CN104061208A - 一种液压系统在线故障诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液压系统在线故障诊断方法，通过传感器网络（2）与工控机（3）采集液压系统（1）关键位置的信号。同时，对液压系统（1）建立系统模型，并进行故障注入仿真，得到的仿真结果作为故障仿真模块（6）中的故障仿真数据。通过数据特征提取模块（5）找到数据读取模块（4）提供数据的关键特征信息，并进入故障诊断模块（7）进行故障诊断。故障定位模块（8）根据故障诊断模块（7）得到的故障信息可以进行故障定位，并提供故障诊断结论、故障原因、检测流程和排故措施，这些信息都在人机界面（9）上显示。该方法降低了故障虚警率，提高了早期预警等能力，对于提高产品装备液压系统的可靠性具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压系统故障诊断方法，特别是一种液压系统在线故障诊断方法。
背景技术
随着现代产品对可靠性要求日益提高，要求能准确快速地进行故障诊断与定位，为维修人员提供辅助决策支持，从而有效减少维修停机时间，提高产品装备的可维修性和综合保障性。原有的依靠设计人员进行故障定位和维护的模式已经远远不能满足需要。
目前普通产品装备液压系统已具备实现系统压力、流量、温度和油箱液位等常规信号的监测的能力，工程人员根据经验的判断可以实现对系统元部件故障的判断，但这种判断一般是在系统发生明显故障后，而且仅凭经验的故障诊断通常有一定的不准确性，维修效率也较低，距离高效实时在线故障诊断、准确故障定位与维修决策支持尚有很大差距。
发明内容
本发明目的在于提供一种液压系统在线故障诊断方法，解决无法高效实时故障诊断、准确故障定位与维修决策支持尚有很大差距的问题。
一种液压系统在线故障诊断方法的具体步骤如下：
第一步 构建液压在线故障诊断系统
液压在线智能故障诊断系统，包括：液压系统、传感器网络、工控机、数据读取模块、数据特征提取模块、故障仿真模块、故障诊断模块、故障定位模块和人机界面。
数据读取模块的功能为：通过工控机中安装的数据采集卡I/O口读取传感器网络采集的信号数据；数据特征提取模块的功能为：通过滤波方式，读取数据的关键特征，为故障诊断做准备；故障仿真模块功能为：通过系统模型进行故障注入仿真，得到液压系统故障仿真数据；故障诊断模块功能为：由故障仿真数据、故障知识数据及系统历史数据组成作为数据库，根据提取的数据特征进行故障诊断，所述故障知识数据是由液压系统故障模式经验数据导入数据库形成的，系统历史数据是由系统故障历史数据导入数据库形成的；故障定位模块的功能为：根据故障诊断结果得到系统故障元部件位置以及相应的维修策略。
传感器网络置于液压系统中，传感器网络与工控机通过数据线连接，数据读取模块、数据特征提取模块、故障仿真模块、故障诊断模块和故障定位模块置于工控机中，人机界面与工控机通过数据线连接。
第二步 传感器网络与工控机采集液压系统信号
在液压系统的关键部件位置布置传感器网络，所述关键部件包括：液压泵、液压阀、管道、油滤、液压缸以及油箱。通过传感器网络对液压系统各位置进行数据信号采集，获取液压系统内部物理量变化的信息，所述内部物理量包括：液压系统的流量、压力、温度，液压泵的振动信号，液压油的颗粒物浓度，液压阀进出口的压差，油滤进出口的压差，液压缸进出口的压力以及油箱液位。
第三步 数据读取模块获得信号数据
数据读取模块通过工控机中安装的数据采集卡I/O口读取传感器网络采集的数据信号，并能在人机界面显示。
第四步 数据特征提取模块找到关键特征信息
数据特征提取模块通过滤波算法除去数据读取模块提供的系统数据噪声，通过数学变换方式找到数据关键特征信息，关键特征信息包括：数据在频域上峰值的频率点与幅值、数据在时域上的脉动峰峰值与平均值，这些关键特征信息为故障诊断做准备。
第五步 故障仿真模块模拟系统故障模式
故障仿真模块首先对液压系统建立系统模型，在与实际液压系统相同的位置设置模拟化的传感器网络，通过参数辨识，保证在正常工况下与实际系统采集数据信息吻合度在90%以上；故障仿真模块基于系统模型进行故障注入，模拟仿真液压系统的各种故障模式，故障仿真数据作为故障诊断模块数据库信息。
