基于物联网技术的盾构油液在线监测系统研究

专利名称：一种油液在线监测系统专利类型：发明专利
发明人：白进东,李艳妮
申请号：CN202210164240.X 申请日：20220222
公开号：CN114487361A
公开日：
20220513
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及油液监测系统技术领域，且公开了一种油液在线监测系统，包括在线平台服务器、监测分析模块、本地控制模块和监测采集模块；所述监测采集模块包括第一传感器组、第二传感器组和第三传感器组，用于实时监测工业设备机器的油箱内油液数据、油液状态和油液质量，还包括采集检测工业设备机器的机器运转状态和振动值；所述本地控制模块以获取实时监测数据，所述监测分析模块将获得的实时监测数据进行分析后得到实时多元曲线和预测变化数据；所述在线平台服务器用以在线和远程监控油液数据，预测信息并智能诊断且及时管控处理。

本发明具备对设备实时多维度监测，智能分析和诊断的有益效果。

申请人：白进东
地址：719315 陕西省榆林市神木县大柳塔镇神东小区2号高层1606室
国籍：CN
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基于FPGA的油液在线监测系统把鑫;王吉芳;左云波;谷玉海;郑长松【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2015(000)006【摘要】润滑油中的磨粒是机械当前磨损状态的重要信息载体，因此发展磨粒在线监测技术对于评价机械工况和预测机械故障具有重要意义。

本文设计了一种基于FPGA的油液在线监测系统，主要通过分析双激励螺旋管式磨粒传感器实现原理，提出油液磨粒监测模块中传感器激励电路、采集电路、FPGA控制器配置电路等电路设计方法以及油液在线监测系统总体实现方案。

对油液中不同粒度的磨粒监测结果表明：该油液在线监测系统可以有效监测机械运行中的磨损信息，并且对于铁磁性磨粒的分辨率达到180μm。

【总页数】4页(P103-106)【作者】把鑫;王吉芳;左云波;谷玉海;郑长松【作者单位】北京信息科技大学，机电系统测控北京市重点实验室，北京100192;北京信息科技大学，机电系统测控北京市重点实验室，北京 100192;北京信息科技大学，机电系统测控北京市重点实验室，北京 100192;北京信息科技大学，机电系统测控北京市重点实验室，北京 100192;北京理工大学机械与车辆学院，北京 100081【正文语种】中文【中图分类】TP277【相关文献】1.基于光学法的油液磨粒在线监测系统设计 [J], 胡泽民;施洪生;亢凯;阎渊海2.基于超声传感器的油液磨粒在线监测系统的研究 [J], 吕纯;张培林;吴定海;徐超;张云强;李一宁3.基于VC＋＋的油液磨粒超声在线监测系统的设计与实现 [J], 李一宁;张培林;徐超;张云强;孙玉振4.基于物联网技术的盾构油液在线监测系统研究 [J], 吴朝来5.基于物联网技术的盾构油液在线监测系统研究 [J], 吴朝来;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

矿山机械液压油污染在线监测系统设计发表时间：2018-07-26T12:03:57.003Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第7期作者：原寿青[导读] 液压系统的早期故障诊断维护在很大程度上取决于油液监测信号的品质，通过对其进行实时在线监测原寿青招金矿业股份有限公司蚕庄金矿山东招远 265402摘要：液压系统的早期故障诊断维护在很大程度上取决于油液监测信号的品质，通过对其进行实时在线监测，可为按质换油提供合理建议。

光散射法测量技术具有设备成本低，精度较高的特点，监测系统报警后，可现场提取油液试样再进行精度更高的离线检测，为设备的预防性维护提供重要依据。

文章给出了双参考监测系统示意，分析了油液监测精度的影响因素，提出了相应的对策。

关键词：矿山机械；液压油污染；监测引言：随着现代化科学技术的迅猛发展，电子技术、计算机技术和液压传动融合程度的不断提高，液压系统在矿山机械中的应用也越来越普遍。

液压油质量以及被污染情况对液压系统工作状态的影响较大，特别是液压油污染给矿山机械液压系统造成的负面影响更是不容忽视。

笔者在此所阐述的矿山机械液压油污染在线监测系统可以实时监测液压油质量，一旦液压油污染达到预先设定的标准，系统将会自动发出警报，并及时采取清洁处理措施，确保设备运行的正常性。

