机器的远程诊断服务 数据规范 第1部分总则.docx
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机器的远程诊断服务 数据规范 第1部分总则.docx
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机器的远程诊断服务数据规范第1部分总则
ICS03.081
J07
备案号:
团体标准
T/CMIFXXXX.1-2018
机器的远程诊断服务数据规范第1部分:
总则
RemoteDiagnosticsforMachines-DataRequirements-Part1:
GeneralGuidelines
(征求意见稿)
XXXX-XX-XX发布
XXXX-XX-XX实施
中国服务型制造产业创新联盟发布
目 次
前 言
T/CMIFXXXX《机器的远程诊断服务数据规范》规划了多个部分,前几个部分提出通用要求,以及带旋转部件的机器共同采用的状态监测数据接口规范。
第1XX部分提出不同类别机器的数据规范。
第2XX部分提出机器和机器集合应用在不同行业中的数据规范。
——第1部分:
总则;
——第2部分:
编码规则;
——第3部分:
数据接口;
——第20部分:
相对振动测量数据的数据接口;
——第21部分:
绝对振动测量数据的数据接口;
……
——第101部分:
透平压缩机;
——第102部分:
隐极式同步电机;
——第103部分:
汽轮机;
——第104部分:
鼓风机;
——第105部分:
泵;
——第106部分:
水轮机发电设备;
——第107部分:
风力机械;
——第108部分:
燃气轮机;
……
——第201部分:
火力发电;
——第202部分:
石油化工;
——第203部分:
煤化工;
——第204部分:
烟草机械及设备;
——第205部分:
冶金机械设备;
——第206部分:
造纸机械及设备;
……
本部分是T/CMIFXXXX的第1部分。
本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。
本标准由中国服务型制造产业创新联盟提出。
本标准起草单位:
本标准主要起草人:
本标准为首次发布。
引 言
机器的远程诊断服务是服务型制造的一种新型工作模式。
随着互联网技术与状态监测技术的融合,机器的远程监测和故障诊断在各行各业被日益广泛地采用。
设备的使用者、制造商和服务商,投资建立了各种形式的远程监测和故障故障诊断系统来传输和归集机器状态监测数据,实现基于状态的维修和远程诊断。
由于各监测系统提供商自成体系,数据接口未实现标准化,导致状态监测数据无法便利地实现互联互通。
目前,往往采用定制开发数据转换接口的方式解决,增加了数据接入成本。
而且,从实际运营的效果来看,定制的数据转换接口存在运行可靠性不高、效率低下等问题。
因此,亟需规范状态监测数据的数据接口,以实现数据的互联互通,降低接入成本,提高数据接入可靠性和运行效率。
数据的完备程度对远程诊断工作的开展也非常重要。
目前的远程诊断系统,受种种原因的限制,往往仅为诊断人员提供振动等专用状态监测数据,并未将机器特性、装配、运行、工况、维修等数据和信息接入其中,造成诊断人员信息不充分,限制了诊断效率和质量的提升。
因此,明确列示机器的远程诊断服务所需数据项的具体清单,将提升诊断的效率和质量。
对于数据的规范不仅有助于远程故障诊断服务的开展,还将为大数据挖掘和人工智能等新兴技术的应用提供数据资源。
机器的远程诊断服务数据规范第1部分:
总则
1 范围
T/CMIFXXXX的本部分给出了机器的远程诊断服务所需的数据及来源,提出了数据与机器对象的对应关系模型。
规定了不同类型数据包含的内容。
提出了标准数据接口在不同拓扑结构模型中的部署位置。
本标准不适用于机器以外的诊断服务。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T19873.1—2005机器状态监测与诊断振动状态监测
GB/T20921机器状态监测与诊断词汇
GB/T2298机械振动、冲击与状态监测词汇
GB/T7665-2005传感器通用术语
3 术语、定义和缩略语
GB/T20921、GB/T2298和GB/T7665-2005界定的以及下列术语和定义适用与本部分。
为了便于使用,以下重复列出了GB/T20921、GB/T2298和GB/T7665-2005中的某些术语和定义。
3.1 术语和定义
机器machine
为完成具体任务(如材料加工,运动、力或能量的转换和传递)而专门设计的机械系统。
1注:
有时也称为设备。