第六步 故障诊断模块实现系统故障诊断
根据提取的数据关键特征信息导入到故障诊断模块，通过故障仿真数据、故障知识数据及系统历史数据组成的数据库进行故障分析比对，基于Bayes故障推理对提取的数据特征进行故障诊断，超过设定阈值将故障报警，实现在线实时的故障诊断功能。
第七步 故障定位模块指导维修策略
故障定位模块根据故障诊断模块得到的故障信息进行故障定位，并提供故障原因、检测流程和排故措施，这些信息都在人机界面上显示。
至此完成了液压系统在线故障诊断过程。
本方法首先通过搭建系统模型进行仿真试验，辨识系统模型模块的不确定参数，确保系统模型的准确性，基于故障仿真模块进行故障模拟，将故障仿真模块得到的故障仿真数据与故障知识数据及历史数据结合作为故障推理机的数据库，提高了故障诊断的可靠性，降低了虚警率，可以实现准确的故障定位。同时，具备完备的数据接口，可以实现系统通用性；具有故障预警功能，能够发现液压系统潜在的故障源，便于系统的保养维护；具有良好的人机交互性能，可以接收用户的工作指令和技术状态信息，显示故障诊断结论、故障原因和排故措施。
附图说明
图1一种液压系统在线故障诊断方法中液压在线智能故障诊断系统的原理示意图。
1.液压系统 2.传感器网络 3.工控机 4.数据读取模块 5.数据特征提取模块
6.故障仿真模块 7.故障诊断模块 8.故障定位模块 9.人机界面。
具体实施方式
一种液压系统在线故障诊断方法的具体步骤如下：
第一步 构建液压在线故障诊断系统
液压在线故障诊断系统，包括：液压系统1、传感器网络2、工控机3、数据读取模块4、数据特征提取模块5、故障仿真模块6、故障诊断模块7、故障定位模块8和人机界面9。
数据读取模块4的功能为：通过工控机3中安装的数据采集卡I/O口读取传感器网络2采集的信号数据；数据特征提取模块5的功能为：通过滤波方式，读取数据的关键特征，为故障诊断做准备；故障仿真模块6功能为：通过系统模型进行故障注入仿真，得到液压系统故障仿真数据；故障诊断模块7功能为：由故障仿真数据、故障知识数据及系统历史数据组成作为数据库，根据提取的数据特征进行故障诊断，所述故障知识数据是由液压系统故障模式经验数据导入数据库形成的，系统历史数据是由系统故障历史数据导入数据库形成的；故障定位模块8的功能为：根据故障诊断结果得到系统故障元部件位置以及相应的维修策略。
传感器网络2置于液压系统1中，传感器网络2与工控机3通过数据线连接，数据读取模块4、数据特征提取模块5、故障仿真模块6、故障诊断模块7和故障定位模块8置于工控机3中，人机界面9与工控机3通过数据线连接。
第二步 传感器网络2与工控机3采集液压系统信号
在液压系统1的关键部件位置布置传感器网络2，所述关键部件位包括：液压泵、液压阀、管道、油滤、液压缸以及油箱。通过传感器网络2对液压系统各位置进行数据信号采集，获取液压系统内部物理量变化的信息，所述内部物理量包括：液压系统的流量、压力、温度，液压泵的振动信号，液压油的颗粒物浓度，液压阀进出口的压差，油滤进出口的压差，液压缸进出口的压力以及油箱液位。
第三步 数据读取模块4获得信号数据
数据读取模块4通过工控机3中安装的数据采集卡I/O口读取传感器网络2采集的数据信号，并可在人机界面显示。
第四步 数据特征提取模块5找到关键特征信息
数据特征提取模块5通过滤波算法除去数据读取模块提供的系统数据噪声，通过数学变换方式找到数据关键特征信息，关键特征信息包括：数据在频域上峰值的频率点与幅值、数据在时域上的脉动峰峰值与平均值，这些关键特征信息为故障诊断做准备。
第五步 故障仿真模块6模拟系统故障模式
故障仿真模块6首先对液压系统在AMESim软件中建立系统模型，在与实际液压系统1相同的位置设置模拟化的传感器网络，通过参数辨识，保证在正常工况下与实际系统采集数据信息吻合度在90%以上；故障仿真模块6基于系统模型进行故障注入，模拟仿真液压系统的各种故障模式，故障仿真数据作为故障诊断模块7数据库信息。
第六步 故障诊断模块7实现系统故障诊断
