论文总字数：21337字

摘 要

油液是工业的血液，它不仅能为工业设备提供能源动力，还能作为工作介质维持机械设备的正常运转。油品品质的好坏直接影响工业设备的运行状态，也直接关乎设备生产的经济性。为了高效生产，油品多参数在线测量技术越来越广泛地被应用于监测设备的安全生产、设备故障诊断、指导检修和换油周期等方面。

汽轮机是极为重要的一种工业设备，其自身及配套设备具有复杂的油液系统为保障安全运行起着润滑、冷却、密封和调速作用。在线油液分析系统运用于汽轮机设备能通过对油品各参数的实时分析来诊断设备的运行状态是否安全、对故障原因进行诊断分析。

本文对油液分析系统的研究背景及现状做简要介绍，并设计一套基于FPS2800B12C4型流体特性传感器的多参数油液分析系统，监测参数为温度、密度、介电常数和粘度四个量，并实现数据的显示、存储及参数设置的功能，设计内容包括硬件设计方案和软件设计方案两部分，开发工具为Visual C 6.0。最后对该油品分析系统在汽轮机设备故障分析与诊断方面的应用给出详细的分析，通过不同的参数变化组合来分析汽轮机油系统所对应发生的设备故障。

关键词：油液 多参数测量 故障诊断

The design of the on-line multi-parameters oil detection system

03011122 Chen Dongdi

Supervised by Liu Zhenxiang

Abstract: Oil is the blood of industry. It not only provides energy and power for industrial facilities, but also keep them working well as medium. The quality of oil impacts industrial facilities’ operating condition directly, as well as the efficiency. In order to product more efficiently, the multi-parameters oil detection technology is more and more used on monitoring production、diagnosing malfunction of facilities, suggesting maintenance and oil exchanging cycle, etc.

The steam turbine is an important industrial facility. The complex oil system of itself and its affiliated facilities contributes on lubricating, cooling and speed governing to ensure producing safely. The on-line oil detection system which used on steam turbines can detect operating condition well or not, and give diagnosis of malfunction by analyzing the oil parameters in real time.

This paper gives a brief introduction to the searching background and current situation of the oil detection system at first, then designs an on-line multi-parameters oil detection system based on the sensor FPS2800B12C4 in terms of theory. The system enables the process of data display, remaining and parameters setting. Temperature, density, viscosity and dielectric constant are monitored with the system. The design contains two parts of hardware design and software design, with the development tool Visual C 6.0. Finally the paper gives detail analysis of the oil detection system on malfunction analyzing of the steam turbine and application of diagnosis. Facility malfunctions can be diagnosed through different parameter change combinations.

Key words: oil, multi-parameter detecting, malfunction diagnosis

目 录

摘要 I

Abstract II

目 录 III

1 绪论 1

1.1 油液分析系统的研究背景及现状 1

1.1.1 油液监测的主要指标 2

1.1.2 油品监测的常用技术及比较 2

1.2 汽轮机设备故障分析与诊断 4

1.2.1 汽轮机的油液系统 4

1.2.2 油品污染引发的设备故障 4

1.3 本课题的主要内容 5

2 油液分析系统的硬件设计方案 6

2.1 系统总体设计 6

2.2 多参数传感器FPS2800B12C4的功能特征 7

2.3 CAN总线通信协议及J1939协议 9

2.4 CAN总线接口电路设计 10

2.5 RS232总线通信接口设计 12

2.6 本章小结 13

3 油液分析系统的软件设计方案 14

3.1 主程序设计 15

3.2 MCP2515初始化程序设计 16

3.3 RS232数据接收与发送程序设计 17

3.4 CAN总线数据的接收与发送程序设计 17

3.5 系统界面设计 17

3.6 本章小结 19

4 油液分析系统在汽轮机设备故障分析与诊断方面的应用 19

4.1 温度、粘度、密度、介电系数与其他主要指标之间的关系 19

4.2 基于测量参数变化的汽轮机设备故障分析与诊断 20

4.3 本章小结 21

结束语 22

致谢 22

参考文献(References) 23

多参数油液在线分析系统设计开发

1、绪论

随着科技的快速发展,自动化水平不断提升,功能日渐完善,设备安全性和可靠性也越发重要。油液检测技术可以通过测量油液的各种参数来了解油品品质,广泛的被应用于了解设备运行状态、诊断设备故障、指导设备的换油周期使之保持最佳工作状态等各方面，应用范围几乎跨度所有工业行业。本课题研究的多参数油品检测系统在保障设备正常运行、延长使用寿命、故障的提前预警、提高企业自动化水平及经济性等方面具有重要意义。

1.1 油液分析系统的研究背景及现状

油液分析技术是借助对系统有代表性油样的分析来获取机器润滑和磨损状态信息，实现机器故障预测和诊断的。最初的油液分析技术只是油污染的分析，主要分析油品粘度、酸值、水分、闪点和机械杂质等理化指标以评价油液质量。随着工业化的进一步发展，人们积极探索油液分析对设备故障诊断的应用并取得了突破性的进展。国外对油液监测技术的探究开始较早，我国于70年代末才引进油液监测技术，但后期取得了长足的进步。60年代中期国外产生了颗粒计数法来分析油液污染程度；70年代铁谱技术问世得以全面分析油液中颗粒物浓度、尺寸、形状、成分等各种信息，通过这些信息可以分析设备的磨损状态及部位，这种技术很快普及并应用于设备故障诊断并形成了“微观摩擦学”的概念；80年代发明了红外光谱技术，可以通过对油液中水份、添加剂等指标分析得到油液的变质情况；90年代气相色谱和质谱仪测定油液组分变化的技术得到发明和普及^【1】。在这过程中，研究方法也在不断进步，图像处理技术、分形理论、特征提取方法、信息融合技术、模糊数学、小波分析技术、灰色系统理论和专家系统等一系列新技术不断得到应用^【2】。

上述离线监测方法不断成熟，但始终不能避免其监测周期长、不能及时反映设备运行状态、测试过程中污染侵入环节较多和对实验人员依赖比较大等问题^【3】。进入21世纪，随着工业自动化、通信技术和传感器技术的发展，油液在线监测技术也得到了飞速发展。在传感器方面，基于油液单参数测量的传感器最先得到研发和普及，国内外许多公司都有开发生产，如Cambridge Viscosity公司研发的SPC/L311在线监测粘度传感器、英国Kittiwake公司研发的在线水分传感器和FG型在线磨粒量传感器^【4】等。目前传感器正朝着多参数在线监测方向发展，美国MEAS公司已经研发出了世界上第一台多参数流体特性传感器FPS2800B12C4，具有同时测量粘度、温度、密度和介电系数四项参数的功能。同时，监测系统研究方法方面也在朝着多元化发展，基于网络化、可视化和远程化的网络油液在线监测智能分析系统，基于形貌识别、图像监测和集成诊断等在线油液监测技术的都相继问世^【3】。技术方面有了长足进步，然而在线油液监测技术目前尚未有一个准确的定义，更没有形成系统的在线油液监测技术理论体系架构和内涵描述。同时在线油液监测技术工程化实施、应用标准研究进展缓慢，还有待发展^【5】。

1.1.1 油液监测的主要指标

设备的健康状况与其油品的质量息息相关，油品检测技术越来越得到深入运用，油品的检测指标主要为：颗粒物大小及数目、粘度、粘度指数、水含量、闪电、总酸值等。

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