1矿山机械液压油污染的来源危害1.1液压油氧化变质山机机械在工作时，液压系统由于各种压力损失产生大量的热量，使系统液压油温度上升，系统温度过高时液压油容易氧化，氧化后会生成有机酸，有机酸会腐蚀金属元件，还会生成不溶于油的胶状沉淀物，使液压油的粘度增大，抗磨性能变差。

1.2液压油中混入水分和空气液压油新油有吸水性，含有微量水分；液压系统停止工作时系统温度降低，空气中的水气凝结成水分子混入油中。

液压油中混入水分后，将降低液压油的粘度，并促使液压油氧化变质，还会形成水气泡，使液压油的润滑性能变差还会产生气蚀。

液压油能溶解部分空气，有时还会吸入气泡。

盾构设备的自动化与智能化研究近年来，随着城市化进程的加快，地下空间的建设变得愈发重要，而盾构设备作为地下工程建设的主要工具，其自动化与智能化的研究也日益受到关注。

本文将从盾构设备的自动化和智能化两个方面进行探讨。

一、盾构设备的自动化研究盾构设备的自动化是指通过自动控制系统实现盾构施工过程中的各项操作，提高施工效率，降低人力资源的使用。

自动化技术在盾构设备中的应用主要包括以下几个方面：1.1 自动导向系统自动导向系统是盾构设备的核心控制系统之一，其作用是通过传感器和控制器实时感知盾构机的位置和姿态，并自动调整刀盘的运行方向和速度，从而保证盾构机的行进路径符合设计要求。

自动导向系统可以大大减少人为操作的错误，提高施工精度和效率。

1.2 自动控制系统自动控制系统是盾构设备的另外一个重要组成部分，它通过传感器、执行器和控制器实现对盾构机各个部件的自动控制和调整。

例如，自动控制系统可以实现对刀盘转速的自动调节，保证在不同地质条件下刀盘的运行稳定性；还可以实现对刀盘前进速度的自动调节，实现施工过程的快速高效。

1.3 自动数据采集与监测盾构设备的自动化研究还涉及数据的采集与监测，通过传感器和数据采集设备实时获取盾构施工过程中的各项参数，例如刀盘转速、切口土压力、排土系统的工作状态等，并将这些数据传输给控制中心进行监测和分析，以确保施工过程的安全与稳定。

二、盾构设备的智能化研究盾构设备的智能化研究旨在通过引入人工智能等先进技术，使盾构设备具备更强的自主决策和学习能力，从而提高盾构机在不同工作条件下的适应性和效率。

2.1 人工智能在自主导航中的应用智能化导航系统能够通过图像识别和模式识别技术，实时感知施工环境中的障碍物和地质情况，并实现智能规划施工路径。

此外，借助深度学习等人工智能算法，还能实现盾构机的自主避障和优化行进路线选择，提高施工效率。

2.2 智能维护与故障预测盾构设备的智能化研究还包括智能维护和故障预测。

智能工厂下的油液监测—-TmVu 360™智能油液监测平台目前云计算、物联信息系统、物联网、认知计算从根本上改 变了制造业的模式，数据成为主要的能源，数据的收集、分析和 处理，带来了技术创新。

工业4.0最显著的成果是获得海量的数 据，这在以前是无法想象的，但是，大数据不等于有效信息，也不 会自动转化成有效信息，如果不经过处理，这些数据99%都会 一无所用。

油液监测也是一样，很多企业的油液检测报告，束之 高阁，并没有起到相应的作用。

企业需要采用新处理模式对大数 据进行分析和处理，才能使之转化为更强的决策力、洞察发现力 和流程优化能力，来适应海量、高增长率和多样化的信息资产， 真正实现智能油液监测。