根据提取的数据关键特征信息导入到故障诊断模块7，通过故障仿真数据、故障知识数据及系统历史数据组成的数据库进行故障分析比对，基于Bayes故障推理对提取的数据特征进行故障诊断，超过设定阈值将故障报警，实现在线实时的故障诊断功能。
第七步 故障定位模块8指导维修策略
故障定位模块8根据故障诊断模块得到的故障信息进行故障定位，并提供故障原因、检测流程和排故措施，这些信息都在人机界面9上显示。
至此完成了液压系统在线故障诊断过程。
Claims (1)
1.一种液压系统在线故障诊断方法，其特征在于本方法的具体步骤为：
第一步 构建液压在线故障诊断系统
液压在线故障诊断系统，包括：液压系统（1）、传感器网络（2）、工控机（3）、数据读取模块（4）、数据特征提取模块（5）、故障仿真模块（6）、故障诊断模块（7）、故障定位模块（8）和人机界面（9）；
数据读取模块（4）的功能为：通过工控机（3）中安装的数据采集卡I/O口读取传感器网络（2）采集的信号数据；数据特征提取模块（5）的功能为：通过滤波方式，读取数据的关键特征，为故障诊断做准备；故障仿真模块（6）功能为：通过系统模型进行故障注入仿真，得到液压系统（1）故障仿真数据；故障诊断模块（7）功能为：由故障仿真数据、故障知识数据及系统历史数据组成作为数据库，根据提取的数据特征进行故障诊断，所述故障知识数据是由液压系统（1）故障模式经验数据导入数据库形成的，系统历史数据是由系统故障历史数据导入数据库形成的；故障定位模块（8）的功能为：根据故障诊断结果得到系统故障元部件位置以及相应的维修策略；
传感器网络（2）置于液压系统（1）中，传感器网络（2）与工控机（3）通过数据线连接，数据读取模块（4）、数据特征提取模块（5）、故障仿真模块（6）、故障诊断模块（7）和故障定位模块（8）置于工控机（3）中，人机界面（9）与工控机（3）通过数据线连接；
第二步 传感器网络（2）与工控机（3）采集液压系统（1）信号
在液压系统（1）的关键部件位置布置传感器网络（2），所述关键部件包括：液压泵、液压阀、管道、油滤、液压缸以及油箱；通过传感器网络（2）对液压系统（1）各位置进行数据信号采集，获取液压系统（1）内部物理量变化的信息，所述内部物理量包括：液压系统（1）的流量、压力、温度，液压泵的振动信号，液压油的颗粒物浓度，液压阀进出口的压差，油滤进出口的压差，液压缸进出口的压力以及油箱液位；
第三步 数据读取模块（4）获得信号数据
数据读取模块（4）通过工控机（3）中安装的数据采集卡I/O口读取传感器网络（2）采集的数据信号，并在人机界面（9）显示；
第四步 数据特征提取模块（5）找到关键特征信息
数据特征提取模块（5）通过滤波算法除去数据读取模块（4）提供的系统数据噪声，通过数学变换方式找到数据关键特征信息，关键特征信息包括：数据在频域上峰值的频率点与幅值、数据在时域上的脉动峰峰值与平均值，这些关键特征信息为故障诊断做准备；
第五步 故障仿真模块（6）模拟系统故障模式
故障仿真模块（6）首先对液压系统（1）建立系统模型，在与实际液压系统（1）相同的位置设置模拟化的传感器网络（2），通过参数辨识，保证在正常工况下与实际系统采集数据信息吻合度在90%以上；故障仿真模块（6）基于系统模型进行故障注入，模拟仿真液压系统（1）的各种故障模式，故障仿真数据作为故障诊断模块（7）数据库信息；
第六步 故障诊断模块（7）实现系统故障诊断
根据提取的数据关键特征信息导入到故障诊断模块（7），通过故障仿真数据、故障知识数据及系统历史数据组成的数据库进行故障分析比对，基于Bayes故障推理对提取的数据特征进行故障诊断，超过设定阈值将故障报警，实现在线实时的故障诊断功能；
第七步 故障定位模块（8）指导维修策略
故障定位模块（8）根据故障诊断模块（7）得到的故障信息进行故障定位，并提供故障原因、检测流程和排故措施，这些信息都在人机界面（9）上显示；
至此完成了液压系统（1）在线故障诊断过程。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140924 |