CN109915218B - 一种deh系统电液转换部件故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种DEH系统电液转换部件故障诊断系统，属于电站汽轮机数字式电液控制领域，包括伺服控制卡件、电液转换部件、伺服无线诊断模块、移动终端和服务器端，运用故障诊断断算法的优势，优化现有的DEH/MEH控制系统中的故障诊断参数，在保证现有的诊断系统正常运行的情况下，同时对故障诊断参数进行优化，并定期更新故障诊断参数，让故障诊断结果更准确。

Description

一种DEH系统电液转换部件故障诊断系统

技术领域

本发明属于电站汽轮机数字式电液控制领域，具体涉及DEH系统电液转换部件故障诊断系统，也可以应用于智慧电厂、物联网和汽轮机智能故障诊断和寿命管理。

背景技术

在目前传统汽轮机故障诊断的方案中，对于负责汽轮机数字电液控制系统（Digital Electro Hydraulic Control System，简称DEH）电液转换部件的检修维护都是通过电厂定期例行的停机检修来进行的，通过传统的DEH本身的控制系统虽能获取一定的故障信息，但是信息量仍显不足，通常情况下需要有经验的电厂检修人员在检修期间前往机械所在地进行实地检查分析电液阀门的工况，从而判断部件是否能够正常工作，阀门控制卡件各种状态是否正常。

在电厂执行这种检修任务都需要遵守严格的规程，在火电燃机等大型机组中为了确诊某项技术故障需要进行停机操作，而启停机造成的燃料费用的浪费一次就可能达到数百万；同时培养一支专业的电厂汽轮机热动设备维护队伍也是需要长时间的锻炼才能游刃有余地服务于电厂。确诊、排除故障涉及热动工程、电气液压控制以及机械等多个学科，所以通过现场分析判断出转换部件是否可靠，具有较高的技术门槛。电液转换部件作为DEH系统的执行部件，通过控制卡件向系统反馈故障信息，但控制系统只选取相对关键的数据参与故障判断，而实际上反应部件开始老化，性能衰退的数据在很早一个阶段就开始显现，这部分数据相对冗余且不易分析，并不会直接提供给DEH系统。因此对电液转换部件的寿命管理更多的是依靠专业人员的介入和分析，同时辅以DEH系统提供的数据加以分析，远远没有达到系统对部件寿命自我管理维护的程度。

所以我们需要优化现有的DEH系统，对伺服控制卡件进行诊断，并能及时的向移动终端以及服务器端反馈信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种DEH系统电液转换部件故障诊断系统，解决现有技术中的DEH系统对部件寿命诊断缺陷的问题，能更及时、全面的反馈故障信息。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种DEH系统电液转换部件故障诊断系统，包括伺服控制卡件、电液转换部件、伺服无线诊断模块、移动终端和服务器端；

伺服控制卡件

所述伺服控制卡件作为故障诊断的对象，还包括信号接收器，所述信号接收器与伺服控制卡件电连接，所述信号接收器接收DEH/MEH控制系统发出的指令；

电液转换部件

所述电液转换部件包括电液转换阀门和液压执行机械部件，所述液压执行机械部件通过电液转换阀门与控制卡件电连接，所述伺服控制卡件通过控制电液转换阀门来驱动液压执行机械部件，进而来控制汽轮机进气量；

伺服无线诊断模块

所述伺服无线诊断模块，包括数据采集单元、数据存储单元、故障诊断参数单元、实时时间戳单元和BLE无线网络单元，所述数据采集单元分别与数据存储单元、故障诊断参数单元电连接，所述数据采集单元采集伺服控制卡件的重要信号数据，将采集到的信号发送给数据存储单元和故障诊断参数单元；所述故障诊断参数单元与BLE无线网络单元电连接，所述故障诊断参数单元与移动终端通信相连，所述故障诊断参数单元结合通过移动终端下载的服务器诊断下载参数，对接收到数据采集单元的信号后进行故障诊断，所述故障诊断参数单元再将故障诊断结果通过BLE无线网络单元传递到下一个模块；所述数据存储单元与BLE无线网络单元电连接，所述数据存储单元可存储数据采集单元采集的信号数据，并向BLE无线网络单元传递历史数据；所述BLE无线网络单元与移动终端通信连接，所述BLE无线网络单元用于向移动终端传递故障诊断参数单元的故障诊断结果，以及接收数据存储单元传递的历史数据；所述实时时间戳单元与数据采集单元电连接，所述实时时间戳单元为数据采集单元提供时间戳功能；

