CN101454580A - 在流体装置中进行故障定位及诊断的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了在流体装置中进行故障定位及诊断的方法，其中整个装置的或其中至少一个子区域的流体体积流量及流体压力(P)在运行循环过程中被进行检测，并与存储的参考值进行比较。总是在产生偏差的时刻或与参考值之间的偏差发生变化的时刻，确认在装置的哪个部件或哪些部件(10－14)中发生了影响流体消耗量的过程，以便识别该部件为有故障的。由各体积流量值(Q)和所测量的压力(P)导出流导值(Q/P)，并在运行循环上积分或累加得到流导(K_D)，并且从存储的选择矩阵中选择相应的流导参考曲线(K_Dref)作为参考，该选择矩阵包括用于不同运行状态的流导参考曲线(K_Dref)或与时间相关的流导。

Description

在流体装置中进行故障定位及诊断的方法

本发明涉及一种在流体装置中进行故障定位及诊断的方法，其中整个装置的或装置的至少一个子区域的流体体积流量及流体压力在运行循环过程中被进行检测，并与存储的参考值进行比较，并且总是在出现与参考值之间偏差的时刻或在与参考值之间的偏差发生变化的时刻，确认在装置的哪个部件或哪些部件中发生了影响流体消耗量的过程，以便识别该部件为有故障的。

在从文件WO 2005/111433 A1中已知的、该种类型的方法中，对空气消耗量曲线进行评估以进行故障的位置确定。在出现与参考值之间的偏差的情况下，根据该偏差的时刻而推断出有故障的子系统(例如阀门执行单元)。这种可能会在流体装置中发生的故障的起因例如地为部件的磨损、不恰当的装配、螺纹连接松动、有气孔的软管、进程故障等等，这些现象在流体驱动的运动中表现出来，该故障的起因也可能为各种不同类型的、其它的密封缺陷。为了避免由于某些边界条件(诸如压力和温度)的变化而引起诊断错误，该文件提到了可能的、利用压力和温度而进行的、空气消耗量的修正。然而，进行修正的方法却没有描述，并且，与时间相关的或与批量相关的波动无法考虑在内。

本发明的一个目的在于，对开始所提到的类型的方法进行如下修正，使得边界条件的变化、尤其是不同的运行状态，都被加以考虑，从而使其不会导致错误诊断。

根据本发明，这一目的可通过带有权利要求1的特征的方法来实现。

根据本发明的方法的有利之处尤其在于，借助于流导(Leitwert)的诊断可以以简单的方式对流体系统中的自然波动进行补偿，这些自然的波动是由不可避免的压力波动和/或温度波动所引起的。此外，还可以通过选择相应的所存储的流导参考曲线而将不同的运行状态考虑在内。流导与参考值的对比，以及可能存在的时间上的偏差以及数量上的偏差使得能够就故障的类型及其位置得出非常精确的结论。同样，还可以有利地得出结论，是泄漏引起故障(改变的空气消耗量)，还是执行器运动的变化(例如由于摩擦、磨损而引起的较长的循环时间，较慢的控制阀的开关切换等等)造成了故障。

通过在从属权利要求中列举的措施可对在权利要求1中所给出的方法进行有利的进一步的改进和改善。

不同运行状态(为了这些运行状态而存储有流导参考曲线以供选择)优选地包括暖机、长时间停机后的运行、改换设备后的再启动以及可预定的时间间隔之后的运行。

流导值以与温度相关的方式进行补偿，以实现与整个装置的性能的更好的适应性，尤其是以系数

进行补偿，其中T为运行温度。为实现与所采用的不同的流体的适应性，流导值也可以以与流体相关的方式进行修正，尤其是通过系数

进行修正，其中K_F是与流体相关的特性值。通过各流体的含湿量和颗粒含量来对流导值进行修正，尤其使用系数

进行修正，可得到更为精确的诊断数据和诊断结论，其中K_H是与含湿量和颗粒含量相关的特性值。

为了能够反映不同的运行状态，即保证参考值与实际的流导之间的对比产生正确的结论，则所选择的参考值必须对应于相应的运行状态。这意味着，必须从所存储的选择矩阵中选择出对应于相应的运行状态的流导参考曲线。为此，在有利的方式中，在诊断泄漏之前，通过将实际的流导测量曲线与分配给该运行循环的流导参考曲线进行对比来对运行循环的运行持续时间进行检查，其中，仅自某一可预定的偏差起，才进行到至少一个其它的流导参考曲线(K_Dref)的切换。如果检测到运行持续时间偏差，则还附加地检查实际的流导测量曲线与流导参考曲线之间的成比例的时间偏移的存在情况，并且只有在检测到成比例的时间偏移的情况下才执行到至少一个其它的流导参考曲线的切换。如果在对所有流导参考曲线的检查之后发现，在所有流导参考曲线中，预定的偏差均被超出，则整个装置远处于运行点之外，并且，产生相应的信号。然后，泄漏诊断不会进行，因为进行泄漏诊断是没有意义的。

