作业活动，例如设备吊运、生产补给、物资运输等，其运行状态关系到相关活动的顺利开展。随着海上作业等活动的频繁开展，船载起重机的重要性和使用需求也明显上升，对其运行质量提出更严格的要求，因此有必要引入故障诊断专家系统，对起重机故障管理方式做全面升级。
一、船载起重机液压系统简介
船载起重机液压系统利用控制元件控制换向阀的开闭状态，结合起重机运行工况，对液压系统油路方向、压力、流量等参数做针对性调整，使起重机始终保持稳定的运行状态。液压系统运行过程可实现无级调速，且可调范围非常大，同时具备操作便捷的优点，在起重机系统中的应用非常普遍。起重机液压系统起升单元通过上限位、下限位、变幅下限位等方式进行控制，新型液压系统还添加了应急释放功能，可在起重机动力中断后以手动方式启动起升单元。
二、液压系统故障诊断专家系统构建
2.1系统架构搭建
船载起重机液压系统故障诊断专家系统架构可划分为四个模块，分别为人机交互模块、数据库、内核模块和输出模块。其中，人机交互模块提供起重机运行状态监控及故障诊断管理的有关功能，如历史数据查询、信息上传、资料打印、权限管理、故障报警提示等。人机交互模块采用账号密码登录的方式，防止无关人员私自进入专家系统，以确保系统运行安全。数据库用于存储大量起重机液压系统运行的标准数据、实时数据、常见故障的原因、诊断规律及处理措施等。数据库为专家系统的核心，有关故障诊断的信息、知识均存储在数据库当中。内核模块处于专家系统的底层，在此完成液压系统故障信息的处理和分析，其包括知识处理、知识预处理、解释机、推理机等模块。输出模块则用以输出液压系统故障诊断结果，如诊断信息、分析流程、故障处理意见等。
2.2软件系统设计
船载起重机液压系统故障诊断专家系统以专家系统技术为基础，可利用AMESim软件完成故障仿真分析。利用Visual Basic软件调用Matlab函数完成液压系统故障的在线诊断，将诊断结果存储至数据库当中。软件系统具体设计流程如下：
2.2.1开发环境选择
在工控机上安装SQL Server数据库、Visual Basic、PLUS+1 GUIDE5.0等软件，构建专家系统软件开发环境[1]。其中，SQL Server数据库负责实时数据存储及故障诊断知识。PLUS+1 GUIDE5.0为一种先进的通信软件，可满足多种通信方式需求，实时采集、显示起重机运行现场数据。
2.2.2人机交互界面
起重机液压系统故障诊断专家系统的使用主体为管理人员和技术维修人员，为满足不同使用主体的操作需求，人机交互界面的设计必须简洁明了，能够便捷化开启各功能项。但同时也要兼顾人机交互界面的美观性，保证界面后期使用体验。
2.2.3故障诊断模块
故障诊断模块提供人工和離线两种故障诊断方式，以启用数据库中起重机液压系统的运行数据，完成故障在线诊断。
2.3硬件系统设计
2.3.1系统结构
故障诊断专家系统功能实现依托于来自起重机运行现场的各类状态信息，确保信息采集精度和全面性是专家诊断质量提升的前提。专家系统应保证信息采集通道不低于17路，其中3路用作模拟量，采集信号的频率在100Hz以上，对于采集到的起重机运行状态信息，最短的保存时间不应低于2周。以压力信号的采集为例。压力传感器采集起重机液压系统实时压力的电流信号，并在控制器完成电流信号向电压信号的过渡。
2.3.2设备选型
专家系统终端硬件设备主要是安装在起重机运行现场的各类传感器和仪器仪表，依照起重机液压系统运行产生信号源类型，传感器设备的选型方案如下：
（1）压力传感器。压力传感器选择需根据起重机现场运行条件、工作电压、输出信号等因素进行，且要求压力传感器具备优良的防碰撞、抗外部干扰、防压力峰值的能力。
（2）转速传感器。本文研究的故障诊断专家系统使用HD传感器，该转速传感器的原理为非接触测量，将传感器安装在液压系统马达轴向柱塞元件的测量孔内。传感器采集电压频率信号，经处理后可计算得出液压系统马达的实际转速。
2.3.3监测点布置
在确定专家系统硬件结构并完成设备选型后，监测点选取的科学性就在很大程度上决定了专家系统获取液压系统状态信号的精确性，进而对故障专家诊断的结果产生影响。起重机液压系统运行信号源包括开关量、模拟量和编码等，不同类型的信号需使用不同的采集方法，具体监测点的选取应涵盖油箱液位、油温、滤油器堵塞信号、液压泵出口压力、变幅油缸压力、起升马达压力及转速、回转马达压力及转速等[2]。
2.4系统功能实现
