CN107450474B - 双梯形缝筛管等离子加工生产线智能化综合故障诊断系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机械加工领域，具体地，涉及一种双梯形缝筛管等离子加工生产线智能化综合故障诊断系统。双梯形缝筛管等离子加工生产线智能化综合故障诊断系统，包括：总控制系统故障诊断子系统、8套完全相同的等离子加工机床故障诊断子系统和等离子加工生产线综合故障诊断模块；其中，等离子加工机床故障诊断子系统，包括：机械系统故障诊断子系统、电控系统故障诊断子系统、双梯形缝筛管质量分析子系统和等离子加工机床故障诊断模块。等离子加工机床故障诊断子系统的检测信息，不仅包含机床本身的控制数据和振动信息，而且还包含双梯形缝筛管的缺陷信息，这种融合多源信息的智能化综合故障诊断系统，具有很高的故障诊断准确度。

Description

双梯形缝筛管等离子加工生产线智能化综合故障诊断系统
技术领域
本发明属于机械加工领域，具体地，涉及一种双梯形缝筛管等离子加工生产线智能化综合故障诊断系统。
背景技术
油气井出砂是困扰疏松砂岩油藏开采的一个主要问题，它不仅造成油井的减产和停产，加剧地面和井下设备的磨损，严重时还会造成套管的损坏和油井报废。割缝筛管是国内外油气井防砂最常用的一种井下工具，加工最困难的部分是微细通缝。目前，常用的割缝筛管加工方法有机械切割和激光切割两种。机械切割法采用旋转的圆盘刀片切割筛管，缝表面加工质量和精度较差；激光加工采用高能激光束切割筛管，容易产生“火柴头”现象。本专利申请的发明人发明了“筛管复合缝的加工方法”(授权公告号：CN 100496841C)和“双梯形缝筛管等离子加工生产线”(授权公告号：CN 102248237B)。
在实际生产加工中发现，双梯形缝筛管等离子加工生产线的总控制系统、单台等离子加工机床的电控系统和机械系统的不同部件会出现各种故障，加工的双梯形缝筛管出现不同缺陷，造成巨大的经济损失。因此，开发一套融合等离子加工生产线状态信息及双梯形缝筛管质量信息的智能化综合故障诊断系统，显得尤为必要。
发明内容
为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种双梯形缝筛管等离子加工生产线智能化综合故障诊断系统。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
双梯形缝筛管等离子加工生产线智能化综合故障诊断系统，包括：总控制系统故障诊断子系统、8套完全相同的等离子加工机床故障诊断子系统和等离子加工生产线综合故障诊断模块；总控制系统故障诊断子系统，包括：总控制台数据同步采集模块、数控回转工作台数据采集模块、轴向进给驱动装置数据采集模块、数控回转工作台振动加速度传感器、轴向进给驱动装置振动加速度传感器、总控制系统数据分析与处理模块和总控制系统故障诊断模块；等离子加工机床故障诊断子系统，包括：机械系统故障诊断子系统、电控系统故障诊断子系统、双梯形缝筛管质量分析子系统和等离子加工机床故障诊断模块。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：
(1)等离子加工机床故障诊断子系统的检测信息，不仅包含机床本身的控制数据和振动信息，而且还包含双梯形缝筛管的缺陷信息，这种融合多源信息的智能化综合故障诊断系统，具有很高的故障诊断准确度；
(2)总控制系统故障诊断模块对总控制系统进行初步诊断，等离子加工机床故障诊断模块对等离子加工机床进行初步诊断，等离子加工生产线综合故障诊断模块结合初步诊断信息，进行故障的综合识别和判定，并给出最终诊断结果，可进一步提高故障诊断的准确度。
附图说明
图1是双梯形缝筛管等离子加工生产线示意图；
图2是安装智能化综合故障诊断系统的双梯形缝筛管等离子加工生产线示意图；