系统system
在确定的相关关系中作为一个整体考虑、并与它们所处环境分离的一组相互关联的部分的集合。
(用内在逻辑结构表征的相关实体的组合。
)
传感器transducer/sensor
能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。
注1:
敏感元件(sensingelement),指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。
注2:
转换元件(transducingelement),指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。
注3:
当输出为规定的标准信号时,则称为变送器(transmitter)。
注4:
英文单词中的斜线符号“/”,表示其前后的词通用(下同)。
谱spectrum
以频率或波长为变量的函数的量化描述。
谱线数numberoflines
显示出来的谱线数目。
分析analysis
为了彻底地了解整体,而对系统的组成部分进行仔细研究。
数字式传感器digitaltransducer/sensor
输出信号为数字量或数字编码的传感器。
基于状态的维修condition-basedmaintenance
依据机器或系统的运行状态进行维修决策,为达到安全、经济运行要求而进行的维修。
状态监测conditionmonitoring
检测与收集反映机器状态的信息和数据。
本标准中狭义的指,通过专门用途的传感器和数据采集装置收集机器信息和数据的过程。
如,振动监测、热成像、超声、局部放电。
以区别于控制系统中的测点参数。
2注:
如果故障或失效发生,则机器状态恶化。
诊断diagnositcs
为确定故障或失效的性质(种类、状况、程度),而检验症状和症候群。
失效failure
丧失完成某项规定功能的能力。
3注:
失效是区别于故障的事件,而故障是一种状态。
故障fault
当机器的一个部件或组件劣化或出现可能导致机器失效的反常状态时,部件所处的状态。
注1:
故障可以是失效的结果,但未失效也可能存在故障。
注2:
计划内的活动或者缺乏外部资源的活动都不是故障。
功能function
任何机器或系统的一部分的合适的作用。
4注:
功能是机器或系统所要求的或期望的作用和指定的活动。
机器特征machinecharacteristics
区分机器和它的子系统特有的属性、品质和性能,依照机器和子系统的存在和作用的相对大小来规定机器的配置、性能、行为和能力。
机器系统machinesystem
机组machinetrain(不赞成使用)
机械系统中的主子系统是特定用途的机器,其余的子系统是一些部件和辅助设备,它们各自的功能集成起来支持机器的动作和工作。
预测性维修predictivemaintenance
强调对失效的预测,并依据设备的状态采取行动,以预防失效或劣化的维修。
预测prognostics
对故障的症状进行分析,以预言未来的状态和剩余使用寿命。
性能performance
机器运行工艺过程中的行为、特性和效率。
5注:
功能是机器或系统所要求的或期望的作用和指定的活动。
预警alert
当遇到选定的参数或其逻辑组合异常,要求提高警觉时,用于通知人员而设计的运行信号或警告信息。
6注:
预警是异常的第一区间,而且宜用黄色只是识别。
报警alarm
当遇到选定的参数或其逻辑组合异常,要求采取纠正行动时,用于通知人员而设计的运行信号或信息。
7注:
报警是比预警更严重的异常区间,而且宜用红色指示识别。
征兆sign
信号的特征参数,它表明有关状态的信息。
症状symptom
借助观察或测量(数据)得到的感性认识,它可以指示一个或多个故障以某种概率存在。
症候群syndrome
集合地指示或表征反常状态的一组征兆或症状。
诊断结论diagnosis
诊断过程的结果。
8注:
它给出关于被监测的故障或失效的种类、状态、程度的更详细的信息。
参数parameter
可测量的变量。
数据data
对某物理量进行测量的采样值。
9注:
被数字化的信息也是一种数据。
数据项dataitem
一个数据,可以是测点、特征值、标签。
采样sampling
以时间、角度、转数或其他独立机械变量的值为序对一个变化的物理量进行的测量。
10注:
这个词的其他意思可能被用于特定的领域中,如统计学。
采样频率samplingfrequency
对于均匀的采样数据,单位时间内采样的点数。
采样速率samplingrate
对均匀采样数据,每单位时间、角度、转数或其他独立机械变量下的采样个数。