移动终端

所述移动终端均与BLE无线网络单元、故障诊断参数单元和服务器数据库通讯相连，所述移动终端接收伺服无线诊断模块通过BLE无线网络单元上传的数据，移动终端再将接收到的数据上传给服务器数据库，所述移动终端可下载服务器端处理后的训练参数；

服务器端

所述服务器端包括云端数据库和故障诊断断算法，服务器端将搜集到的数据存储后，定期启动设计好的故障诊断断算法对已有数据进行分析，定期优化故障诊断参数，改进智能故障判断策略，定期发布优化后的故障诊断参数。

所述移动终端硬件设备为平板、智能手机。

所述伺服无线诊断模块采用STM32F407 ARM核芯片。

所述数据采集单元采用实时采集，采集伺服控制卡件上的数据采用CAN Open总线协议和蓝牙Mesh无线组网结合。

所述数据存储单元采用就地存储法。

所述BLE无线网络单元采用型号为无线传输芯片CC2640R2F。

本系统的工作原理：本系统中伺服无线诊断模块中的数据采集单元采集伺服控制卡件上的信号数据，一方面将信号数据传递给故障诊断参数单元，故障诊断参数单元根据已有的故障诊断参数进行诊断，并将诊断结果通过BLE无线网络单元反馈给移动终端；另一方面数据采集单元将信号数据传递到数据存储单元进行储存，同时实时时间戳单元在数据上标记好时间，数据存储单元再将历史数据通过BLE无线网络单元传递给移动终端，移动终端再将接收到的信号数据上传至服务器端，服务器端将得到的信号数据进行转换处理、储存后，定期启动已有的故障诊断算法，对储存的数据进行分析，并优化故障诊断参数，改进智能故障判断策略，定期发布优化后的故障诊断参数，用户可通过移动终端下载最新优化训练参数，通过设备维护的方法将优化训练参数下载到伺服控制卡件，伺服控制卡件通过故障诊断参数改变就地故障判断策略，最终通过BLE无线网络单元发送给移动终端，用户可通过移动终端了解到诊断结果，从而指导生产运维。

伺服控制卡件上安装的信号接收器，接收DEH/MEH控制系统发出的指令，通过控制电液转换阀门来控制液压执行机械部件，进而来控制汽轮机进气量。

本技术方案的有益效果如下：

一、本发明中，运用工程经验，优化现有的DEH/MEH控制系统中的故障诊断参数，在保证现有的诊断系统正常运行的情况下，同时对故障诊断参数进行优化，并定期更新故障诊断参数，让故障诊断结果更准确，用户只需要通过移动终端定期下载最新优化后的故障诊断参数，进行设备维护，即可判断部件的工作状态，准确地反馈部件故障信息；本系统运用故障诊断技术，对伺服控制卡件实现了实时故障诊断，形成了一套完善适用于电厂部件智能故障诊断方案，减少了运营检修人员工作量，节省劳动力，提供实时的设备状态分析，利用实施时间戳和低耗能的数据存储方式，提供了严谨有效的数据。

二、本发明中，所述移动终端硬件设备为平板或智能手机，用户和调试人员能够通过平板或智能手机接收实时采集数据和分析结果，大大便利了对汽轮机控制部件的维护，通过在第一时间获取现场数据和产品维修更换建议，用户可以及时发现部件问题，节约维护成本，提高了专业度，同时可以有效避免可能发生的危险和经济损失。