斯派超科技TmVu 360™智能油液平台就是基于工业4.0概 念、大数据技术、云技术开发的智能油液平台。

它的特点如下：(1) 开放式智能诊断系统；(2) 将油液监测数据与企业设备管理系统集成；(3) 将油液监测流程与设备管理及养护流程高度集成；(4) 受控设备运行状态图形化显示。

智能油液监测平台包括：1润滑计划制定一合理规划采样周期润滑计划的制定直接影响油液监测的效果，合理的油液监 测周期，暨可避免人力物力浪费，也可保证设备安全运行。

受控 设备什么时候抽取油样进行润滑检测、多长时间检测一次，这与 设备养护和设备资产管理相关，不同类型、不同环境及不同状态 的设备采样周期都有所不同。

TmVu 360™内置设备资产管理模块：*所监控的设备及润滑点均记录在平台的数据库中；*每个润滑点均可设定取样周期；3平台会自动提示用户在指定日期取样，并自动生成唯一 的样品ID(Identity ，身份识别号码），用户可以将ID 打印出来贴 在相应样品上，使用扫码枪进行识别。

2样品检测润滑计划中采集的样品会出现在“未检测” 一栏，Trn -Vu 360™ 的 TDC (Technical D ?t ? Center •，技术资料中心）将从 TmVu 360™中采集未检测样品列表，从检测设备样件中收集检 测结果，上传到TmVu 360™处理器中。

盾构机在线监测技术综述摘要：随着盾构机制造技术水平的不断提高，以及施工领域的应用越来越多，盾构机行业的竞争也越来越激烈，国内外的盾构机企业都在不断加大资本投入，提高盾构机的安全性、可靠性以及智能化。

盾构机结构复杂，一旦发生故障，施工维修难度较大，为及时发现设备存在的问题甚至能够提前预测到设备可能出现的问题，有必要建设基于PHM的盾构机智能运维服务平台，实时监测盾构机的实际运行状态，对异常状态及时报警，合理安排施工计划，以“智能硬核”装备助力“交通强国”建设。

关键词：盾构机；在线监测技术；综述；工作原理1 盾构机的工作特性分析以中交天和170#盾构机为例，该型盾构机以土压平衡盾构为基础，结合硬岩开挖技术，当盾构机在软土层进行施工时，可按照软土模式进行施工，当遇到硬岩地层施工时，在刀盘上安装不同的硬岩切削刀具，按照硬岩模式进行掘进。

本项目盾构机按照岩层的条件选用刀具，对于含有黏土、肥土或者淤泥的混合土质在刀盘进土槽两侧安装割刀，当遇到硬岩地层施工时，替换为盘式滚刀。

盾构机的基本原理是刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口被压进土舱，泥土落到土舱底部，通过螺旋输送机运到皮带输送机上。

盾构在推进油缸的推力作用下向前推进，盾壳对挖掘出的未衬砌的隧道起着临时支护作用，承受周围土层的土压、地下水的水压以及将地下水挡在盾壳外面，使得掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。

被管理的盾构机，其主驱动是由7台相同型号和功率的驱动电机，经过一个行星齿轮减速箱，驱动前端的小齿轮转动，然后再带动与小齿轮相啮合的大齿圈，以及与大齿圈固接的盾构机工作头，以3～4r/min的极低转速旋转，进而带动工作头上面的刀具完成掘进任务。

除了主驱动外，盾构机的动态工作零部件还包含数量较多的、担当不同作用的轴向柱塞变量泵和叶片泵构成的液压泵组群。

油液分析是盾构机状态监测的手段之一，能够有效地反映盾构的润滑和运行状态。

油液分析的主要监测参数有评价润滑油性能的理化污染指标（包括运动黏度、水分和总酸值等）和评价设备磨损状态的指标（光谱分析、铁谱分析等）。

智慧油田（油田物联网）应用案例（6类）目录案例1—采油井远程监控系统 (2)案例2—油罐液位、温度在线监测系统 (4)案例3—气井紧急切断安全及生产控制系统 (5)案例4—油田长停井压力远程监测系统 (7)案例5—微功耗测控终端在石油管道防腐监测上的应用 (11)案例6—防喷器控制装置远程监测系统 (14)案例1—采油井远程监控系统系统概述：采油井远程监控系统可实时监测采油机的运行状态和井口生产数据；可及时发现设备故障并自动报警；可实现采油机的远程启、停控制。