采样间隔samplinginterval
两连续采样之间以物理单位或工程单位(例如:
时间,角度,转数)表述的数量。
诊断人员diagnositician
通过对数据、症状、征兆进行解读,以提出诊断结论的人。
11注:
也包括使用各种数据分析算法对数据进行解读以提出诊断结论的人。
数据中心datacenter
为保存机器诊断所需数据而建立的数据库及相关软件系统。
特征值characteristicvalue/descriptor
由不易解读的原始数据,通过信号处理(也称为数据处理)得出的更为直观的特征的数据项。
12注:
GB/T20921-2007/ISO13372:
2004中词汇7.2为“描述符”;GB/T22394.1-2014/ISO13379-1:
2012中将“descriptor”译为表征量。
行业中通常称为“特征值”
机器集合machinesets
由多个机器组合而成的机组、流程装置或生产线。
如汽轮发电机组、炼油厂中的催化裂化装置、烟草行业的制丝生产线等。
机器是机器组合的子对象。
3.2 缩略语
以下缩略语适用与本部分。
DCS:
分布式控制系统(DistributedControlSystem)
PLC:
可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)
SCADA:
监控和数据采集(SupervisoryControlandDataAcquisition)
4 诊断服务需使用的数据项
诊断人员依靠数据对机器的状态进行分析和预测。
在实际诊断工作中,一些诊断人员以机器为对象,关注机器的健康状态。
一些诊断人员则以流程为对象,关注流程生产的结果。
第5 章中例举了以机器为对象时,诊断中较为通用的数据项,数据的所有者和来源。
第6 章中例举了以流程为对象时,诊断中使用的数据项。
第7章、第8章和第9章则例举了适用两种对象的运行数据、状态监测数据和其他数据。
数据项的具体清单将在本标准101-299部分中提出。
5 以机器为对象时的数据项
5.1 对象的属性
开展诊断服务,需要对机械对象的属性(或称机器特征)有全面的了解。
包括:
项目
举例
机器唯一的标识符
设备编号
机器类别
压缩机/电动机/汽轮机/发电机/泵/风机
机器原始生产厂家
沈阳鼓风机集团
机器型号
额定转速
r/min
转速范围
固定转速或可变转速
额定功率
kW
动力
电/蒸汽/燃气/往复式/柴油机/水力
功能
驱动/从动
部件
轴承/密封/齿轮装置/叶轮
流体类型
水/空气/氮气/氧气/二氧化碳/合成气
以上数据来源于机器原始制造商,机器的拥有者往往也保有这些数据。
为了提升远程诊断的及时性,此类数据宜在数据中心中保存并可被诊断人员方便调用。
5.2 机器装配参数
机器装配参数与机器在不同工况下运行所表现出的状态有一定的关系。
这些数据包括
项目
举例
机器支承
刚性或弹性安装
轴连接
刚性或挠性
轴承形式
滚动/滑动/可倾瓦
轴承间隙
微米
以上数据一般包括设计数据和实际安装数据,宜分别记录。
设计数据来自于机器原始制造商,实际安装数据来源于机器原始制造商、安装单位或维修单位。
为了提升远程诊断的及时性,此类数据宜在数据中心中保存,并可被诊断人员方便调用。
维修后的机器装配参数
机器在生命周期中需要进行维修。
有些维修工作的复原过程会改变机器装配参数。
如发生此类情况,宜在数据中心中更新机器装配参数。
5.3 维护信息
机器维护工作过程中的工作记录、部件更换情况、维修报告等描述信息,对远程诊断服务有参考意义。
机器的使用者宜妥善保管,必要时提供给诊断人员。
5.4 时序数据
对象工作过程中产生的运行数据和状态监测数据在第7章和第8章描述。
6 以工艺过程为对象时的数据项
6.1 对象的属性
面向工艺过程进行诊断时,诊断人员需要了解工艺过程的质量、成本、产量、能力等对象属性。
项目
举例
核心流程
西格玛水平
标准合格率
关键质量特征
以上数据来源于工艺流程设计者或集成者,运营人员往往也保有这些数据。
为了提升远程诊断的及时性,此类数据宜在数据中心中保存并可被诊断人员方便调用。
6.2 时序数据
过程中产生的运行数据和状态监测数据在第7章和第8章描述。
7 运行数据
7.1 控制系统中的数据
无论诊断服务关注的对象时机器还是工艺过程,在控制系统,如DCS、PLC或SCADA系统中,因控制、安全等需要,都采集了一些运行数据。
其中,有许多数据可提高远程诊断服务的效率和准确性。
如:
项目
举例
功率
kW
转速
r/min
流量
m3/min
压力
Mpa
温度
℃
电压
V
电流
A
含水量
%
填充率
%