三、本发明中，伺服无线诊断模块采用STM32F407 ARM核芯片，满足工业物联网硬件层数据采集和无线传输的需要，通过SPI驱动与蓝牙处理芯片进行通信，通过硬件通信接口获取CAN OPEN数据后进行存储并转发至蓝牙处理芯片。与SM32F407芯片配合的电路包括CAN通信电路、FRam电路、Micro SD卡存储电路和RTC电池供电电路，分别提供数据传送、参数存储、数据存储和RTC电路供电功能。

四、本发明中，信号数据采集是伺服控制卡件寿命分析的基础，数据采集单元采用实时采集，为上层数据分析提供数据来源，采用实时采集的采样率远超过控制系统采样率，达到1次/秒，能够为故障分析提供更丰富的信息；采集伺服控制卡件上的数据采用CANOpen总线协议和蓝牙Mesh无线组网结合，CAN Open总线协议主要满足需要同时对多个部件的信号采集工作，最后通过无线方法向终端用户发送数据的需求，对于不便有线连接的情况，采用蓝牙Mesh无线组网的方式克服空间上的实施困难，而对于蓝牙Mesh无线组网的设备距离要求，对于本系统的DEH应用场景也能满足。

五、本发明中，数据存储单元采用就地存储法，就地存储的方式有利于保证数据的实时有效性，避免了无线传输和网络传输带来的数据延时和丢失，保证了方案实施的可靠灵活，其可以提供了168小时的数据存储量，向用户提供历史趋势数据查询的功能，便于在发生故障或即将发生故障时对部件工作状况进行分析。

六、本发明中，所述BLE无线网络单元采用型号为无线传输芯片CC2640R2F，支持最新一代的无线协议BLE5.0，提供可扩展的Mesh传输网络，无线产品的传输效率可达到76%，满足本系统无线产品的应用要求，同时遵照国标GB 9254-2008，辐射能量低于标准，不干扰其他电子部件正常工作，符合工业应用要求，无线传输芯片CC2640R2F配合BLE天线网络负责蓝牙连接，发送和接收数据的功能。

附图说明

本发明的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：

图1是本发明的系统框图。

图2是本发明的伺服无线诊断模块的电路结构简图。

图3是本发明的CAN Open网络数据采集方式示意图。

图4是本发明蓝牙Mesh组网数据采集方式的示意图。

图5是本发明数据存储方式的示意图。

图6是本发明数据存储策略示意图。

图7是本发明伺服控制卡件的主要控制信号示意图。

具体实施方式

下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本发明目的技术方案，需要说明的是，本发明要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。

实施例1

参照图1-6，一种DEH系统电液转换部件故障诊断系统，属于电站汽轮机数字式电液控制领域，包括伺服控制卡件、电液转换部件、伺服无线诊断模块、移动终端和服务器端；

伺服控制卡件

所述伺服控制卡件作为故障诊断的对象，还包括信号接收器，所述信号接收器与伺服控制卡件电连接，所述信号接收器接收DEH/MEH控制系统发出的指令；

电液转换部件

所述电液转换部件包括电液转换阀门和液压执行机械部件，所述液压执行机械部件通过电液转换阀门与控制卡件电连接，所述伺服控制卡件通过控制电液转换阀门来驱动液压执行机械部件，进而来控制汽轮机进气量；

伺服无线诊断模块

所述伺服无线诊断模块，包括数据采集单元、数据存储单元、故障诊断参数单元、实时时间戳单元和BLE无线网络单元，所述数据采集单元分别与数据存储单元、故障诊断参数单元电连接，所述数据采集单元采集伺服控制卡件的重要信号数据，将采集到的信号发送给数据存储单元和故障诊断参数单元；所述故障诊断参数单元与BLE无线网络单元电连接，所述故障诊断参数单元与移动终端通信相连，所述故障诊断参数单元结合通过移动终端下载的服务器诊断下载参数，对接收到数据采集单元的信号后进行故障诊断，所述故障诊断参数单元再将故障诊断结果通过BLE无线网络单元传递到下一个模块；所述数据存储单元与BLE无线网络单元电连接，所述数据存储单元可存储数据采集单元采集的信号数据，并向BLE无线网络单元传递历史数据；所述BLE无线网络单元与移动终端通信连接，所述BLE无线网络单元用于向移动终端传递故障诊断参数单元的故障诊断结果，以及接收数据存储单元传递的历史数据；所述实时时间戳单元与数据采集单元电连接，所述实时时间戳单元为数据采集单元提供时间戳功能；

