CN115235542A - 一种升船机承船厢在线监测方法及监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种升船机承船厢在线监测方法及监测系统，包括以下内容：数据监测、数据采集、状态评估以及故障分析；根据采集到的数据对升船机的设备健康状态进行评估；若评估结果异常，根据异常程度发出预警或报警信号；当监测到报警后，根据采集到的数据与数据储备模块内的数据进行比对，对报警信息进行故障诊断与分析后生成设备故障维修决策；本发明通过对承船厢结构能力和运行姿态进行监测，实时掌握承船厢结构性能指标、设备运行状况，从而达到监测承船厢的作用；且当监测到承船厢的健康状态处于非正常状态时，及时对承船厢进行调整和维护；当收到报警信号时，将监测数据与数据储备模块内的数据进行比对，较快的得出故障诊断，给出维修决策。

Description

一种升船机承船厢在线监测方法及监测系统

技术领域

本发明涉及升船机领域，具体涉及一种升船机承船厢在线监测方法及监测系统。

背景技术

升船机是内河通航建筑物型式之一，是解决大型水电站高效通航的有效方式。近年来，我国的升船机发展迅速，先后建成三峡升船机、构皮滩三级升船机、思林升船机、沙沱升船机等一大批超大型垂直升船机，但由于起步较晚，相关的技术和经验还处于相对落后的状态，传统的升船机利用定期巡检、人工检测等方式已经无法准确有效地进行设备安全检测，随着信息技术的发展，如何实现实时在线检测、健康评估与故障诊断是今后升船机信息化发展亟需解决的问题。

升船机承船厢载有一定深度的水体和船舶，是升船机重要的设备设施，由多根钢丝绳悬吊在卷筒和滑轮上，通过驱动机构升降承船厢实现船舶过坝。规划中的广西百色1000t级升船机、思林水电站1000t级升船机、沙沱水电站1000t级升船机等超大型千吨级升船机，其承船厢长度均超过100米，载水重量近万吨，承船厢结构在运行过程中的变形、应力、挠度等安全指标直接关乎人身安全、船舶安全以及设备安全，而目前国内外升船机工控系统中只采集部分设备运行信息参与整体运行控制，未开展承船厢关键设备和船厢结构能力实时监测、健康评估或故障诊断，无法提供实时可靠的安全检测。

基于上述情况，本发明提出了一种升船机承船厢在线监测方法及监测系统，可有效解决以上问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种升船机承船厢在线监测方法及监测系统。

本发明通过下述技术方案实现：

一种升船机承船厢在线监测方法，包括以下内容：

数据监测：通过结构能力监测模块和运行姿态监测模块对升船机的参数进行监测；

数据采集：采集来自结构能力监测模块和运行姿态监测模块的监测数据，并将数据存储至数据库；

状态评估：根据采集到的数据对升船机结构及设备健康状态进行评估；若数据未超过模块设定的参数指标时，结构或设备状态为健康，将评估结果与相应的数据作为历史数据存储到数据库中；若数据超过模块设定的参数指标时，结构或设备状态为不健康，根据异常程度发出预警或报警信号；

故障分析：当接收到预警或报警信号时，根据采集数据、健康评估结果与专家系统模块内的数据进行比对，对报警信息进行故障诊断与分析后生成设备故障维修决策。

优选的，所述结构能力监测模块主要监测吊耳板应力、主横梁应力、主纵梁应力、对接锁定机构关键部位应力、锁定梁关键部位应力、顶紧机构处应力、卧倒门铰支座关键部位应力、承船厢主横梁扰度变形和承船厢主纵梁扰度变形。

优选的，所述运行姿态监测模块主要监测船厢内水位、船厢位置、船厢水平、钢丝绳拉力、卧倒门左右油缸位移与压力、防撞梁左右油缸位移与压力、对接锁定机构油缸位移与压力、夹紧机构油缸位移与压力和密封框油缸位移与压力。

优选的，在状态评估中，根据专家系统中健康状态指标对采集和校核之后的设备信息进行评估，若评估结果超过健康预警指标但未超过故障报警指标的信息，系统将给出预警信号，并做出设备日常维护决策。

优选的，在状态评估中采用单一结构单一参数指标评估法对结构金属能力健康状态进行评估；通过承船厢的设计参数指标和一定时间内的运行历史数据，得到各类参数指标的标准时间函数和该参数指标正常运行时的极限值，建立参数指标的健康指数分析模型，如式(1)：

其中i为承船厢某一参数指标，如应力、应变、挠度、位移；P_i为i参数指标的健康指数；f(t)为i参数指标实际运行时间函数，F(t)为i参数指标的标准时间函数；λ_min和λ_max为i参数指标设计规定的最小极限值和最大极限值。

优选的，在状态评估中采用单一设备多参数指标评估法对设备运行姿态健康状态进行评估；首先根据单一设备单一参数指标评估法，建立承船厢上各设备的单一参数指标的健康指数P_i，明确单一设备中各类参数指标的影响权重，再利用综合加权法对单一设备多参数指标健康状态进行评估，如式(2)：

