标签: 故障检测

一、应用背景 用户是一家从事化工生产的企业，其主要业务是通过一系列化工工艺处理生产脂肪酸，在一般的生产工艺过程中有一个水箱分离器，还有萃取器、蒸发器等化工设备。 需要振动监测的设备包括： （1）加热循环泵 （5）冷却塔 （2）渣油泵 （6）进料泵 （3）热油泵 （7）真空泵 （4）离心机 二、无线振动监测方案介绍 虹科无线振动监测方案具有 高安全性、高可靠性、全自动诊断 的优势，广泛应用于 各种旋转设备的故障诊断 。虹科无线振动监测方案包括 Accel 310高分辨率无线振动系统 ，用户能够实现每小时获取标量数据或每日诊断监控机器状态。借助先进的人工智能算法和世界上最大的机器状态数据库，在可靠的 全自动诊断平台 支持下，用户可以准确获取故障问题和优先维护建议，并通过 预测门户 网站查看资产、工厂和企业的健康评分。 三、现场部署 （1）初步的信息收集。 ·对资产的金属标签进行拍照 ·向最终用户询问技术数据表、资产规格手册和图纸（除了RPM信息，如VFD电机的电机极数量、叶轮叶片数量） ·确定轴承的合适位置和方向 ·测量轴承表面的温度读数（<105℃） ·填写存档表格 ·确定合适的位置来定位无线网关 ·确定现有的网络介质：以太网/WIFI/蜂窝网络 （2）在预测门户进行传感器和网关的标量数据采集之间的网络强度测试，确定无线网关和无线传感器的位置。 （3）在专家警报诊断系统（EADS）程序中配置MID资产。 （4）安装传感器前需对机器表面进行处理，确保机器表面清洁，无油漆、油污。 （5）在机器表面涂上环氧树脂粘合剂，并根据说明将无线传感器连接到机器/资产表面。安装传感器后12-24小时内，使环氧树脂粘合剂硬化；对资产设备进行最后的补漆。 （6）安装无线网关。 （7）在预测门户中检查传感器和网关是否在线，并收集第一个标量数据。 （8）在所有的传感器安装垫上进行额外的粘胶，以确保传感器获得更好的连接强度。 四、应用成效 （1）应用冲击解调趋势监测轴承故障 ·2022年5月12日，无线振动系统检测到冲击解调趋势增加，显示7.1 g的水平高于6.0允许限值，表明轴承磨损。 ·客户拆卸泵时发现滚珠轴承支撑架损坏，更换轴承后，冲击解调趋势降低。2022年6月8日的冲击解调显示轴承健康范围为4 g至5 g。 （2）应用标量数据监测机器运行状态和网络状态 通过预测性门户的标量数据采集，可以发现影响数据收集的网络状态，能够判断出有无网络连接。同时，也可以通过标量数据曲线判断机器设备是否在运行状态。 （3）警报通知和工作分配 无线振动监测系统会将故障分为极端、严重、中等、轻微四个等级，对于那些故障为中等等级以上的机器，可以在预测性门户设置并接收警报，工厂的运维经理可以指定负责人对机器故障进行调查和处理。 （4）应用标量数据监测轴承润滑油 用户在2021年安装了无线振动监测系统，从2022年4月开始到了4月中旬，系统实际上检测到了轴承严重程度的急剧增加，所以全自动诊断平台建议检查轴承润滑。用户检查并发现润滑油已用完，处理完润滑油泵后，仅仅过了5分钟，标量振动曲线显著下降并且趋于平稳。 五、总结 使用虹科无线振动监测方案带来的优势： 1. 减少计划外维护（趋势信息-优先考虑资产维护） 2. 减少环境事故（防止化学泄漏/浪费） 3. 减少备件/年度维护支出（早期故障检测减少意外损坏） 4. 延长资产寿命（即适当润滑/拉伸资产阈值） 5. 增加收入（更高的生产时间/正常运行时间） 该企业运维经理表示，从2022年1月至6月的过去6个月里， 虹科无线振动监测方案为企业节省了288000美元 。因此，他们在不到一年的时间内将虹科无线振动传感器的数量从20个增加到85个。