移动终端

所述移动终端均与BLE无线网络单元、故障诊断参数单元和服务器数据库通讯相连，所述移动终端接收伺服无线诊断模块通过BLE无线网络单元上传的数据，移动终端再将接收到的数据上传给服务器数据库，所述移动终端可下载服务器端处理后的训练参数；

服务器端

所述服务器端包括云端数据库和故障诊断算法，服务器端将搜集到的数据存储后，定期启动设计好的故障诊断算法对已有数据进行分析，定期优化故障诊断参数改进智能故障判断策略，定期发布优化后的故障诊断参数。

进一步的，所述移动终端硬件设备为平板、智能手机。

进一步的，所述伺服无线诊断模块采用STM32F407 ARM核芯片。

进一步的，所述数据采集单元采用实时采集，采集伺服控制卡件上的数据采用CANOpen总线协议和蓝牙Mesh无线组网结合。

进一步的，所述数据存储单元采用就地存储法。

进一步的，所述BLE无线网络单元采用型号为无线传输芯片CC2640R2F。

本实施例中，如图7，以伺服控制卡件为例，该卡件形成了一个完整的闭环控制系统，主要信号包括电液转换阀门给定驱动信号和反馈信号。这些数据都具有连续不间断的特性，为连续的模拟量，液压阀接收电流驱动信号将其转换为液压动力，进一步驱动电液转换部件进行线性物理运动，同时物理位移运动带动线性可变差动位移传感器（LinearVariable Differential Transformer）移动，从而改变反馈电流信号，通过伺服模块内部提供的PI调节功能将电液转换部件控制在指定行程位置。

这些信号都具有时频特性。某些信号如果出现固定频率的抖动，或者无法达到某个正确的阈值范围，抑或是在给定阶跃的情况下无法正常响应反馈。现有系统中，这些状况往往都需要具有一定电气、液压和控制背景知识，并具备结合经验，且需借助测试设备的前提下，才能够分析出液压设备出现的状况。本系统根据设备作业需求，在现有的系统下进行模块功能优化，结合Client/Server架构的无线智能故障诊断装置，并选取这些能够反映时频特性的数据作为训练参数和应用对象，克服了故障信息不易被发现的问题。

具体工程实施情况，如下：

表1

表1中为系统工作中部分伺服控制卡件的相关数据，展示了伺服无线诊断模块中涉及的模拟硬件通道，可以观察到反馈和驱动信号并不如图7中描述那般简单明了，而是出现多个冗余项，而在具体实施中还会涉及到LVDT传感器主次级信号，其信号的数量会大大增加，而且这些信号都是模拟量，都呈现时频特性，但是为了便于阐述和理解，暂时限定这些列表中的数据定义。表1中呈现的冗余数据反应的是在电厂这种安全性要求较高的场合下往往需要对驱动和反馈进行冗余处理，举例而言，一个电液转换部件上会安装两个LVDT传感器，而在伺服控制卡件中这样的设计比比皆是。这种冗余设计提高了可靠性，但是也埋下了互相影响的隐患，两者的相关性也是故障诊断模型的输入变量。

因此，本系统在充分理解DEH伺服液压控制原理的基础上，提取出如图7所述的对象模型，并有针对性地提取表1中的数据作为移动终端采集输入数据，同时约定以下参数为模型的输出变量。

该模块可采用故障判断的数据进行深度分析，利用在服务器端进行训练出的判故参数实时对数据进行侦测，发现问题，目前针对DEH伺服驱动而言，主要判断故障现象包括如下：

表2

表2为伺服无线诊断模块输出的结果，表征了电液调节系统中的常见故障，而服务器端的故障诊断数据训练的作用即是：通过调整输入变量和输出变量的映射关系，来达到诊断故障的目的。

