CN111442015B - 一种液压阀门遥控系统故障智能判别方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种液压阀门遥控系统故障智能判别方法和系统，包括以下步骤：(一)数据采集；(二)数据预处理与特征提取；(三)调取专家规则数据库；(四)系统故障诊断：将经过预处理的实时数据和提取的液压曲线波动特征与专家系统策略参数进行对比，判断是否触发安全报警条件；(五)报警输出：当触发安全报警条件时，发出异常状态报警。本发明通过建立专家规则数据库，可以实现在线状态识别和故障监测，不需要单独进行故障诊断测试，不造成生产隐患。

Description

一种液压阀门遥控系统故障智能判别方法和系统
技术领域
本发明属于液压蓄能器故障识别的技术领域，更具体地，涉及一种液压阀门遥控系统故障智能判别方法和系统。
背景技术
液压蓄能器是液压系统的关键部件，由于液压油为不可压缩液体，液压油无法蓄积压力能，因而，可以利用气体的可压缩性来蓄积液压油的压力能。液压蓄能器是由储油单元和带有独立气密性压缩气体空间的储气单元两部分组成，常见的蓄能器有活塞式和皮囊式两种形式。当液压压力升高时油液进入蓄能器，气体被压缩，液压系统压力不再明显上升；当蓄能器压力下降时，压缩气体膨胀，减缓蓄能器压力的下降速度。蓄能器不仅具有蓄积压力能的功能，还可以吸收液压冲击、消除脉动、降低噪声和回收能量等功能。
在蓄能器实际运行中，随着储气单元持续的被压缩、膨胀，可能出现储气能力下降、储气功能完全失效等异常状态，这将影响液压系统的可靠工作。由于储气单元和储油单元一般都是在一个密闭的金属容器中，无法直接观察、检测储气单元的运行情况，因此，如何发现、判断储气单元异常状态是保障液压系统正常运行的重要内容。目前的检测方法主要存在以下问题：首先，需要停止蓄能器运行，这在实际系统运行中存在较大隐患；其次，需要接入高压氮气进行测试，需要一定的测试时间，进一步加大运行隐患；此外，判断过程需要人工操作、记录、计算、判定，较为繁琐。
因此，现有技术中亟需一种可以在液压系统运行过程中实现状态识别和故障监测，并且不需要增加现场检测传感器、仪表、不需要对控制系统进行升级改造、且不需要人工干预和操作的技术方案。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种可以在线进行状态识别和故障监测的液压阀门遥控系统故障智能判别方法和系统。
为实现上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：
一种液压阀门遥控系统故障智能判别方法，包括以下步骤：
(一)数据采集：每间隔预设时间采集一次液压系统压力参数和液压系统动作指令参数的实时数据，并保存为专家系统数据文件；
(二)数据预处理与特征提取：针对采集的实时数据进行滤波、缺失值分析和异常值判断，并通过液压系统动作指令标识和实时值变动规律特征识别，来提取液压曲线波动特征；
(三)调取专家规则数据库：加载专家规则数据库中的专家系统数据文件，提取专家系统策略参数作为故障诊断的比较依据；
(四)系统故障诊断：将经过预处理的实时数据和提取的液压曲线波动特征与专家系统策略参数进行对比，判断是否触发安全报警条件；
(五)报警输出：当触发安全报警条件时，通过显示模块来显示液压系统的当前状态，并发出异常状态报警。
在步骤(一)中，所述液压压力参数包括液压阀门遥控系统中所有数据采集点的压力值，所述液压系统动作指令参数包括液压阀门遥控系统中所有液压泵和所有阀门的工作状态。
在步骤(二)中提取液压曲线波动特征时，将只有一台液压泵处于启动状态且无阀门动作的时间段保存为液压系统充能时长，将该液压泵刚启动时刻的压力值保存为最小液压压力，将该液压泵刚停止时刻的压力值保存为最大液压压力；将所有液压泵全都处于停止状态、且没有阀门动作的时间段保存为液压系统放能时长。