一、概述 开关系统是任何的测试系统中的关键的部分，它们允许客户通过不用的方式来连接测试仪器和被测件，从而确保了在测试的过程中被测件的不同的部分可以连接到测试仪器中，从而减少了需要用来测试的仪器设备。 很多用户可能会想到开关系统作为系统中的关键的部分，会由于各种原因而损坏，而不是因为开关系统本身不可靠。因为开关系统所处的位置是非常容易受损的，所以，意外的发生的可能性就更大了。 开关系统是基于继电器开关的，是属于机械装置，所以是有一定的使用寿命的，但是高性能的继电器的使用寿命是很长的。典型的电磁继电器（EMR）在小负载的情况下，寿命一般在1000万次，仪器级的簧片继电器拥有超过10亿次的操作次数。影响寿命的主要的因素是测试系统中的负载的特征还有开关的切换的位置的信号特征。不管是电子设备或者是继电器切换的信号是非常高的电压或者是电流，或者是在热切换（切换的时候，开关是带有信号）的情况下，将会产生电弧，从而腐蚀开关触点。 热切换对继电器的使用寿命影响很大，冷切换和热切换的影响往往是想差3个数量级的。研发者尝试着减少热切换的影响，但是事实上，很多测试由于时间方面的限制，是需要进行热切换的，这样可以防止在测试的过程中系统的重新启动或者是确保可以模拟间歇性的故障。热切换是研发者避免不了的。 其实测试系统中很多的故障不是由于继电器的正常寿命已经到了而引起，一些故障是在生产的阶段就无法进行检测而引起的。很多的故障是在测试系统中的一些意外的情况而引起的。一个经常发生的情况是系统的集成而引起的，例如由于不该连接的地方连接，如与电源之间的短路或者是在电容性的负载上进行热切换，从而引起的布线和软件方面的故障，从而影响到继电器。继电器可以阻挡部分的损害，但是随着系统的使用，继电器使用的寿命将会大大地缩短。就算正确地操作系统，但是如果进行一些故障的设备测试，这个也会给开关系统造成很大的压力。 二、开关故障诊断方法 由于开关系统的易损性，这就要求用户采用一些针对开关系统的测试检验的方式。在一些平台上，例如VXI，就曾经提供过一些继电器的检测的方法。这个方法包括了能够一些不太协调的自检方式，有时候它只是检测控制系统，而不是继电器的连接（其实这部分是很容易损坏的）。一些产品也可以检测继电器的连接，但是不能检测隔离继电器。VXI的产品包括了这方面的功能，是因为VXI的主要用户是军工和航空航天方面，这些测试的环境是非常差的，而且很少有空间可以进行自主检测。 其他的产品，如PXI，PCB板的大小有限，就很难提供自检工具。在自检工具的设计研发阶段，这些工具占用了很大的空间，这就减少了模块的密度，同时增加了成本。 由于成本和空间大小的限制，很多继电器的供应商会增加一种工具来解决这个问题，如继电器的操作次数的统计软件。在这个软件中，会统计继电器的操作的次数，从而在将要接近操作寿命的时候，将继电器更换掉。但是这种工具存在着以下的问题： 由于切换的信号的类别的不同，继电器的使用寿命将有3个级别的差距，但是这个软件不知道切换的信号的类型是什么，也就无法进行准确统计； 这个软件没有统计系统故障的能力，如被测件的故障，这个对继电器的寿命的影响很大； 簧片继电器是在不同的批次之中有不同的寿命，这个就增加了使用的不确定性。 根据以上的原因，开关系统就会有比开关的操作寿命相对长一点或者短一点的使用寿命，并且故障会产生数量级的影响而不是单纯的百分点的差别。所以如果用户基于这个软件来判别开关系统的寿命，那么将会带来不良的影响。现代的一些器件一般会比它们的理论的寿命更长。早期的预防性的措施将会替代来自其他部分的影响，特别是在前面接口部分的影响。