Claims (5)

1.一种DEH系统电液转换部件故障诊断系统，其特征在于：包括伺服控制卡件、电液转换部件、伺服无线诊断模块、移动终端和服务器端；

伺服控制卡件

所述伺服控制卡件作为故障诊断的对象，还包括信号接收器，所述信号接收器与伺服控制卡件电连接，所述信号接收器接收DEH/MEH控制系统发出的指令；

电液转换部件

所述电液转换部件包括电液转换阀门和液压执行机械部件，所述液压执行机械部件通过电液转换阀门与伺服控制卡件电连接，所述伺服控制卡件通过控制电液转换阀门来驱动液压执行机械部件，进而来控制汽轮机进气量；

伺服无线诊断模块

所述伺服无线诊断模块，包括数据采集单元、数据存储单元、故障诊断参数单元、实时时间戳单元和BLE无线网络单元，所述数据采集单元分别与数据存储单元、故障诊断参数单元电连接，所述数据采集单元采集伺服控制卡件的重要信号数据，将采集到的信号发送给数据存储单元和故障诊断参数单元；所述故障诊断参数单元与BLE无线网络单元电连接，所述故障诊断参数单元与移动终端通信相连，所述故障诊断参数单元结合通过移动终端下载的服务器诊断下载参数，对接收到数据采集单元的信号后进行故障诊断，所述故障诊断参数单元再将故障诊断结果通过BLE无线网络单元传递到下一个模块；所述数据存储单元与BLE无线网络单元电连接，所述数据存储单元可存储数据采集单元采集的信号数据，并向BLE无线网络单元传递历史数据；所述BLE无线网络单元与移动终端通信连接，所述BLE无线网络单元用于向移动终端传递故障诊断参数单元的故障诊断结果，以及接收数据存储单元传递的历史数据；所述实时时间戳单元与数据采集单元电连接，所述实时时间戳单元为数据采集单元提供时间戳功能；

移动终端

所述移动终端均与BLE无线网络单元、故障诊断参数单元和服务器数据库通讯相连，所述移动终端接收伺服无线诊断模块通过BLE无线网络单元上传的数据，移动终端再将接收到的数据上传给服务器数据库，所述移动终端可下载服务器端处理后的训练参数；

服务器端

所述服务器端包括云端数据库和故障诊断算法，服务器端将搜集到的数据存储后，定期启动设计好的故障诊断算法对已有数据进行分析，定期优化故障诊断参数，改进智能故障诊断策略，定期发布优化后的故障诊断参数；

所述伺服控制卡件结合Client/Server架构的伺服无线诊断模块的无线智能故障诊断装置，并选取接收子采集单元的反馈信号、阈位给定信号、驱动信号数据作为输入量，通过伺服无线诊断模块的故障诊断参数单元，输出诊断结果，所述诊断结果包括：油动机液压机构卡涩、油质不良、伺服阀/比例阀损坏、LVDT传感器损坏、LVDT传感器移位脱落、伺服模件电路损坏、伺服模件电路供电不正常、DEH给定信号不正常、LVDT存在互扰，所述诊断结果表征电液调节系统故障类型；

所述BLE无线网络单元采用型号为无线传输芯片CC2640R2F。

2.根据权利要求1所述的一种DEH系统电液转换部件故障诊断系统，其特征在于：所述移动终端硬件设备为平板、智能手机。

3.根据权利要求1所述的一种DEH系统电液转换部件故障诊断系统，其特征在于：所述伺服无线诊断模块采用STM32F407 ARM核芯片。

4.根据权利要求1所述的一种DEH系统电液转换部件故障诊断系统，其特征在于：所述数据采集单元采用实时采集，采集伺服控制卡件上的数据采用CAN Open总线协议和蓝牙Mesh无线组网结合。

5.根据权利要求1所述的一种DEH系统电液转换部件故障诊断系统，其特征在于：所述数据存储单元采用就地存储法。

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