为解决港口设备润滑点较多、距离较远、不易维护保养造成设备润滑部位摩擦磨损严重等问题，研制了一种基于移动互联网技术的智能润滑设备健康管理系统，可对整个港口设备的润滑系统进行集中管理、分散控制，实现按需润滑、精益润滑的目标。

1 引言

据统计，机械设备轴承运行过程中约 55%的损坏是由润滑不良造成的。传统的集中润滑系统只能实现定时定量润滑［1］，无法及时感知轴承润滑状态，导致轴承润滑不良，造成轴承磨损严重，影响设备正常运行。

轴承中的润滑脂不仅可以降低摩擦阻力，还可以起到散热、减小接触应力、吸收振动、防止锈蚀等作用，更是轴承稳定工作的必备条件［2］。研究表明，轴承的装脂量一般为轴承内部空间容积的 1 /3～ 2 /3，油脂过多会增大轴承运转阻力矩、散热困难; 过少则导致轴承摩擦面不能形成有效润滑油膜，轴承干摩擦会加速磨损。

目前，国内港口设备的润滑基本上都采用传统自动润滑方式，只能对设备进行定时定量润滑，无法完全满足设备润滑需求。港口设备润滑点数较多，单台设备一般有几十到上百个润滑点，且比较分散，给巡检维护带来了极大的困难，劳动强度大。应用后台数据处理平台技术，可解决设备各润滑部位按需供油的技术难题; 应用移动互联网技术，可解决分散设备集中管理的问题［3］。 

2 智能润滑优化模型

2．1 问题描述

港口设备智能润滑问题可描述为: 在 M 台港口设备上每台有 N 个润滑部位，每个润滑部位 Ji 受到Si 参数影响，参数之间存在重要度 P 约束，润滑部位的每个影响参数可由 M 台港口设备中的多台港口设备叠加去除偶然干扰，润滑部位影响参数的重要度随港口设备功能性能不同而不同。基于抓住主要矛盾解决重要问题的原则，假设: 

①不考虑润滑脂选型问题; 

②相同港口设备可以多次数值叠加，形成新的判断准则，即系统具备学习能力; 

③润滑部位影响参数重要度预先确定且不同港口设备数值不同; 

④所有港口设备在 t = 0 时刻都处于润滑正常状态; 

⑤所有润滑参数在 t = 0 时刻采集系统与传输系统正常。 

2．2 优化目标函数

针对港口设备多目标智能润滑问题，给出了一个综合评价指标: 根据港口设备的运行频次与载荷状态确定润滑参数优化频率，尽可能地缩短润滑参数超差时间以提高润滑稳定性; 尽可能地减少润滑脂注入量，提高润滑脂的利用率; 尽可能缩短润滑周期以减少过润滑或签润滑状态出现频次。可以得到:

润滑参数超差时间 T1 =minOPi

润滑脂注入量 T2 =ΣNi min{ Qi－Qi0 }

润滑周期 T3 =ΣNi minLT

式中，T1 为润滑参数超差时间; T2 为润滑脂注入量; T3 为润滑周期; i = 1，2，…，N; OPi 为润滑参数超差时间; Qi 为润滑点实际注脂量，Qi0为润滑点初次预设注脂量。 

2．3 基于 Pareto 的混合遗传优化方法多目标问题的解方案不是唯一的，而是存在一个最优解集合，即所谓的 Pareto 最优解集或非劣解集。求解多目标优化问题的常用方法有合并目标法、交换目标法和基于 Pareto 最优解的方法。对于事先对各目标之间的关系没有固定规律的问题，基 于 Pareto 最优解的方法比较符合港口智能润滑寻优情况。所以本文基于 Pareto 最优方法，利用遗传算法探讨港口设备多目标智能润滑的优化方法。一个润滑方案中的每一个目标值都优于或等于另一个润滑方案中的相应目标值，且至少有 1 个目标值优于另一润滑方案中的相应目标值，那么称前者润滑方案优于后者润滑方案，这就是润滑方案优化中的 Pareto 优胜关系。 

3 智能润滑设备健康管理系统

       智能润滑设备健康管理系统是通过无线网络将港口设备的自动润滑站进行连接。在轴承部位设置温度传感器、振动传感器、油脂检测传感器，实时监测轴承运行状态并将信息传输到后台数据处理中心，后台数据处理中心分析处理后对轴承是否需要注脂做出判断，并将指令发送到润滑站，润滑站根据指令对轴承进行注脂。智能润滑设备健康管理系统由后台数据处理中心、中央控制柜、高压电动润滑泵、智能检测分油终端、传感器、管路附件等组成，其结构原理见图 1。

       系统工作流程为: 在摩擦副( 轴承) 安装温度传感器、振动传感器等传感器，在润滑装置设置液位、压力等传感器，通过传感器实时采集轴承运行温度、振动及润滑装置运行数据，数据通过现场控制器( 智能润滑控制器) 进行整合打包，发送到后台数据处理中心( 智能润滑服务诊断平台) ; 后台数据处理中心通过建模分析对数据进行处理，并将处理结果发送到现场控制器; 现场控制器控制润滑装置对摩擦副( 轴承) 进行按需注脂( 见图 2) 。

3．4 智能检测分油终端

      智能检测分油终端是润滑系统的执行机构，当系统润滑工作时，智能检测分油终端接收到电气控制柜( PLC) 通过 ＲS-485 现场总线发来的润滑信号，智能检测分油终端接收到信号以后，控制电磁阀的开启，使主油管跟润滑点形成通路，润滑油脂通过电磁阀经支油管进入到润滑点; 同时，智能检测分油终端采集流量计的油流信号，将信号处理后，通 过 ＲS-485 现 场 总 线，将信号传递给电气控制柜( PLC) ，从而实现润滑点油量数据、故障信息的采集和处理。

       智能检测分油终端最多可控制 5 个电磁阀，每个智能检测分油终端都有自己的编号，智能控制器可以通过 ＲS-485 现场总线与电气控制柜内的 PLC进行通信，实时监控各智能分油器中电磁阀的工作状态。 

4 结语

在经济全球化的大背景下，顺应世界多极化、经济全球化、社会信息化的潮流，“一带一路”战略的提出，为我国港口向智慧港口转型升级提供了新的机遇［3］。港口智能润滑设备健康管理系统将港口设备各摩擦副( 轴承) 进行网络连接，对各摩擦副( 轴承) 运行数据实时监测，通过后台数据处理中心对各摩擦副( 轴承) 的运行数据进行分析处理，判定各摩擦副( 轴承) 所需注脂量，实现按需注脂。该润滑设备管理系统在港口机械设备中具有较广阔的应用前景。