在步骤(三)中，专家系统策略参数包括每个数据采集点的最小压力设定值、最大压力设定值、标准充能时长范围和标准放能时长范围。
在步骤(四)中，将所述最小液压压力与所述最小压力设定值进行比较，将所述最大液压压力与所述最大压力设定值进行比较；如果所述最小液压压力没有低于所述最小压力设定值、并且所述最大液压压力没有超出所述最大压力设定值，再将所述液压系统充能时长与所述标准充能时长范围进行对比，将所述液压系统放能时长与所述标准放能时长范围进行对比。
在步骤(五)中，如果所述最小液压压力低于所述最小压力设定值、或者所述最大液压压力超出所述最大压力设定值，则发出液压系统压力失控报警；如果所述最小液压压力没有低于所述最小压力设定值、并且所述最大液压压力没有高于所述最大压力设定值，但是所述液压系统充能时长超出所述标准充能时长范围的最大值，则发出液压泵磨损报警；如果所述最小液压压力没有低于所述最小压力设定值、并且所述最大液压压力没有超出所述最大压力设定值，但是所述液压系统充能时长低于所述标准充能时长范围的最小值，则发出蓄能器失效报警；如果所述最小液压压力没有低于所述最小压力设定值、并且最大液压压力没有超出所述最大压力设定值，同时，所述液压系统充能时长处于所述标准充能时长范围内，但是所述液压系统放能时长低于所述标准放能时长范围的最小值，则发出液压油泄漏报警。
所述预设时间为0.5s。
本发明还包括如下技术方案。
一种液压阀门遥控系统故障智能判别系统，包括以下部分：
(一)数据采集模块：用于每间隔预设时间采集一次液压系统压力参数和液压系统动作指令参数的实时数据，并保存为专家系统数据文件；
(二)数据预处理与特征提取模块：用于针对采集的实时数据进行滤波、缺失值分析和异常值判断，并通过液压系统动作指令标识和实时值变动规律特征识别，来提取液压曲线波动特征；
(三)调取专家规则数据库模块：用于加载专家规则数据库中的专家系统数据文件，提取专家系统策略参数作为故障诊断的比较依据；
(四)系统故障诊断模块：用于将经过预处理的实时数据和提取的液压曲线波动特征与专家系统策略参数进行对比，判断是否触发安全报警条件；
(五)报警输出模块：用于当触发安全报警条件时，通过显示模块来显示液压系统的当前状态，并发出异常状态报警。
所述液压压力参数包括液压阀门遥控系统中所有数据采集点的压力值，所述液压系统动作指令参数包括液压阀门遥控系统中所有液压泵和所有阀门的工作状态；所述数据预处理与特征提取模块用于将只有一台液压泵处于启动状态且无阀门动作的时间段保存为液压系统充能时长，将该液压泵刚启动时刻的压力值保存为最小液压压力，将该泵刚停止时刻的压力值保存为最大液压压力；将所有液压泵全都处于停止状态、且没有阀门动作的时间段保存为液压系统放能时长；专家系统策略参数包括每个数据采集点的最小压力设定值、最大压力设定值、标准充能时长范围和标准放能时长范围；所述系统故障诊断模块用于将所述最小液压压力与所述最小压力设定值进行比较，将所述最大液压压力与所述最大压力设定值进行比较；如果所述最小液压压力没有低于所述最小压力设定值、并且所述最大液压压力没有超出所述最大压力设定值，再将所述液压系统充能时长与所述标准充能时长范围进行对比，将所述液压系统放能时长与所述标准放能时长范围进行对比。