图中，101、床身，102、总控制台，103、数控回转工作台，104、轴向进给驱动装置，105、直流伺服电机，106、立柱，107、主轴头，108、超声波振动头，109、工具电极，110、电磁振荡头，111、轴向及周向导向装置，112、数字控制系统，113、超声波电源，114、可控等离子电源，115、可控电磁振荡电源，116、双梯形缝筛管，201、数字控制系统数据同步采集模块，202、超声波电源数据同步采集模块，203、可控等离子电源数据同步采集模块，204、可控电磁振荡电源数据同步采集模块，205、电控系统数据分析与处理模块，206、直流伺服电机振动加速度传感器，207、主轴头振动加速度传感器，208、立柱振动加速度传感器，209、超声波振动头振动加速度传感器，210、直流伺服电机数据采集模块，211、主轴头数据采集模块，212、立柱数据采集模块，213、超声波振动头数据采集模块，214、机械系统数据分析与处理模块，215、第一涡流探伤仪，216、第二涡流探伤仪，217、双梯形缝筛管缺陷分析与处理模块，218、第一等离子加工机床故障诊断模块，219、总控制台数据同步采集模块，220、数控回转工作台数据采集模块，221、轴向进给驱动装置数据采集模块，222、数控回转工作台振动加速度传感器，223、轴向进给驱动装置振动加速度传感器，224、总控制系统数据分析与处理模块，225、总控制系统故障诊断模块，226、轴向及周向导向装置振动加速度传感器，227、轴向及周向导向装置数据采集模块，228、等离子加工生产线综合故障诊断模块。
具体实施方案
如图1所示，双梯形缝筛管等离子加工生产线，包括：总控制系统、8台等离子加工机床和床身101；其中，总控制系统，包括：总控制台102、数控回转工作台103和轴向进给驱动装置104；等离子加工机床(以第一等离子加工机床为例)，包括：直流伺服电机105、立柱106、主轴头107、超声波振动头108、工具电极109、电磁振荡头110、轴向及周向导向装置111、数字控制系统112、超声波电源113、可控等离子电源114和可控电磁振荡电源115；数字控制系统112与直流伺服电机105相连，用于驱动工具电极109进给加工；超声波电源113与超声波振动头108相连，用于控制工具电极109做超声振动；可控等离子电源114与工具电极109及双梯形缝筛管116相连，为可控等离子加工提供电能；可控电磁振荡电源115与两个电磁振荡头110相连，为电磁振荡头110提供电能，产生强度和频率可变的电磁场。
如图2所示，双梯形缝筛管等离子加工生产线智能化综合故障诊断系统，包括：总控制系统故障诊断子系统、8套完全相同的等离子加工机床故障诊断子系统和等离子加工生产线综合故障诊断模块228。
总控制系统故障诊断子系统，包括：总控制台数据同步采集模块219、数控回转工作台数据采集模块220、轴向进给驱动装置数据采集模块221、数控回转工作台振动加速度传感器222、轴向进给驱动装置振动加速度传感器223、总控制系统数据分析与处理模块224和总控制系统故障诊断模块225；总控制台数据同步采集模块219与总控制台102通过信号线缆相连，用于同步接收总控制台102内的关键控制及反馈数据信息；数控回转工作台振动加速度传感器222安装在数控回转工作台103上，数控回转工作台数据采集模块220与数控回转工作台振动加速度传感器222通过信号线缆相连，用于采集数控回转工作台103的振动信息；轴向进给驱动装置振动加速度传感器223安装在轴向进给驱动装置104上，轴向进给驱动装置数据采集模块221与轴向进给驱动装置振动加速度传感器223通过信号线缆相连，用于采集轴向进给驱动装置104的振动信息；总控制系统数据分析与处理模块224与总控制台数据同步采集模块219、数控回转工作台数据采集模块220及轴向进给驱动装置数据采集模块221通过信号线缆相连，用于对这三个模块上传的数据进行分析与处理；总控制系统故障诊断模块225与总控制系统数据分析与处理模块224通过信号线缆相连，用于诊断总控制系统各部件的故障，并给出初步诊断结果。
等离子加工机床故障诊断子系统(以第一等离子加工机床为例)，包括：机械系统故障诊断子系统、电控系统故障诊断子系统、双梯形缝筛管质量分析子系统和第一等离子加工机床故障诊断模块218。
机械系统故障诊断子系统，包括：直流伺服电机振动加速度传感器206、主轴头振动加速度传感器207、立柱振动加速度传感器208、超声波振动头振动加速度传感器209、轴向及周向导向装置振动加速度传感器226、直流伺服电机数据采集模块210、主轴头数据采集模块211、立柱数据采集模块212、超声波振动头数据采集模块213、轴向及周向导向装置数据采集模块227和机械系统数据分析与处理模块214；直流伺服电机振动加速度传感器206、主轴头振动加速度传感器207、立柱振动加速度传感器208、超声波振动头振动加速度传感器209和轴向及周向导向装置振动加速度传感器226，分别安装在直流伺服电机105、主轴头107、立柱106、超声波振动头108和轴向及周向导向装置111上，直流伺服电机数据采集模块210、主轴头数据采集模块211、立柱数据采集模块212