系统组成：监控中心：服务器、值班员计算机、采油井远程监控系统软件等。

通信网络:4G、GPRS、CDMA等无线网络。

测控设备：采油井监控终端。

计量仪表：采油机控制柜、压力变送器、温度变送器、无线示功仪等。

系统拓扑图：采油井监控终端服务器值班员计算机采油井监控终端LoRa/ZigBee4G/GPRS/CDMA/INTERNET手机APPDATA-9201DATA-9201LoRa/ZigBee系统功能：◆远程监测采油机的三相电压、三相电流、运行状态和功图数据。

◆远程监测油压、套压、回压和井口温度等实时生产数据。

◆远程启动、关停采油机。

◆现场停电、采油机故障、电压缺相、压力过大、温度过高时，自动报警。

◆可实现参数异常自动停机或定时启动功能。

◆支持远程设置采油井监控终端的工作参数和参数上、下限报警值。

◆自动生成采油机运行参数或井口生产数据的统计报表和趋势分析曲线。

◆支持地图管理功能，可直观展现油区全部采油井的实时运行状况。

采油井监控终端安装现场：大港油田-采油井监控终端安装现场吉林油田-采油井监控终端安装现场案例2—油罐液位、温度在线监测系统储油罐是采油、炼油企业储存油品的重要设备,储油罐液位、温度的精确计量对企业的库存和安全管理有着重大意义。

储油罐液位、温度在线监测系统改变了传统采用人工检尺和化验分析的方法,实现了油液的实时动态监测,为生产操作和管理决策提供了准确的数据依据，大大避免了安全事故的发生。

煤矿设备油液监测系统的开发与应用研究摘要：油液监测技术，是以油液分析为手段，通过对在用油液的磨粒检测、污染度检测、理化性能检测、元素分析等，对煤矿设备进行在用油使用状况实施动态监控、预测与诊断，并提出管理措施和维修决策的技术。

关键词：煤矿设备;油液监测系统;开发与应用引言油液监测技术是通过对煤矿设备润滑油样品进行取样，利用多种的监测技术手段，对样品的理化指标、污染物指标和磨损指标进行分析，结合设备的的实际工况、润滑状态等进行数据结果分析，不但可以对在用设备的磨损状态进行定性和定量分析，还可有效的对设备故障进行预防预测，结合摩擦磨损特性的变化进行监测分析结果，可以对设备的故障类型、故障部位、故障原因和进行快速而科学的诊断，这对于煤矿设备的安全运行有着重要而深远的意义。

1油液监测技术内容目前，油液监测技术使用最广泛和有效的手段，主要时润滑油理化指标分析和磨损颗粒分析。

前者通过监测油品添加剂的损耗情况、基础油衰变情况、以及油品理化性能指标的劣化程度，来监控设备的润滑状态及润滑不良导致的设备故障。

后者是通过对润滑油中磨损颗粒的尺寸、形貌、数量等参数的监测，可以实现设备故障的诊断、实现设备的预防性维护、最终实现设备的按质换油、延长润滑油的使用期限的目的，最终达到对设备摩擦状态监测和故障诊断的目的，通常情况下，设备的磨损呈现一种缓慢上升的状态，从最初的摩擦磨合到稳定的磨损，最终出现剧烈磨损阶段，也就是我们常说的故障高发期阶段。

2煤煤矿设备油液监测系统的开发与应用2.1系统设计从生产现场的设备润滑油中采集具有代表性的油样，送入油液分析实验室进行检测，油样的质量可以有效反映生产现场设备的运行状态，从而将实验室与生产现场联系起来。

以油液分析实验室—生产现场为基本模式，从设备操作人员、取样人员、检测人员和维护人员的不同角度设计了油液监测管理系统，系统包括检测数据采集系统和监测业务管理系统两部分。

检测数据采集系统服务于实验室端，实现收样/留样/制样信息记录、试剂材料设备使用信息记录、检测数据采集分析和检测报告生成等功能。