所述报警输出模块用于：如果所述最小液压压力低于所述最小压力设定值、或者所述最大液压压力超出所述最大压力设定值，则发出液压系统压力失控报警；如果所述最小液压压力没有低于所述最小压力设定值、并且所述最大液压压力没有高于所述最大压力设定值，但是所述液压系统充能时长超出所述标准充能时长范围的最大值，则发出液压泵磨损报警；如果所述最小液压压力没有低于所述最小压力设定值、并且所述最大液压压力没有超出所述最大压力设定值，但是所述液压系统充能时长低于所述标准充能时长范围的最小值，则发出蓄能器失效报警；如果所述最小液压压力没有低于所述最小压力设定值、并且最大液压压力没有超出所述最大压力设定值，同时，所述液压系统充能时长处于所述标准充能时长范围内，但是所述液压系统放能时长低于所述标准放能时长范围的最小值，则发出液压油泄漏报警。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1.通过建立专家规则数据库，可以实现在线状态识别和故障监测，不需要单独进行故障诊断测试，不造成生产隐患。
2.将实时数据与专家系统策略参数进行对比，可以实现预测性状态识别、预测性维护，提前报告系统性能下降程度，可以依据设定的标准提出提前维修建议。
3.采用现场压力变送器和阀位检测传感器，可以在监测过程中自动进行，不需要人工干预和操作，可以避免人力投入和不确定性。
4.压力波动期间存在的阀门动作所产生的液压系统压力参数和液压系统动作指令参数不做为故障识别依据，从而自动排除了阀门动作对系统运行的影响，避免了误判的发生。
附图说明
图1是系统故障诊断原理的流程图。
图2是专家系统数据的生成过程的流程图。
图3是具有两台液压泵的液压系统故障判断的流程图。
具体实施方式
下面根据具体实施方式对本发明做进一步阐述。
如图1-3所示的一种液压阀门遥控系统故障智能判别方法，包括以下步骤：
一种液压阀门遥控系统故障智能判别方法，包括以下步骤：
(一)数据采集：每间隔预设时间采集一次液压系统压力参数和液压系统动作指令参数的实时数据，并保存为专家系统数据文件。液压压力参数包括液压阀门遥控系统中所有数据采集点的压力值，液压系统动作指令参数包括液压阀门遥控系统中所有阀门的工作状态。液压系统的控制系统发出阀门动作指令后，在液压驱动下，阀门在阀位到位后通过阀位检测传感器发出阀位到位信号反馈，从而采集并记录阀门动作的时刻。通过现场压力变送器采集液压压力参数，通过阀位检测传感器采集液压系统动作指令参数，液压压力参数为模拟量离散化数据系列，数据系列每间隔一定的预设时间采集一次。在本实施例中，预设时间为0.5s，现场压力变送器量程为0-200bar。
(二)数据预处理与特征提取：针对采集的实时数据进行滤波、缺失值分析和异常值判断，并通过液压系统动作指令标识和实时值变动规律特征识别，来提取液压曲线波动特征。数据预处理的过程是对数据先进行滤波处理，避免不必要的数据波动影响后续诊断，由于预设时间为0.5s，每间隔0.5s进行一次实时数据采集，采集到的数据可能存在缺失值，故采取平滑的方法补齐，即用已有的数据点形成曲线，根据曲线函数补齐缺失点的数据的值。提取液压曲线波动特征时，如果液压系统的压力上升或下降的过程中出现液压阀门动作，则本次采集的液压系统压力参数和液压系统动作指令参数不作为故障判断的依据。如果液压系统的压力上升或下降的过程中，没有出现液压阀门动作，则将两台液压泵全都处于停止状态、且没有阀门动作的时间段保存为液压系统放能时长；将只有一台液压泵处于启动状态且无阀门动作的时间段保存为液压系统充能时长，将该液压泵刚启动时刻的压力值保存为最小液压压力，将该液压泵刚停止时刻的压力值保存为最大液压压力。