、超声波振动头数据采集模块213和轴向及周向导向装置数据采集模块227，分别与直流伺服电机振动加速度传感器206、主轴头振动加速度传感器207、立柱振动加速度传感器208、超声波振动头振动加速度传感器209和轴向及周向导向装置振动加速度传感器226通过信号线缆相连，分别用于采集直流伺服电机105、主轴头107、立柱106、超声波振动头108和轴向及周向导向装置111的振动信息；机械系统数据分析与处理模块214与直流伺服电机数据采集模块210、主轴头数据采集模块211、立柱数据采集模块212、超声波振动头数据采集模块213和轴向及周向导向装置数据采集模块227通过信号线缆相连，用于对这五个模块上传的数据进行分析与处理。
电控系统故障诊断子系统，包括：数字控制系统数据同步采集模块201、超声波电源数据同步采集模块202、可控等离子电源数据同步采集模块203、可控电磁振荡电源数据同步采集模块204和电控系统数据分析与处理模块205；数字控制系统数据同步采集模块201、超声波电源数据同步采集模块202、可控等离子电源数据同步采集模块203和可控电磁振荡电源数据同步采集模块204，分别与数字控制系统112、超声波电源113、可控等离子电源114和可控电磁振荡电源115通过信号线缆相连，分别用于同步接收上述四台电控系统设备内的关键控制及反馈数据信息；电控系统数据分析与处理模块205与数字控制系统数据同步采集模块201、超声波电源数据同步采集模块202、可控等离子电源数据同步采集模块203和可控电磁振荡电源数据同步采集模块204通过信号线缆相连，用于对这四个模块上传的数据进行分析与处理。
双梯形缝筛管质量分析子系统，包括：第一涡流探伤仪215、第二涡流探伤仪216和双梯形缝筛管缺陷分析与处理模块217；第一涡流探伤仪215安装在双梯形缝筛管116未加工段的下方，用于实时检测未加工双梯形缝的筛管的缺陷；第二涡流探伤仪216安装在双梯形缝筛管116已加工段的下方，用于实时检测已加工双梯形缝的筛管的缺陷；双梯形缝筛管缺陷分析与处理模块217与第一涡流探伤仪215及第二涡流探伤仪216通过信号线缆相连，用于对这两个模块上传的数据进行对比分析与处理。
第一等离子加工机床故障诊断模块218与机械系统数据分析与处理模块214、电控系统数据分析与处理模块205和双梯形缝筛管缺陷分析与处理模块217通过信号线缆相连，用于诊断第一等离子加工机床各部件的故障，并给出初步诊断结果。
等离子加工生产线综合故障诊断模块228是智能化综合故障诊断系统的核心，与总控制系统故障诊断模块225通过信号线缆相连，与8台等离子加工机床的故障诊断模块(对于第一等离子加工机床，即是第一等离子加工机床故障诊断模块218)通过总线相连，用于对等离子加工生产线的所有故障信息进行综合分析判断，给出最终故障诊断结果。
总控制台数据同步采集模块219、数控回转工作台数据采集模块220、轴向进给驱动装置数据采集模块221、直流伺服电机数据采集模块210、主轴头数据采集模块211、立柱数据采集模块212、超声波振动头数据采集模块213、轴向及周向导向装置数据采集模块227、数字控制系统数据同步采集模块201、超声波电源数据同步采集模块202、可控等离子电源数据同步采集模块203、可控电磁振荡电源数据同步采集模块204，均采用单片机开发，进行数据信息的提取和采集；总控制系统数据分析与处理模块224、机械系统数据分析与处理模块214、电控系统数据分析与处理模块205和双梯形缝筛管缺陷分析与处理模块217，均采用数字信号处理器开发，进行数据的信号滤波、去噪预处理、特征信息提取；总控制系统故障诊断模块225和第一等离子加工机床故障诊断模块218，均采用中央处理器开发，运算贝叶斯网络故障诊断程序，分别进行总控制系统和等离子加工机床的故障识别和判定，并给出初步诊断结果；等离子加工生产线综合故障诊断模块228采用中央处理器开发，运算模糊贝叶斯网络综合故障诊断程序，进行等离子加工生产线的故障识别和判定，并给出最终故障诊断结果。

Claims (5)