控制系统中的测点数量众多,全部接入数据中心是不经济的。
本标准后续部分将列出不同类别对象远程诊断所必需的数据项清单,供数据中心系统配置人员在进行数据接入配置时遵照。
运行数据如来自控制系统,往往受到网络安全方面的关注。
将此类数据接入数据中心时,宜根据网络安全规定和法规来操作。
这些操作可能会提高数据接入的成本,并需要控制系统的管理者予以充分配合才能实现。
客观上给此类数据的接入造成了一些障碍。
但是,机器的拥有者、使用者和诊断人员应该充分认识到此类数据对远程诊断的重要性,与控制系统管理者充分沟通并实现接入,以实现机器远程监测和预知性维修带来的便利和效益。
一些运行参数在控制系统中设立了预警和报警限值。
这些限值宜记录到数据中心,并与相应参数相关。
以便诊断人员参考。
7.2 事件数据
机器工况信息
机器在某一时刻或时间段,所处的状态。
1示例:
例如:
升速启机、惰走停机、(火力发电机)甩负荷。
预警和报警事件
在7.1 中涉及的测点发生的预警或报警事件应接入到数据中心。
8 状态监测数据
8.1 概述
状态监测数据是由专门用途的传感器和数据采集装置获得的信息和数据。
与控制系统以控制和安全为目的不同,状态监测系统的核心功能是反映机器状态,为机器诊断提供信息,其采样频率可达控制系统数据采样频率的数千倍。
故此类数据相较控制系统中的工况参数包含更为丰富的信息,对机器的失效更为敏感。
此类数据是远程诊断服务的核心数据。
此类数据包括原始数据和特征值数据。
本标准的后续部分对此类数据提出标准接口规范,以实现状态监测数据的互联互通。
将此类数据接入数据中心时,宜根据网络安全规定和法规来操作。
机器的拥有者、使用者和诊断人员应该充分认识到此类数据对远程诊断的重要性,并状态监测系统提供商充分沟通并实现接入,以实现机器远程监测和预知性维修带来的便利和效益。
8.2 原始数据
状态监测数据一般是通过高速采集获得的波,经过滤波、快速傅里叶变换等信号处理方法,得到谱。
包括:
项目
数据形态
振动
波形/谱
热成像
图形
局部放电监测
波形/谱
压力
压力脉动波形/谱
电压
波形/谱
电流
波形/谱
声
波形/谱
此类数据的采样方式(动态范围、滤波参数、采样频率、采样速率、采样间隔等),信号处理方式(窗函数、谱线数、频谱分辨率等)与数据的分辨率和失效敏感性有较大关系。
诊断人员应具备理解和运用前述采样方式和信号处理方式的知识,以便对数据进行解读。
诊断人员可参考GB/T29176。
由于采样密度高,原始数据的体量大,会占用巨大的存储空间和传输带宽。
诊断人员应根据机器故障发展的规律和诊断服务的需要,合理设置数据采样间隔、存储间隔和传输间隔。
以便在满足诊断需要的同时,更经济合理的利用存储和传输资源。
8.3 特征值
原始数据经过信号处理,计算得出特征值。
特征值更加直观,且数据体量大大缩减,但包含的信息量也减少了。
特征值常用作预警,以便诊断人员在机器故障初期及时发现机器劣化的发生和发展过程。
特征值及其变化形态,还可以成为故障的征兆、症状或症候群,用做诊断。
9 其他数据或信息
9.1 人工输入的状态标记
机器的操作人员和诊断人员对机器运行状态的标记信息,对于诊断服务工作有帮助。
有条件时,宜将标记信息输入到数据中心,并与机器和时刻进行对应。
9.2 人工采集的数据
采用离线式仪器或自动数据采集后,由人工录入或经人工干预后录入数据系统的数据。
9.3 人工诊断结论
诊断人员诊断工作的成果宜记录到数据中心,并与机器和时刻进行对应。
诊断结论的具体要求可以参考GB/T22394.1
9.4 数据质量标签
带有自诊断功能的传感器,或者通过数据相关性验证等方法,可以对数据质量状况进行标记。
如果具备数据质量标签,应接入到数据中心,使诊断人员可获得数据质量标签信息。
数据接口中宜具备数据质量标签。
10 数据与对象的对应关系
10.1 对象
数据总是对应于某个对象的。
只有明确给出数据和对象的对应关系,诊断人员才能使用这些数据。
本标准中的对象有:
——机器
如:
离心式压缩机、汽轮机、发电机、电动机、泵等。
——机器集合
由多个机器组合而成的机组、流程装置或生产线。
如汽轮发电机组、炼油厂中的催化裂化装置、烟草行业的制丝生产线等。
机器是机器组合的子对象。
——模块
为了表述和阅读的方便性,本标准后续部分中,将机器中具有相似数据结构的部件定义为模块。
模块比机器的范围更小,模块可以组合成机器。
——工艺过程
如:
核心流程等
机器的远程故障诊断服务的对象包括:
机器、机器组合和工艺过程。
模块往往不是远程故障诊断服务的对象。
10.2 对象与子对象及数据的从属关系
对象与其子对象及数据的从属关系见图1所示。