所以就有一句哲学名言这样说的“如果在它工作的时候，你对它置之不理，那么当你开始怀疑它的时候，问题就出现了”。 三、系统级的测试 系统的集成电路中一般会包括系统水平的自主检测，特别是在系统是用来按照信号路径反馈的时候，自主检测的工具就可以执行了，例如，使用一个万用表来测试不同的路径的时候。在这方面的投入应该是很大的，而且会使系统变得复杂，路径的检测也变得复杂。系统集成商需要理解的路径的选择是在线缆接口和开关内部结合起来实现的。这样的工具可以确定在连接的过程中的故障的数目，但那是它们不能找到间歇性的部分或者故障的隔离，比如那个开关是否在系统中，或者是分辨不出是继电器或者是线缆的故障。 四、BIRST-内置继电器检测工具 自检工具已经发生了很大的变化。Pickering在2009年发布了PXI平台的第一代包括内置继电器自检工具的矩阵模块，名字叫做BIRST（Built In Relay Self Test）。这个工具是一个非常紧凑的PXI平台的计算机附件，它允许通过软件来检测在矩阵中的每个通道的阻抗，是通过不断的测试来完成的，往往是几个毫欧级的分辨率。每一个继电器都可以检测，如果有焊接短路或者是开路的继电器都可以快速地被找到，软件的分辨能力允许连接变量的变化。每一个独立的故障继电器都可以被快速地定位。下面是BIRST的用户界面： 用户需要做的是断开PXI模块，然后打开pickering提供的程序。测试的过程是很快的，每一个继电器大概就需要几十毫秒的时间。然后，软件会用图表来显示检测的结果，上面就是矩阵模块的形状，并且突出故障的继电器（如下图的红色标注的部分），这就方便用户快速地找到继电器的位置，并进行更换。 BIRST工具解决了老式的自检工具和继电器次数统计软件的缺点。它允许用户在没有额外的费用的情况下，快速地找到大量的继电器中的已经损坏的继电器，这可以避免不必要的拆卸或者关闭系统。这个工具也可以在继电器还没有损坏之前，通过检测到它的高阻抗，从而提前进行更换，这样对系统来说是一件好事。 BIRST工具同时支持系统级的测试检测，在运行系统级的测试的时候，可以集中精力与电缆和开关系统的测试。 五、BIRST数据表 用户关心的是怎么样将这个工具的结果跟数据表联系起来。BIRST通过不同的路径来检测故障，有些用户会用到仪表板。这些路径一般拥有比用户本身使用的线缆长度更长的长度，同时也包含了更多的继电器，所以阻抗往往会表现得非常的高。 另外，数据表中制定的路径的阻抗是生产过程中的焊接点的阻抗。跟随着继电器的使用，阻抗会变大，这些也受开关位置和开关类型的影响的，所以，当阻抗变化很大的时候，也就说明了开关已经步入了生命周期的晚期了。 六、使用范围 为什么BIRST只能用在矩阵上呢？因为它依靠的是两端连接（四端，用于双刀开关系统中）到系统中，是通过完整的路径来进行判断的。这个是一个复杂的过程，因为它要求这个工具通过仅有的这几个连接端来判断矩阵中的故障。一些隔离开关将会使得部分开关不能被检测到，这个时候就需要外接设备。配置别的矩阵的时候，由于会需要增加别的开关，也就会增加了一些问题。 在2015年，一种外部的测试工具叫eBIRST发布了，支持更多的矩阵面板，并且还支持非矩阵的模块，如通用的开关模块等。 七、BIRST解决方案 BIRST是在2009年发布的新一代的自检工具，它支持矩阵模块，这些矩阵模块的特点是拥有很多的继电器，有些拥有高达4406个继电器。升级版的是在后缀有一个大写的A字母，而且在未来，大部分的电流矩阵开关也将可以在BIRST中使用，而且不会增加额外的费用，因为旧版的工具可以作为赠品赠送。 在支持BIRST的产品中，它们说明书中会有BIRST的标志的。如下所示： 综上所述，可以看出BIRST作为一种开关模块的内置继电器自主检测工具，大大地提高了系统的自我检测能力，同时减少了故障排除的时间，提高了用户的使用效率，相信未来将会有更多的用户会用上这个工具的。 （本文译者 虹科电子 郑南润 转载请注明出处）