(三)调取专家规则数据库：加载专家规则数据库中的专家系统数据文件，提取专家系统策略参数作为故障诊断的比较依据；专家系统策略参数包括每个数据采集点的最小压力设定值、最大压力设定值、标准充能时长范围和标准放能时长范围。专家规则数据库的形成过程如图2所示，加载专家系统数据文件，包括液压系统压力参数和液压系统动作指令参数的历史数据，读取所有上述数据并保存到液压系统中控制系统的缓存区。从专家系统策略配置文件中提取液压系统所有数据采集点的标签信息，诸如历史记录中的最小压力设定值、最大压力设定值、标准充能时长范围、标准放能时长范围、阀门位号、开关命令、开关状态、开关时间、报警信息、阀门系统以及液压系统故障诊断系统的专家系统策略参数等数据，并将这些数据保存为专家系统专用格式的数据文件，从而提高系统每次加载初始化数据的速度，每次加载时，将这些数据整合为专家规则数据。整个液压系统中每个数据采集点的历史数据会经过一系列算法生成最小压力设定值、最大压力设定值、标准充能时长范围和标准放能时长范围。标准充能时长范围和标准放能时长范围是一个数值范围，在本实施例中，专家系统数据文件经一系列算法，根据历史记录的液压系统充能时长和放能时长，计算出标准充能时长和标准放能时长，从低于标准充能时长10％到高于标准充能时长10％之间的数值，即为标准充能时长范围；从低于标准放能时长10％到高于标准放能时长10％之间的数值，即为标准放能时长范围。
(四)系统故障诊断：将经过预处理的实时数据和提取的液压曲线波动特征与专家系统策略参数进行对比，判断是否触发安全报警条件。经过预处理的实时数据包括：液压系统充能的起始时刻、液压系统充能的结束时刻、液压系统放能的起始时刻以及液压系统放能的结束时刻。液压系统充能的起始时刻，即液压泵启动的时刻，如果处于启动状态的液压泵有两台以上，则以最早启动的液压泵启动的时刻作为液压系统充能的起始时刻。液压系统充能的结束时刻，即液压泵刚停止工作的时刻。液压系统放能的起始时刻，即最后一台工作的液压泵刚停止工作的时刻。液压系统放能的结束时刻，即所有液压泵都没开始工作的情况下，第一台液压泵开始启动的时刻。
(五)报警输出：当触发安全报警条件时，通过显示模块来显示液压系统的当前状态，并发出异常状态报警。
在本实施例中，液压系统共有两台液压泵，如图3所示，每隔0.5s采集所有数据采集点的压力值和两个液压泵以及所有阀门的工作状态。将只有一台液压泵处于启动状态且无阀门动作的时间段保存为液压系统充能时长，将该液压泵刚启动时刻的压力值保存为最小液压压力，将该液压泵刚停止时刻的压力值保存为最大液压压力；将两台液压泵全都处于停止状态、且没有阀门动作的时间段保存为液压系统放能时长。将最小液压压力与最小压力设定值进行比较，将最大液压压力与最大压力设定值进行比较；如果最小液压压力低于最小压力设定值、或者最大液压压力超出最大压力设定值，则发出液压系统压力失控报警。如果最小液压压力没有低于最小压力设定值、并且最大液压压力没有超出最大压力设定值，再将液压系统充能时长与标准充能时长范围进行对比，将液压系统放能时长与标准放能时长范围进行对比；如果液压系统充能时长超出标准充能时长范围的最大值，则发出液压泵磨损报警；如果液压系统充能时长低于标准充能时长范围的最小值，则发出蓄能器失效报警；如果液压系统充能时长处于标准充能时长范围内，但是液压系统放能时长低于标准放能时长范围的最小值，则发出液压油泄漏报警。
本实施例中的液压阀门遥控系统故障智能判别系统，包括以下部分：
(一)数据采集模块：用于每间隔预设时间采集一次液压系统压力参数和液压系统动作指令参数的实时数据，并保存为专家系统数据文件；
(二)数据预处理与特征提取模块：用于针对采集的实时数据进行滤波、缺失值分析和异常值判断，并通过液压系统动作指令标识和实时值变动规律特征识别，来提取液压曲线波动特征；
(三)调取专家规则数据库模块：用于加载专家规则数据库中的专家系统数据文件，提取专家系统策略参数作为故障诊断的比较依据；
(四)系统故障诊断模块：用于将经过预处理的实时数据和提取的液压曲线波动特征与专家系统策略参数进行对比，判断是否触发安全报警条件；
(五)报警输出模块：用于当触发安全报警条件时，通过显示模块来显示液压系统的当前状态，并发出异常状态报警。
