O sistema de monitoramento de óleo de campo é um instrumento técnico essencial para o monitoramento e a resolução de problemas do estado de equipamentos industriais, através da coleta e análise em tempo real de parâmetros de desempenho e informações de poluentes de lubrificação de equipamentos mecânicos ou óleo hidráulico, para obter uma avaliação precisa do estado de saúde do equipamento. O sistema combina tecnologia de sensores, tecnologia de captação e transmissão de dados, algoritmos de análise de óleos e líquidos e modelos de diagnóstico inteligentes para fornecer suporte de dados para a manutenção preventiva. A seguir são detalhadas a partir de três aspectos da composição do sistema, do módulo funcional principal e do princípio de funcionamento.

I. Composição do sistema

O sistema de monitoramento de óleo e líquido de campo é composto por uma matriz de sensores, uma unidade de captação e transmissão de dados, uma plataforma central de processamento e análise, um módulo de alarme e controle e um sistema de apoio auxiliar.

1. Arraiamento de sensores

Os sensores são a fonte de dados do sistema e são responsáveis por capturar as características físicas, químicas e abrasivas do óleo líquido, incluindo:

- Sensor de grânulos de desgaste: usando o princípio indutivo, capacitivo ou óptico para detectar a concentração, distribuição dimensional e forma de grânulos de desgaste metálicos no óleo líquido (por exemplo, o sensor de grânulos de desgaste ferromagnético pode distinguir desgaste normal e desgaste anormal).

- Sensor de poluição: medir o número total de partículas no óleo líquido (por exemplo, grau de limpeza ISO) por meio de dispersão de luz ou decadimento ultrasônico.

- Sensores de propriedades físicas e químicas: monitora a viscosidade do óleo, o ácido (pH), o teor de umidade, o grau de oxidação e outros indicadores chave, usando a detecção de constantes dielétricas, sondas eletroquímicas ou tecnologia de espectro infravermelho.

- Sensores de temperatura e pressão: obtêm a temperatura do óleo, a velocidade do fluxo e a pressão do sistema em tempo real para ajudar a avaliar o estado de funcionamento do equipamento.

2. Unidades de coleta e transmissão de dados

Cartão de captura de dados (DAQ): converte sinais de sensores em sinais digitais, suporta amostragem sincronizada multicanal (taxa de amostragem até MHz) e é resistente a interferências.

Módulo de comunicação sem fio: transmissão remota de dados via LoRa, Wi-Fi ou 4G / 5G para ambientes industriais difíceis.

Os nós de computação de borda: pré-instalar um microprocessador no lado do dispositivo para filtrar, comprimir ou extrair características preliminares dos dados brutos, reduzindo a necessidade de largura de banda de transmissão.

Plataforma central de processamento e análise

Módulo de armazenamento e gerenciamento de dados: armazenamento de dados históricos usando bancos de dados de sequência cronológica, como o InfluxDB, para suportar a recuperação eficiente de grandes volumes de dados.

- Biblioteca de algoritmos de análise de óleos e líquidos: incluindo reconhecimento de características de partículas de abrasão (por exemplo, classificação de redes neurais), previsão de tendências de poluição (modelo ARIMA), análise de associações de indicadores físicos e químicos, etc.

Motor de diagnóstico inteligente: tipo de falha do equipamento, previsão da vida útil restante e recomendações de manutenção com base em aprendizado de máquina (por exemplo, SVM, floresta aleatória) ou biblioteca de regras especializadas.

Módulo de alarme e controle

Alarme de limiar: Defina um valor de alerta precoce de acordo com os padrões ISO ou dados históricos (por exemplo, a concentração de grãos de desgaste acima de 1.000 unidades/mL desencadeia um alerta).

- Controle de ligação: integrado ao sistema de controle de equipamento (PLC) para troca automática de óleo, filtragem ou proteção contra paradas.

- Interface de visualização: exibe o estado do óleo e líquido, as curvas de tendência e os resultados de localização de falhas através do sistema SCADA.

5. Sistema de apoio auxiliar

Dispositivo de calibração: Calibração regular do sensor (por exemplo, suspensão de granulado padrão, amostras de óleo de poluição conhecida).

Circuito de circulação de óleo e líquido: instalar uma válvula de amostragem no circuito de desvio do equipamento para garantir a representatividade da amostra de óleo (por exemplo, diluição on-line ou separação centrífuga).

- Sistema de auto-limpeza: limpar a sonda do sensor com gás anti-sopro ou ultra-som para evitar bloqueios.

II. Princípio de funcionamento

O sistema de monitoramento de óleos e líquidos de campo permite uma avaliação dinâmica do estado do equipamento através de um processo de ciclo fechado “percepção-transmissão-análise-tomada de decisão”, cujos principais fluxos de trabalho são os seguintes:

Amostragem e percepção de óleo

Parâmetros do lubrificante ou do óleo hidráulico do dispositivo de captação contínua da matriz de sensores:

- Detecção de grânulos de desgaste: quando o óleo flui através do sensor de grânulos de desgaste, as mudanças no campo eletromagnético causadas pelas partículas metálicas são convertidas em sinais elétricos para distinguir o tamanho dos grânulos de desgaste através da análise de altura de pulso (por exemplo, grânulos de desgaste maiores que 5 μm indicam desgaste grave).

- Monitoramento da poluição: o sensor de dispersão de luz emite um feixe laser, a intensidade da luz dispersa das partículas é inversamente proporcional ao tamanho das partículas, combinando a teoria Mie para calcular o número e a distribuição das partículas.

- Análise física-química: espectrômetro infravermelho varredura as características de vibração de ligações moleculares de óleo para identificar óxidos (como carboxilatos) ou picos de absorção de água.

2. Transferência e pré-processamento de dados

Os nós de computação de borda reduzem o ruído dos dados brutos (por exemplo, decomposição de pacotes de ondas pequenas), extraem características (por exemplo, extraem valores RMS de sinais de granulação) e compactam dados (por exemplo, algoritmo LZ77) para a plataforma em nuvem através de 5G ou Ethernet industrial.

Análise e diagnóstico de dados

A plataforma central é baseada em análises de convergência de dados multidimensionais:

- Rastreamento de grânulos de desgaste: Use a análise do componente principal (PCA) em combinação com o registro do equipamento (por exemplo, modelo de rolamento da caixa de engrenagens) para determinar a fonte de desgaste (por exemplo, desgaste do pescoço do eixo ou corrosão da engrenagem).

- Previsão de tendência de deterioração: Análise da sequência temporal de ácidos oleóticos, umidade e concentração de grãos de abrasão através da rede neural LSTM para prever pontos de inflexão de deterioração do desempenho da lubrificação.

- Análise de associação de falhas: combinar dados de vibração do equipamento (como picos de ressonância de alta frequência) com características de granulado de óleo e líquido para localizar fissuras de fadiga precoces.

4. Toma de decisões e controle

O sistema emite respostas classificadas de acordo com o diagnóstico:

Alerta de nível 1: Limpeza do óleo caiu para o nível ISO 18/15, indicando reforço da filtração.

- Alarme de segundo nível: detecção de grãos de liga de cobre acima de 5 μm, recomenda-se verificar o espaço do rolamento deslizante.

- Parada de emergência: o teor de umidade excede 1% ou a concentração de grãos de abrasão aumenta 10 vezes, ativando o programa de proteção do dispositivo.