该从属关系在数据库中,以编码来表示。
参见本标准第2部分。
图1 对象与其子对象及数据的从属关系
——对象名称及编码
即为对象唯一的标识。
编码规则在本标准第2部分中规范。
——对象的属性
即4.2 中涉及的数据。
——子对象清单
列出所包含的所有子对象。
没有子对象则为空。
——测点清单
列出所有运行数据测点(参见4.5 )和状态监测(参见4.7 )测点清单。
——其他数据
即机器的装配参数(参见4.3 )、维护信息(参见4.4 )和其他数据或信息(参见4.8 )
10.3 数据与对象的位置关系表示
诊断人员在进行诊断工作时,需要了解传感器的安装部位、安装方式、角度等信息。
尤其是采集运行数据和状态监测数据的传感器。
通过以下方式获得位置信息:
——数据名称指示
2示例:
汽轮机联端振动X、低压缸入口压力
——机器概貌图
——工艺流程图
——机器设计图纸
13注:
GB/T19873.1-2005/ISO13373-1:
2002附录D中提到的MIMOSAVB-001协议,在MIMOSA网站已经找不到了。
而且由于其复杂性,导致实际使用时可读性不好,故不建议采用。
这些信息宜直接显示在诊断人员所使用的软件界面上。
11 数据类型
11.1 数据类型
本标准中将数据分为四种类型,即常量类型、时序类型和事件类型。
每种类型包含的内容不同。
11.2 常量数据
常量数据通常在机器的生命周期内不经常随时间而变化的数据。
如:
——对象的属性(参见:
5.1 和6.1 );
——机器装配参数(参见:
5.2 )。
常量数据应包括下面的内容:
——名称:
用来描述该数据;
——编码:
对数据赋予编码;
——值类型:
可以是数字、字符串或日期;
——单位:
当值类型是数字时,需要给出单位。
单位是一个字符串,比如:
“℃”,“Mpa”等。
11.3 时序数据
时序数据是指按照时间顺序产生的数据,通常是以测点为单元每隔一段时间采集一组数据。
如:
——运行数据(参见7 );
——状态监测数据(参见8 );
时序数据应包括下面的内容:
——名称:
用来描述该数据;
——编码:
对数据赋予编码;
——值类型:
运行数据、状态监测数据(需给出类型,如振动);
——单位:
有物理意义的测点,需要给出单位。
单位是一个字符串,比如:
“℃”,“Mpa”等;
——预警和报警限值:
当具备限值时,提供低低、低、高、高高,四个限值。
11.4 批次数据
将同一批原料、同一班次、同一组(台)设备生产的同一规格的成品或半成品称为一个生产批次。
批次数据是指按照批次进行生产的工艺过程中产生的数据。
批次数据的来源包括的内容类似于时序数据。
但是以生产批次号为标签。
11.5 事件数据
事件数据与时刻有关系,但产生的间隔不是确定的。
——事件数据(参见7.2 )
事件数据应包括下面的内容:
——事件对象:
产生这一事件的对象(给出对象唯一编码),或者测点(给出测点唯一编码);
——类型:
例如:
预警、报警、启机、停机、甩负荷、保护等。
12 数据系统
12.1 三种基本模型
数据系统用来将数据和信息传递给诊断人员的信息基础设施。
不同行业、不同的机器和机器集合、不同的诊断服务需求,导致数据系统的组成形式各有不同。
本部分归纳了3种拓扑结构模型,由这3种基本模型可以组合产生多种满足现实需要的数据系统。
附录A中,给出了几个现实的机器远程监测和诊断系统拓扑结构图。
12.2 传感器-数据采集器-数据中心
此模型中,传感器输出模拟信号,数据采集器进行模数转换(A/D转换),转换为数据(也称数字信号),然后再传递到数据中心进行数据存储和数据呈现。
14注:
对于运行数据(参见7 ),数据采集器一般称为变送器(transducer)。
12.3 传感器-数据中心
此模型中,传感器已经集成了模数转换功能,可以直接输出数据(也称数字信号)。
数据直接传递到数据中心进行存储和呈现。
12.4 源数据中心-目标数据中心
此模型中,数据由一个数据中心传递到另外一个数据中心。
由于各种原因,不同的数据中心之间需要进行数据传递。
数据传递可以是单向的,也可以是双向的。
传递的数据,可以是全部的数据,也可以是经过筛选或过滤之后的数据。
数据可以是未经处理的数据,也可以是经过某些处理之后的数据。
13 标准数据接口
13.1 概述
本标准的后续接口部分将给出数据接口的规范。
符合本标准要求的数据接口规范的数
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- 机器的远程诊断服务 数据规范 第1部分总则 机器 远程 诊断 服务 数据 规范 部分 总则