液压压力参数包括液压阀门遥控系统中所有数据采集点的压力值，液压系统动作指令参数包括液压阀门遥控系统中所有液压泵和所有阀门的工作状态；数据预处理与特征提取模块用于将只有一台液压泵处于启动状态且无阀门动作的时间段保存为液压系统充能时长，将该液压泵刚启动时刻的压力值保存为最小液压压力，将该泵刚停止时刻的压力值保存为最大液压压力；将所有液压泵全都处于停止状态、且没有阀门动作的时间段保存为液压系统放能时长；专家系统策略参数包括每个数据采集点的最小压力设定值、最大压力设定值、标准充能时长范围和标准放能时长范围；系统故障诊断模块用于将最小液压压力与最小压力设定值进行比较，将最大液压压力与最大压力设定值进行比较；如果最小液压压力没有低于最小压力设定值、并且最大液压压力没有超出最大压力设定值，再将液压系统充能时长与标准充能时长范围进行对比，将液压系统放能时长与标准放能时长范围进行对比。
报警输出模块用于：如果最小液压压力低于最小压力设定值、或者最大液压压力超出最大压力设定值，则发出液压系统压力失控报警；如果最小液压压力没有低于最小压力设定值、并且最大液压压力没有高于最大压力设定值，但是液压系统充能时长超出标准充能时长范围的最大值，则发出液压泵磨损报警；如果最小液压压力没有低于最小压力设定值、并且最大液压压力没有超出最大压力设定值，但是液压系统充能时长低于标准充能时长范围的最小值，则发出蓄能器失效报警；如果最小液压压力没有低于最小压力设定值、并且最大液压压力没有超出最大压力设定值，同时，液压系统充能时长处于标准充能时长范围内，但是液压系统放能时长低于标准放能时长范围的最小值，则发出液压油泄漏报警。
以上的仅是本发明的优选实施方式，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种液压阀门遥控系统故障智能判别方法，其特征是，包括以下步骤：
(一)数据采集：每间隔预设时间采集一次液压系统压力参数和液压系统动作指令参数的实时数据，并保存为专家系统数据文件；
(二)数据预处理与特征提取：针对采集的实时数据进行滤波、缺失值分析和异常值判断，并通过液压系统动作指令标识和实时值变动规律特征识别，来提取液压曲线波动特征；
(三)调取专家规则数据库：加载专家规则数据库中的专家系统数据文件，提取专家系统策略参数作为故障诊断的比较依据；
(四)系统故障诊断：将经过预处理的实时数据和提取的液压曲线波动特征与专家系统策略参数进行对比，判断是否触发安全报警条件；
(五)报警输出：当触发安全报警条件时，通过显示模块来显示液压系统的当前状态，并发出异常状态报警；
在步骤(一)中，所述液压系统压力参数包括液压阀门遥控系统中所有数据采集点的压力值，所述液压系统动作指令参数包括液压阀门遥控系统中所有液压泵和所有阀门的工作状态；
在步骤(二)中提取液压曲线波动特征时，将只有一台液压泵处于启动状态且无阀门动作的时间段保存为液压系统充能时长，将该液压泵刚启动时刻的压力值保存为最小液压压力，将该液压泵刚停止时刻的压力值保存为最大液压压力；将所有液压泵全都处于停止状态、且没有阀门动作的时间段保存为液压系统放能时长；
在步骤(三)中，专家系统策略参数包括每个数据采集点的最小压力设定值、最大压力设定值、标准充能时长范围和标准放能时长范围；
在步骤(四)中，将所述最小液压压力与所述最小压力设定值进行比较，将所述最大液压压力与所述最大压力设定值进行比较；如果所述最小液压压力没有低于所述最小压力设定值、并且所述最大液压压力没有超出所述最大压力设定值，再将所述液压系统充能时长与所述标准充能时长范围进行对比，将所述液压系统放能时长与所述标准放能时长范围进行对比。