考虑到故障诊断专家系统的使用价值和适用范围，在系统功能实现上不拘泥于液压系统故障诊断，将系统运行状态管理及故障诊断功能相结合。
（1）信息实时显示。人机交互界面实时更新起重机运行核心参数，包括液压系统压力值、液压油油位、起重机关键部位应力值等。各项状态指标均在系统内预设标准范围，若实际值超出标准值，系统自动给出声光报警提示。
（2）运行工况记录。系统自动采集起重机运行参数，构建运行工况趋势模型，对起重机的实际运行情况进行监督，为故障原因分析提供理论参考。
（3）自动预警功能。系统内存有起重机液压系统正常运行的各项标准化数据，并设置系统正常运行的参数范围，当来自各类传感器的现场运行参数超出该范围后，系统可自动报警并显示运行异常的系统节点，提示管理人员及时关注，避免引发实质性的运行故障。
（4）远程监控功能。通过海油内网，可将船载起重机运行状态信息实时传输回地面监控中心，使管理人员详细了解平台起重机运行情况，向系统下达调控指令，并以语音、视频指导的方式指导现场故障处理工作的有序开展。
（5）数据分析功能。专家系统可对起重机液压系统的运行数据做自动统计，依照时间维度或具体的运行参数，输出起重机液压系统运行统计图表，辅助平台设备设施管理工作开展。
（6）故障诊断功能。故障诊断为专家系统的核心功能，系统数据库中存有大量起重机及起重机液压系统的设备信息、历史运行数据、标准运行参数、常见故障类型及诊断方案、专家意见等。将来自生产现场的状态信息与数据库中的标准信息相对比，以及时挖掘是否存在异常数据，发现异常数据第一时间报警并进行故障诊断，使系统故障可在短时间内被有效排除，避免影响起重机系统的正常运行。
结论：
船载起重机液压系统故障诊断专家系统的应用大大提高了液压系统故障诊断效率和准确性，从而有效降低液压系统故障概率，并将故障不利影响控制在最小范围。随着专家系统性能提升及功能完善，液压系统故障诊断能力也将进一步提升，确保起重机运行质量。
参考文献：
[1]罗朝霞，许巍，杨济增，等.船载起重机液压系统故障诊断分析[J].中国修船，2020，33（01）：47-48.
[2]崔宝柱.海上平台起重机典型液压系统功能原理及故障分析[J].内燃机与配件，2019（13）：150-151.
关键词：船载起重机;液压系统;故障诊断;专家系统
引言：
船载起重机服务于海上作业活动，例如设备吊运、生产补给、物资运输等，其运行状态关系到相关活动的顺利开展。随着海上作业等活动的频繁开展，船载起重机的重要性和使用需求也明显上升，对其运行质量提出更严格的要求，因此有必要引入故障诊断专家系统，对起重机故障管理方式做全面升级。
一、船载起重机液压系统简介
船载起重机液压系统利用控制元件控制换向阀的开闭状态，结合起重机运行工况，对液压系统油路方向、压力、流量等参数做针对性调整，使起重机始终保持稳定的运行状态。液压系统运行过程可实现无级调速，且可调范围非常大，同时具备操作便捷的优点，在起重机系统中的应用非常普遍。起重机液压系统起升单元通过上限位、下限位、变幅下限位等方式进行控制，新型液压系统还添加了应急释放功能，可在起重机动力中断后以手动方式启动起升单元。
二、液压系统故障诊断专家系统构建
2.1系统架构搭建
船载起重机液压系统故障诊断专家系统架构可划分为四个模块，分别为人机交互模块、数据库、内核模块和输出模块。其中，人机交互模块提供起重机运行状态监控及故障诊断管理的有关功能，如历史数据查询、信息上传、资料打印、权限管理、故障报警提示等。人机交互模块采用账号密码登录的方式，防止无关人员私自进入专家系统，以确保系统运行安全。数据库用于存储大量起重机液压系统运行的标准数据、实时数据、常见故障的原因、诊断规律及处理措施等。数据库为专家系统的核心，有关故障诊断的信息、知识均存储在数据库当中。内核模块处于专家系统的底层，在此完成液压系统故障信息的处理和分析，其包括知识处理、知识预处理、解释机、推理机等模块。输出模块则用以输出液压系统故障诊断结果，如诊断信息、分析流程、故障处理意见等。
2.2软件系统设计
船载起重机液压系统故障诊断专家系统以专家系统技术为基础，可利用AMESim软件完成故障仿真分析。利用Visual Basic软件调用Matlab函数完成液压系统故障的在线诊断，将诊断结果存储至数据库当中。软件系统具体设计流程如下：
2.2.1开发环境选择
