船舶监测系统误报警分析_赵军.pdf

舰 船 电 子 工 程2022 年第 11 期1引言目前，船舶监测报警系统被广泛应用在各类船舶上，它可以监控船舶主机和辅机等重要设备的参数变化，实时掌握机舱内各设备的工作状态，及时发现设备的运行故障，对船舶的安全运行起到了至关重要的作用1。机舱监测报警系统中误报警的频繁出现，加大了值班员的工作强度，并影响到了船舶监测报警系统的正常运行2。下文以某船船舶监测系统中出现的误报警故障为例，着重分析故障产生的原因及相应的解决方法。2报警的产生通过对某船船舶监测报警系统中自2020年11月1日至2021年8月1日共计9个月的历史数据分析，发现柴油机的滑油进机压力（出冷却器）、高温水进机压力、低温水进机压力（进滑油冷却器）存在短时及多次报警现象且该现象在长达9个月的历史数据中不断出现，而柴油机并未出现明显故障，应当判定为误报警3。图1船舶监测系统报警界面图在船舶监测报警系统4的设置中滑油进机压力采用了三级报警：当进机压力小于等于0.35MPa收稿日期：2022年5月13日，修回日期：2022年6月23日作者简介：赵军，男，硕士研究生，正高级工程师，研究方向：装备故障诊断及技术鉴定。徐孙庆，男，硕士，工程师，研究方向：监测诊断。船舶监测系统误报警分析赵军徐孙庆（92493部队60分队葫芦岛125000）摘要针对船舶监测系统中出现的柴油机的滑油进机压力、高温水进机压力和低温水进机压力误报警情况，进行现场的分析，运用各种手段进行检测，分析得出所遇到误报警的产生条件，并针对此类现象提出了采用LSTM模型改变报警阈值的有效解决方法，减低和杜绝了此类误报警现象的发生。关键词监测系统；误报警；LSTM模型中图分类号TN931.3DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2022.11.036False Alarm Analysis of Marine Monitoring Alarm SystemZHAO JunXU Sunqing（Unit 60，No.92493 Troops of PLA，Huludao125000）AbstractIn view of the false alarms of lubricating oil inlet pressure，high temperature water inlet pressure and low temperature water inlet pressure of diesel engine in the monitoring system of port 711 ship，it analyzes the reason of the encountered falsealarm through scene analysis and various detection methods.LSTM model is used to change the alarm threshold to reduce and eliminate the occurrence of such false alarm phenomenon.Key Wordsmonitoring alarm system，false alarm，LSTM modelClass NumberTN931.3总第 341 期2022 年第 11 期舰 船 电 子 工 程Ship Electronic EngineeringVol.42 No.11169总第341期为一级报警；小于等于0.30MPa为二级报警；小于等于0.25MPa为三级报警。高温水进机采用一级报警，当进机压力小于0.1MPa时一级报警。低温水进机压力采用一级报警，当进机压力小于等于0.1MPa时一级报警。所截取的报警界面如图1所示，报警具有时间较短和较为频繁等特点5，而且三项报警所出现的时间大致相同。3报警原因分析由于上述三项压力出现多次短时突降且柴油机未并发现明显故障仍能够正常运行6。针对这种现象，现提出如下假设。假设1：在对柴油机历史数据的分析中发现上述三项热工参数与柴油机转速及负荷有很强的相关性，其数据的波动规律亦具有极强的相似性。由于本船采用油电混合动力系统提供动力，三种推进模式切换时，柴油机转速与负荷容易发生突变造成滑油进机压力、高温水进机压力和低温水进机压力突降。随着驱动模式切换完成，柴油机转速稳定，三项数值又恢复稳定，从而造成上述三项监测参数出现短时报警现象7。假设2：三项热工参数压力值与柴油机转速间存在极强的相关性。当前推进模式仅能反应当前柴油机的运行状态，不能很明确体现其相关性。所以提出假设三项热工参数压力值出现报警（压力值过低）是因为当前柴油机转速较低。三项热工参数压力值阈值不能设定为固定值，而应该根据不同时间段工况设定为相对阈值8。4报警原因验证通过调取船舶监测报警系统9中的历史数据来对两种假设进行验证。