1.一种双梯形缝筛管等离子加工生产线智能化综合故障诊断系统，其特征在于：包括总控制系统故障诊断子系统、8套完全相同的等离子加工机床故障诊断子系统和等离子加工生产线综合故障诊断模块；所述的总控制系统故障诊断子系统，包括：总控制台数据同步采集模块、数控回转工作台数据采集模块、轴向进给驱动装置数据采集模块、数控回转工作台振动加速度传感器、轴向进给驱动装置振动加速度传感器、总控制系统数据分析与处理模块和总控制系统故障诊断模块；所述的等离子加工机床故障诊断子系统，包括：机械系统故障诊断子系统、电控系统故障诊断子系统、双梯形缝筛管质量分析子系统和等离子加工机床故障诊断模块；其中，机械系统故障诊断子系统，包括：直流伺服电机振动加速度传感器、主轴头振动加速度传感器、立柱振动加速度传感器、超声波振动头振动加速度传感器、轴向及周向导向装置振动加速度传感器、直流伺服电机数据采集模块、主轴头数据采集模块、立柱数据采集模块、超声波振动头数据采集模块、轴向及周向导向装置数据采集模块和机械系统数据分析与处理模块；电控系统故障诊断子系统，包括：数字控制系统数据同步采集模块、超声波电源数据同步采集模块、可控等离子电源数据同步采集模块、可控电磁振荡电源数据同步采集模块和电控系统数据分析与处理模块；双梯形缝筛管质量分析子系统，包括：第一涡流探伤仪、第二涡流探伤仪和双梯形缝筛管缺陷分析与处理模块；等离子加工生产线综合故障诊断模块与总控制系统故障诊断模块通过信号线缆相连，与8台等离子加工机床故障诊断模块通过总线相连；总控制台数据同步采集模块与总控制台通过信号线缆相连，数控回转工作台振动加速度传感器安装在数控回转工作台上，数控回转工作台数据采集模块与数控回转工作台振动加速度传感器通过信号线缆相连，轴向进给驱动装置振动加速度传感器安装在轴向进给驱动装置上，轴向进给驱动装置数据采集模块与轴向进给驱动装置振动加速度传感器通过信号线缆相连，总控制系统数据分析与处理模块与总控制台数据同步采集模块、数控回转工作台数据采集模块及轴向进给驱动装置数据采集模块通过信号线缆相连，总控制系统故障诊断模块与总控制系统数据分析与处理模块通过信号线缆相连；等离子加工机床故障诊断模块与机械系统数据分析与处理模块、电控系统数据分析与处理模块和双梯形缝筛管缺陷分析与处理模块通过信号线缆相连；直流伺服电机振动加速度传感器、主轴头振动加速度传感器、立柱振动加速度传感器、超声波振动头振动加速度传感器和轴向及周向导向装置振动加速度传感器，分别安装在直流伺服电机、主轴头、立柱、超声波振动头和轴向及周向导向装置上；直流伺服电机数据采集模块、主轴头数据采集模块、立柱数据采集模块、超声波振动头数据采集模块和轴向及周向导向装置数据采集模块，分别与直流伺服电机振动加速度传感器、主轴头振动加速度传感器、立柱振动加速度传感器、超声波振动头振动加速度传感器和轴向及周向导向装置振动加速度传感器通过信号线缆相连；机械系统数据分析与处理模块与直流伺服电机数据采集模块、主轴头数据采集模块、立柱数据采集模块、超声波振动头数据采集模块和轴向及周向导向装置数据采集模块通过信号线缆相连；数字控制系统数据同步采集模块、超声波电源数据同步采集模块、可控等离子电源数据同步采集模块和可控电磁振荡电源数据同步采集模块，分别与数字控制系统、超声波电源、可控等离子电源和可控电磁振荡电源通过信号线缆相连；电控系统数据分析与处理模块与数字控制系统数据同步采集模块、超声波电源数据同步采集模块、可控等离子电源数据同步采集模块和可控电磁振荡电源数据同步采集模块通过信号线缆相连；第一涡流探伤仪安装在双梯形缝筛管未加工段的下方；第二涡流探伤仪安装在双梯形缝筛管已加工段的下方；双梯形缝筛管缺陷分析与处理模块与第一涡流探伤仪及第二涡流探伤仪通过信号线缆相连。
2.根据权利要求1所述的双梯形缝筛管等离子加工生产线智能化综合故障诊断系统，其特征在于：总控制系统故障诊断模块用于诊断总控制系统各部件的故障，并给出初步诊断结果。
3.根据权利要求1所述的双梯形缝筛管等离子加工生产线智能化综合故障诊断系统，其特征在于：等离子加工机床故障诊断模块用于诊断等离子加工机床各部件的故障，并给出初步诊断结果。
4.根据权利要求1所述的双梯形缝筛管等离子加工生产线智能化综合故障诊断系统，其特征在于：等离子加工生产线综合故障诊断模块用于对等离子加工生产线的所有故障信息进行综合分析判断，给出最终故障诊断结果。
5.一种双梯形缝筛管等离子加工生产线，包括：总控制系统、8台等离子加工机床和床身；其中，总控制系统，包括：总控制台、数控回转工作台和轴向进给驱动装置；等离子加工机床，包括：直流伺服电机、立柱、主轴头、超声波振动头、工具电极、电磁振荡头、轴向及周向导向装置、数字控制系统、超声波电源、可控等离子电源和可控电磁振荡电源，其特征在于：还包括权利要求1‐4之一所述的双梯形缝筛管等离子加工生产线智能化综合故障诊断系统。
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