在工控机上安装SQL Server数据库、Visual Basic、PLUS+1 GUIDE5.0等软件，构建专家系统软件开发环境[1]。其中，SQL Server数据库负责实时数据存储及故障诊断知识。PLUS+1 GUIDE5.0为一种先进的通信软件，可满足多种通信方式需求，实时采集、显示起重机运行现场数据。
2.2.2人机交互界面
起重机液压系统故障诊断专家系统的使用主体为管理人员和技术维修人员，为满足不同使用主体的操作需求，人机交互界面的设计必须简洁明了，能够便捷化开启各功能项。但同时也要兼顾人机交互界面的美观性，保证界面后期使用体验。
2.2.3故障诊断模块
故障诊断模块提供人工和離线两种故障诊断方式，以启用数据库中起重机液压系统的运行数据，完成故障在线诊断。
2.3硬件系统设计
2.3.1系统结构
故障诊断专家系统功能实现依托于来自起重机运行现场的各类状态信息，确保信息采集精度和全面性是专家诊断质量提升的前提。专家系统应保证信息采集通道不低于17路，其中3路用作模拟量，采集信号的频率在100Hz以上，对于采集到的起重机运行状态信息，最短的保存时间不应低于2周。以压力信号的采集为例。压力传感器采集起重机液压系统实时压力的电流信号，并在控制器完成电流信号向电压信号的过渡。
2.3.2设备选型
专家系统终端硬件设备主要是安装在起重机运行现场的各类传感器和仪器仪表，依照起重机液压系统运行产生信号源类型，传感器设备的选型方案如下：
（1）压力传感器。压力传感器选择需根据起重机现场运行条件、工作电压、输出信号等因素进行，且要求压力传感器具备优良的防碰撞、抗外部干扰、防压力峰值的能力。
（2）转速传感器。本文研究的故障诊断专家系统使用HD传感器，该转速传感器的原理为非接触测量，将传感器安装在液压系统马达轴向柱塞元件的测量孔内。传感器采集电压频率信号，经处理后可计算得出液压系统马达的实际转速。
2.3.3监测点布置
在确定专家系统硬件结构并完成设备选型后，监测点选取的科学性就在很大程度上决定了专家系统获取液压系统状态信号的精确性，进而对故障专家诊断的结果产生影响。起重机液压系统运行信号源包括开关量、模拟量和编码等，不同类型的信号需使用不同的采集方法，具体监测点的选取应涵盖油箱液位、油温、滤油器堵塞信号、液压泵出口压力、变幅油缸压力、起升马达压力及转速、回转马达压力及转速等[2]。
2.4系统功能实现
考虑到故障诊断专家系统的使用价值和适用范围，在系统功能实现上不拘泥于液压系统故障诊断，将系统运行状态管理及故障诊断功能相结合。
（1）信息实时显示。人机交互界面实时更新起重机运行核心参数，包括液压系统压力值、液压油油位、起重机关键部位应力值等。各项状态指标均在系统内预设标准范围，若实际值超出标准值，系统自动给出声光报警提示。
（2）运行工况记录。系统自动采集起重机运行参数，构建运行工况趋势模型，对起重机的实际运行情况进行监督，为故障原因分析提供理论参考。
（3）自动预警功能。系统内存有起重机液压系统正常运行的各项标准化数据，并设置系统正常运行的参数范围，当来自各类传感器的现场运行参数超出该范围后，系统可自动报警并显示运行异常的系统节点，提示管理人员及时关注，避免引发实质性的运行故障。
（4）远程监控功能。通过海油内网，可将船载起重机运行状态信息实时传输回地面监控中心，使管理人员详细了解平台起重机运行情况，向系统下达调控指令，并以语音、视频指导的方式指导现场故障处理工作的有序开展。
（5）数据分析功能。专家系统可对起重机液压系统的运行数据做自动统计，依照时间维度或具体的运行参数，输出起重机液压系统运行统计图表，辅助平台设备设施管理工作开展。
（6）故障诊断功能。故障诊断为专家系统的核心功能，系统数据库中存有大量起重机及起重机液压系统的设备信息、历史运行数据、标准运行参数、常见故障类型及诊断方案、专家意见等。将来自生产现场的状态信息与数据库中的标准信息相对比，以及时挖掘是否存在异常数据，发现异常数据第一时间报警并进行故障诊断，使系统故障可在短时间内被有效排除，避免影响起重机系统的正常运行。
结论：
船载起重机液压系统故障诊断专家系统的应用大大提高了液压系统故障诊断效率和准确性，从而有效降低液压系统故障概率，并将故障不利影响控制在最小范围。随着专家系统性能提升及功能完善，液压系统故障诊断能力也将进一步提升，确保起重机运行质量。
参考文献：
[1]罗朝霞，许巍，杨济增，等.船载起重机液压系统故障诊断分析[J].中国修船，2020，33（01）：47-48.
[2]崔宝柱.海上平台起重机典型液压系统功能原理及故障分析[J].内燃机与配件，2019（13）：150-151.