本发明的一个实施例显示在附图中，并在以下进行进一步的描述。其中：

图1显示了气动装置，在该气动装置的供应管道上接有流量计，而

图2至图4显示了用于说明不同诊断结果的流导曲线图。

在图1中示意性地显示了气动装置，在原理上其同样可以是某个其它的流体装置(诸如液压装置)。

气动装置包括5个子系统10至14，它们可以分别为执行器，例如阀门、气缸、线性驱动器等等，或是上述执行器的组合。这些子系统10至14由压力源15供压，并且在共用的供应管路16上布置有流量计17，用于测量流量或测量体积流量。在一方面子系统11和子系统12通过共用的输入管路构成系统，在另一方面子系统13和子系统14通过共用的输入管路也构成系统。

电子控制装置18作用在于预给出装置的顺序进程，其经由相应的控制线与子系统10至14电连接。子系统10至14从电子控制装置18接收控制信号，并将传感器信号传送回该电子控制装置18。这种传感器信号为(例如)位置信号、极限开关信号、压力信号、温度信号等等。

流量计17与电子诊断设备19相连接，该电子诊断设备19附加地接收温度传感器20和压力传感器21的信号，该温度传感器20和压力传感器21用于测量供应管路16中的温度(T)和压力(P)，即用于测量流体的温度和压力。此外，用于检测所采用流体的类型的流体传感器23以及用于检测流体含湿量及颗粒含量的湿度传感器和/或颗粒传感器24与诊断设备19相连接。该诊断设备19还可以访问电子控制装置18的顺序程序。诊断结果被提供给显示器22，这种诊断结果不言而喻地还可以被存储、打印、以光学的方式显示和/或以声学的方式显示、或经由线缆而被传输给总机或以无线的方式传输给总机。

诊断设备19还可以不言而喻地集成于电子控制装置18中，该电子控制装置18(例如)可包括用于执行顺序程序并可能用于诊断的微控制器。

在子系统的数目相当大的情况下，子系统可划分成几个组，各组具有各自的、分配给该组的流量计，用于彼此独立地诊断归入该组中的、装置的子区域，这正如最初提及的现有技术中所描述的那样。用于故障定位及诊断的方法将参照所描述的气动装置以及在图2至图4中显示的流导曲线图进行说明。

首先描述流导及其确定。借助于流量计17测量流体装置中的体积流量，并将其除以由压力传感器21所测得的初压力P。该商数构成流导值，该流导值在运行循环上进行累加或积分得到流导K_D：

$K_D={\∫}_{t0}^{\mathrm{te}}\frac{Q}{P}\·\mathrm{dt}---\left(1\right)$

然后该流导可通过温度传感器20所测得的操作温度T进行补偿。此外，该流导还可以以与所采用的流体(由流体传感器23所测得)相关的方式、利用特性值K_F进行修正，并且，可选地还可利用特性值K_H而以与空气的含湿量和/或颗粒含量(由湿度传感器和/或颗粒传感器24所测得)相关的方式进行修正。然后可得到以下流导：

$K_D={\∫}_{t0}^{\mathrm{te}}\frac{Q}{P}\·\frac{1}{\sqrt{T}}\·\sqrt{\frac{K_F}{K_H}}\·\mathrm{dt}---\left(2\right)$

视费用和所期望的精度而定，温度T和/或特性值K_F或K_H的影响也可不必考虑在内，使得在最简单的情况下，流导仅取决于体积流量和初压力。

流导此外还依赖于时间和批次，也就是说，视运行状态而定，可得出不同的流导曲线。这些运行状态为(例如)暖机、长时间停机后的运行、改换设备后的再启动或预定的时间间隔之后的运行，即(例如)，一个小时的运行之后、十个小时的运行之后或几个小时的运行之后。

现在，针对对于这些不同的运行状态和不同的参数而测定流导参考曲线，例如在学习过程中进行测定，并在诊断设备19中存储在选择矩阵中。该诊断流导或那些诊断流导是流体装置或包括多个子系统的流体系统的特征值。流导表征了整个装置的或分装置的、在所限定的重复循环中的性能。根据形成该流导时的费用的不同，该流导对运行参量，如压力、温度、湿度、颗粒含量中的波动和正常的变化进行补偿。因此，流导的评估(该评估是通过参考值对比而实现的，即，通过将其与所存储的流导参考曲线进行对比而实现)可确定地显示出流体装置中的故障及其原因。

首先必须选择出与各自的运行状态相适应的、且与参数有关的流导参考曲线。这首先以依赖于已存在的传感器信号的方式进行。然后以依赖于各自的运行状态的方式来对装置的运行持续时间进行检查，并利用首先所选择的流导参考曲线对相关性进行检查。如果所选择的流导参考曲线与实际的测量曲线相关，则诊断可以进行。偏差则在实际上指示出了检测时刻中的泄漏，并可对照顺序程序而找出引起故障的执行器。