图2监测系统报警时刻数据1假设1验证：根据图1报警故障表第一条报警时间选定2020年11月1日0时至3时的报警数据，如图2所示。通过三项压力参数与柴油机模式切换在报警时刻数据图中的显示可知，柴油机推进模式与混合推进模式切换时，三项压力参数并未发生明显变化且大多数时刻三项压力值偏低；在处于混合推进模式时，反而有部分时间报警恢复。结合其他报警时刻数据，判断由于推进模式切换导致柴油机转速和负荷不稳定造成三项压力值突降报警的假设1不成立。假设2验证：基于数据对比发现问题的思想，通过查询同一时间段的柴油机转速数据，并将图2与图3中数据对比可以观察到柴油机转速与三项热工压力参数波动规律基本相似，三项热工压力值小于设定阈值报警时，柴油机的转速明显偏低。图3监测系统报警时刻数据2通过上述数据对比，结合已有历史数据中出现报警和正常时刻三项热工压力值和柴油机转速数据，得出三项热工压力值随柴油机压力值波动而波动，其报警时刻柴油机转速都较低且两者之间波动规律极为相似，判断假设2成立。5报警解决方案基于上述结论，当前设定的滑油进机压力、高温水进机压力和低温水进机压力不适用于设定固定阈值报警。如果设定阈值过高，当柴油机处于低转速时，会出现大量误报警，影响故障预警判断。如果阈值设定过低10，柴油机在高速运行状态下，如果出现故障将无法提前报警。图4LSTM模型结构图针对这种情况，提出长短期记忆网络（LSTM）模型。LSTM模型是一种时间循环神经网络，由于其独特的结构多用来处理与时间有关的问题11。标准RNN（循环神经网络）模型中都有一个重复简赵军等：船舶监测系统误报警分析170舰 船 电 子 工 程2022 年第 11 期单的结构，但是在LSTM模型中这样的结构有四个并通过独特的方式进行交互，结构如图 4 所示。LSTM模型通过其特有的 门 结构选择删除或增加有益的信息放置到模型中，解决RNN中存在的长期依赖问题，更加有效地保存时间序列中的重要信息。由于柴油机数据是一个在时间轴上连续渐变的模型。选用 LSTM模型可以有效地提取过去一段时间对当前影响的信息。读取约一个月的历史数据，将时间序列设置为 15s，柴油机转速作为输入，三项热工压力值作为输出，划分测试集和训练集。将训练集放入模型中训练，将测试集中的柴油机转速作为输入放入训练好的模型中得出的预测结果与真实值对比如下所示。010000200003000040000500000.200.150.100.05图5滑油进口压力对比图图6低温水进口压力对比图010000200003000040000500000.550.500.450.400.350.300.250.20图7高温水进口压力对比图通过观察三张图可以看出，预测结果与正式结果在数据值与变化趋势上高度重合，说明LSTM模型可以运用于三项热工压力值的报警检测上。将已过去15s至当前的柴油机转速数据作为输入，输入到模型中得出预测值，结合柴油机原有设置中故障阈值得到当前柴油机转速下报警阈值，可以有效地避免因柴油机转速以及负荷较低造成的三项热工参数误报警12。6结语船舶监测系统能为船舶主机安全运行提供重要的保障，对船舶主机重要参数的监测尤为重要。通过对柴油机的滑油进机压力、高温水进机压力和低温水进机压力误报警情况的原因查找和分析，提出了全新的报警值设置方法，从而杜绝了此类现象的再次发生。参 考 文 献1郑华耀，汤天浩，段柏林，等.自动化机舱检测系统与计算机总线技术 J.机电一体化，2001，38（5）：79-82.2王新全.船舶动力及机械设备控制与监测 M.上海：上海交通大学出版社，2001：16-21.3汤经纬，杨建国.船用柴油机监测系统设计 J.船海工程，2011，40（6）：52-55.4张旭，李迪阳，孙建波，等.船舶机舱监测报警系统 J.计算机工程与应用，2005，41（22）：229-232.5孟宪尧，白广来，韩新洁.智能型船舶机舱监测报警系统 J.大连海事大学学报，2001，27（3）：22-25.6张娅.智能网络型船舶机舱监测报警系统设计 J.舰船科学技术，2018，40（16）：154-156.7窦晓峰，柯常国.基于以太网的机舱监测报警系统设计 J.船电技术，2020，40（4）：55-57.8王占吉，王姝惠.船舶机舱监测报警系统故障及维修J.世界海运，2011，34（06）：1-2.9郭建国.船舶机舱监测报警系统现场故障诊断 J.上海船舶运输科学研究所学报，2013，36（3）：60-62.10刘学强，郭军武，窦培松.船舶柴油机滑油在线监测预警系统设计 J.船电技术，2016，36（4）：48-51.11尚教凯，张海勇，徐池，等.基于LSTM单特征输入的短波可用预测研究 J.舰船电子工程，2019，39（11）：76-78.12陈鑫源，彭军.船舶柴油发动机智能监控报警软件设计 J.舰船科学技术，2019，41（9）：43-46.171