汽车电子的容错处理 随着新能源汽车的逐步上路，车上EMC状况将是一个巨大挑战。软硬件方面都应采取一定的措施提高系统容错性能。下面是笔者的一些经验整理，希望能起到抛砖引玉之作用。   在实验室验证原型的时候，通常地我们只关注功能。当从原型转向产品时，我们需要更多地考虑稳定性——在极端情况下，我们可以允许车不动，但是绝不允许车乱动。 容错的定义 如果一个系统在存在故障的情况下仍然能够正确运行，那么这个系统就是容错的。 这里“正确运行”，最低要求就是系统仍然可控。当然，在某些情况下可能会导致系统性能下降——有时候这并不算是错误，而是事前控制的一种策略。   故障基本类型与检测 1)            永久性故障： 比如 MOS 管被击穿、继电器烧结等物理损坏。这一类故障通常可以在系统启动过程中被检测出来，而一旦在常规过程中发生就往往会造成系统严重错误甚至事故。检测方法常见为增加硬件回检功能，便于处理器尽早地做出动作抑制错误。 2)            间歇性故障： 常见的线束接触不良导致在振动过程中信号频繁跳变。这一类故障可以说是最为令人烦恼的。大多数情况下系统不应该随着间歇性故障频繁地切换状态，那么这就要求检测机制具有“消抖”特性。 3)            瞬时故障： 比如 ADC 在继电器动作期间采样，电源的波动导致采样偏移。这一类故障通常可以通过添加“限幅”环节进行检测。并且在大多数系统中，由于系统固有的时间常数较大，这些瞬时故障造成的瞬时错误尚未充分体现出来就已经被抑制。   容错的基本思想 1)          容错技术的实现，最基本的就是“冗余思想”，包括： 2)          硬件冗余，例如卫星上的双机备份系统。 3)          时间冗余，“消抖”处理也可以认为是一种时间冗余措施。 4)          信息冗余，例如将系统状态变量保存到多个不同的 RAM 地址，并在使用前先进行数据对比、筛选。 5)          程序冗余，例如在 ROM 中放置一套备用程序。当引导模块检测到主程序异常时就尝试切换至备用程序。   容错技术 1)          数据校验： 如同 RAM 存储器中常见的奇偶检验、 ECC 校验技术一样，我们也可以在软件中对关键变量生成相应的校验码（甚至是纠错码）。每次对关键变量的访问都需要处理校验码，虽然增加了 CPU 负担，但是可以获得很好的系统稳定性。 2)          多样本比较：通过不同的通道（途径）采集同一数据，并比较这些数据的一致性。 3)          多版本仲裁：通过不同的算法或者模块去计算同一输出，并比较这些输出的一致性。 4)          过程监控：适用于那些具有相对固定控制流的系统。该方法类似于“令牌”法则，前一个控制节点向后传递“令牌”，后一个控制节点收到正确的“令牌”后才能执行动作。 5)          周期自检：也就是系统周期性的停机挂起，然后检查错误，并恢复运行。 6)          错误捕获：通过硬件或者软件，在那些看似不可能出现错误的地方（逻辑不可达到）放置监控模块。以便当这些错误发生时可以向上报告异常，并尝试恢复正常的时序。   =========================== NO MORE =================================