然而，首先地，在确认存在导致曲线的运行持续时间偏差的情况下，则进一步检查特征曲线点之间是否存在恒定的时隙。为此，可例如地将整个曲线历程细分成一定数目(该数目表征某些特征)的曲线点，其中，在存在运行持续时间偏差的情况下，则曲线点之间的时间差会改变。对于整个曲线历程，曲线点之间的各个时间差必须在限定限度内具有线性关系，使得可以认为，不存在故障，例如由于在启动阶段之后转轴在总体上转得越来越快。这意味着，曲线所有的时间差必须总体地按比例变化。

如果所选择的参考值不满足所需的一致性，则诊断可以进行，也就是说，偏差不是由时间偏移所造成，而是由装置中的故障、尤其是泄漏所造成的。

与之相反，如果在最初发现运行持续时间偏差时，同样发现了斜度的、在限定的限度内的线性关系，则切换到另一个流导参考曲线。重复这一步骤，直到找到适当的流导参考曲线。如果没有找到适当的流导参考曲线，则整个装置处于运行点之外，并且，产生相应的信号，也就是说，对该信号进行显示、报送、存储等等处理。

如果找到了适当的流导参考曲线K_Dref，则将其与实际的测量的流导曲线K_Da进行比较。如图2至图4所示，显示了三种可能情况。

如图2中所示，测量的流导曲线K_Da持续地越来越偏离流导参考曲线K_Dref。因此，故障原因显然为存在泄漏，即，系统泄漏，也就是说，在供应管路16中或与之相连的管路中的泄漏。差值ΔK_D随时间t不断地增加，并且为时间的函数。

如图3中所示，在t1时刻出现偏差ΔK_D，其从该时刻开始直到循环结束时刻te均保持不变。这意味着，在t1时刻激活的子系统(例如阀门执行器单元)发生了泄漏。偏差时刻可与控制装置18中的控制程序或进程模型进行对比，以便找出引起故障的子系统。如果在t1时刻有多个子系统在运行(这是在大型装置中可能存在的情况)，则必须在这些子系统的后续的激活中采用使它们不再同时地激活的方法来对故障进行定位。

如图4中所示，循环持续时间改变了Δt，变化出现在时刻t2。流导值从时刻t2开始保持不变，而仅仅发生了时间偏移。这可以得出结论，在该时刻t2激活的执行器的行程时间(例如由于阀门卡住、阀门磨损增加、阀门切换故障等原因)发生了变化。因此，同样可以根据流导而检测出气动系统中的时间误差。

不言而喻，图2至图4所说明的事件可以在循环过程中累加地和/或多次地出现。通过相应的曲线历程则可以检测在某一循环中发生的若干个不同的故障。为了确切起见，诊断循环可不言而喻地进行重复，以便确认其是单独故障，还是错误测量，还是持续存在的故障。

Claims (9)

1.一种在流体装置中进行故障定位及诊断的方法，其中所述整个装置的或所述装置的至少一个子区域的流体体积流量及流体压力在运行循环过程中被进行测定，并与存储的参考值进行比较，总是在与参考值之间产生偏差的时刻、或在与所述参考值之间的偏差发生变化的时刻，确认在所述装置的哪个部件或哪些部件中发生了影响流体消耗量的过程，以便将该部件作为有故障的部件而识别出来，该方法的特征在于，由所述各体积流量值(Q)和所述测得的压力(P)导出流导值(Q/P)，并在所述运行循环上积分或累加而得到流导(K_D)，并且从存储的选择矩阵中选择出相应的流导参考曲线(K_Dref)作为参考值，所述选择矩阵包括用于不同运行状态的、与时间相关的流导或流导参考曲线(K_Dref)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同的运行状态包括选自以下的至少两种状态：暖机、长时间停机后的运行、改换设备后的再启动以及可预定的时间间隔之后的运行。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述流导值以与温度相关的方式而进行补偿，尤其是通过系数进行补偿，其中，T为运行温度。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述流导值以与流体相关的方式进行修正，尤其是通过系数

进行修正，其中，K_F是与流体相关的特性值。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述流导值通过所述流体的含湿量和颗粒含量进行修正，尤其是通过系数

进行修正，其中，K_H是与含湿量和/或颗粒含量相关的特性值。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述对泄漏的诊断之前，通过将所述实际的流导测量曲线(K_Da)与分配给该运行循环的流导参考曲线(K_Dref)进行对比来对某一运行循环的运行持续时间进行检查，其中，仅自某一可预定的偏差起，才切换到至少一个其它的流导参考曲线(K_Dref)。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在确定有运行持续时间偏差时，还检查实际的流导测量曲线(K_Da)与流导参考曲线(K_Dref)之间的、成比例的时间偏移的存在情况，并且只有在确定有成比例的时间偏移的情况下才切换到至少一个其它的流导参考曲线(K_Dref)。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在所有检查的流导参考曲线(K_Dref)中，所述可预定的偏差均被超出的情况下，产生相应的信号，并且，不执行对泄漏的诊断。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在有大量数目的部件(10-14)时，将它们划分成多个组，这些组可彼此独立地进行诊断。

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