2.根据权利要求1所述的液压阀门遥控系统故障智能判别方法，其特征是，在步骤(五)中，如果所述最小液压压力低于所述最小压力设定值、或者所述最大液压压力超出所述最大压力设定值，则发出液压系统压力失控报警；如果所述最小液压压力没有低于所述最小压力设定值、并且所述最大液压压力没有高于所述最大压力设定值，但是所述液压系统充能时长超出所述标准充能时长范围的最大值，则发出液压泵磨损报警；如果所述最小液压压力没有低于所述最小压力设定值、并且所述最大液压压力没有超出所述最大压力设定值，但是所述液压系统充能时长低于所述标准充能时长范围的最小值，则发出蓄能器失效报警；如果所述最小液压压力没有低于所述最小压力设定值、并且最大液压压力没有超出所述最大压力设定值，同时，所述液压系统充能时长处于所述标准充能时长范围内，但是所述液压系统放能时长低于所述标准放能时长范围的最小值，则发出液压油泄漏报警。
3.根据权利要求1所述的液压阀门遥控系统故障智能判别方法，其特征是，所述预设时间为0.5s。
4.一种液压阀门遥控系统故障智能判别系统，其特征是，包括以下部分：
(一)数据采集模块：用于每间隔预设时间采集一次液压系统压力参数和液压系统动作指令参数的实时数据，并保存为专家系统数据文件；
(二)数据预处理与特征提取模块：用于针对采集的实时数据进行滤波、缺失值分析和异常值判断，并通过液压系统动作指令标识和实时值变动规律特征识别，来提取液压曲线波动特征；
(三)调取专家规则数据库模块：用于加载专家规则数据库中的专家系统数据文件，提取专家系统策略参数作为故障诊断的比较依据；
(四)系统故障诊断模块：用于将经过预处理的实时数据和提取的液压曲线波动特征与专家系统策略参数进行对比，判断是否触发安全报警条件；
(五)报警输出模块：用于当触发安全报警条件时，通过显示模块来显示液压系统的当前状态，并发出异常状态报警；
所述液压系统压力参数包括液压阀门遥控系统中所有数据采集点的压力值，所述液压系统动作指令参数包括液压阀门遥控系统中所有液压泵和所有阀门的工作状态；所述数据预处理与特征提取模块用于将只有一台液压泵处于启动状态且无阀门动作的时间段保存为液压系统充能时长，将该液压泵刚启动时刻的压力值保存为最小液压压力，将该液压泵刚停止时刻的压力值保存为最大液压压力；将所有液压泵全都处于停止状态、且没有阀门动作的时间段保存为液压系统放能时长；专家系统策略参数包括每个数据采集点的最小压力设定值、最大压力设定值、标准充能时长范围和标准放能时长范围；所述系统故障诊断模块用于将所述最小液压压力与所述最小压力设定值进行比较，将所述最大液压压力与所述最大压力设定值进行比较；如果所述最小液压压力没有低于所述最小压力设定值、并且所述最大液压压力没有超出所述最大压力设定值，再将所述液压系统充能时长与所述标准充能时长范围进行对比，将所述液压系统放能时长与所述标准放能时长范围进行对比。
5.根据权利要求4所述的液压阀门遥控系统故障智能判别系统，其特征是，所述报警输出模块用于：如果所述最小液压压力低于所述最小压力设定值、或者所述最大液压压力超出所述最大压力设定值，则发出液压系统压力失控报警；如果所述最小液压压力没有低于所述最小压力设定值、并且所述最大液压压力没有高于所述最大压力设定值，但是所述液压系统充能时长超出所述标准充能时长范围的最大值，则发出液压泵磨损报警；如果所述最小液压压力没有低于所述最小压力设定值、并且所述最大液压压力没有超出所述最大压力设定值，但是所述液压系统充能时长低于所述标准充能时长范围的最小值，则发出蓄能器失效报警；如果所述最小液压压力没有低于所述最小压力设定值、并且最大液压压力没有超出所述最大压力设定值，同时，所述液压系统充能时长处于所述标准充能时长范围内，但是所述液压系统放能时长低于所述标准放能时长范围的最小值，则发出液压油泄漏报警。
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