其中j为承船厢关键部位或设备，如吊耳板、主横梁、主纵梁、对接锁定机构；W_j为j设备基于多参数指标的健康指数；n为j设备包含的i参数指标的总个数；k_i为i参数指标的权重，0≤k_i≤1，且

优选的，在状态评估和故障分析时，均会将参数和结果发送至数据库进行保存，并在数据库中建立数据模型。

一种升船机承船厢在线监测系统，包括

结构能力监测模块：用于实时监测升船机承船厢的应力和扰度变形；

运行姿态监测模块：用于实时采集升船机承船厢的运行状态信息；

数据处理模块：收集来自结构能力监测模块和运行姿态监测模块的监测数据，并对监测数据进行校验，剔除不合理的数据；

专家系统：包括知识库和数据库，数据库用于收集并存储来自数据处理模块校验后的数据；所述知识库内存有国家标准、行业标准、升船机承船厢设计文件和以往故障案例资料；

设备健康评估模块：获得数据处理模块中的数据，并与专家系统中的数据进行比对分析，对升船机承船厢的健康状态进行评估；超过健康预警指标但未超过故障报警指标的信息，将给出预警信号，并做出设备日常维护决策；超过故障报警指标，将给出报警信号；

故障诊断分析模块：收到报警信号后，获得实时监测的数据，并与数据储备模块中的数据进行比对分析，对升船机承船厢的故障进行评估，并做出设备故障维修决策。

优选的，所述结构能力监测模块上连接有若干个布置在承船厢主纵梁和主横梁上的扰度监测传感器。

优选的，所述运行姿态监测模块连接有若干个布置在承船厢结构上的水位计、位移传感器、拉力传感器以及压力计。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明的升船机承船厢在线监测方法及监测系统通过对承船厢结构能力和运行姿态进行监测，实时掌握承船厢结构性能指标、设备运行状况，并且利用监测数据对承船厢进行评估，分析承船厢的健康状态，从而达到监测承船厢的作用；且当监测到承船厢的健康状态处于非正常状态时，会发出预警或报警信号，并作出相应决策，及时对承船厢进行调整和维护；当收到报警信号时，将监测数据与数据储备模块内的数据进行比对，较快的得出故障诊断，给出维修决策。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

实施例1：

本发明提供一种升船机承船厢在线监测方法，包括以下内容：

数据监测：通过结构能力监测模块和运行姿态监测模块对升船机的参数进行监测；

数据采集：采集来自结构能力监测模块和运行姿态监测模块的监测数据，并将数据存储至数据库；

状态评估：根据采集到的数据对升船机结构及设备健康状态进行评估；若数据未超过模块设定的参数指标时，结构或设备状态为健康，将评估结果与相应的数据作为历史数据存储到数据库中；若数据超过模块设定的参数指标时，结构或设备状态为不健康，根据异常程度发出预警或报警信号；

故障分析：当接收到预警或报警信号时，根据采集数据、健康评估结果与专家系统模块内的数据进行比对，对报警信息进行故障诊断与分析后生成设备故障维修决策。

本发明通过对承船厢结构能力和运行姿态进行监测，实时掌握承船厢结构性能指标、设备运行状况，并且利用监测数据对承船厢进行评估，分析承船厢的健康状态，从而达到监测承船厢的作用；且当监测到承船厢的健康状态处于非正常状态时，会发出预警或报警信号，并作出相应决策，及时对承船厢进行调整和维护；当收到报警信号时，将监测数据与数据储备模块内的数据进行比对，较快的得出故障诊断，给出维修决策。

在数据采集中，先对监测数据进行筛选，去除不合理的数据，避免不合理的数据对评估结果的影响，避免误判导致对承船厢做出维护或修理决策，不会影响承船厢的正常运行。

进一步地，在另一个实施例中，所述结构能力监测模块主要监测吊耳板应力、主横梁应力、主纵梁应力、对接锁定机构关键部位应力、锁定梁关键部位应力、顶紧机构处应力、卧倒门铰支座关键部位应力、承船厢主横梁扰度变形和承船厢主纵梁扰度变形。

通过监测关键部位的结构能力，更可靠准确的对承船厢的结构能力的健康状态进行评估。

进一步地，在另一个实施例中，所述运行姿态监测模块主要监测船厢内水位、船厢位置、船厢水平、钢丝绳拉力、卧倒门左右油缸位移与压力、防撞梁左右油缸位移与压力、对接锁定机构油缸位移与压力、夹紧机构油缸位移与压力和密封框油缸位移与压力。

通过监测关键部位的运行状况，更可靠准确的对承船厢的运行姿态的健康状态进行评估。

进一步地，在另一个实施例中，在状态评估中，根据专家系统中健康状态指标对采集和校核之后的设备信息进行评估，若评估结果超过健康预警指标但未超过故障报警指标的信息，系统将给出预警信号，并做出设备日常维护决策。

发出预警信号，可提前发现承船厢的异常状况，提前做出维护，降低对升船机正常运行的影响。

进一步地，在另一个实施例中，在状态评估中采用单一结构单一参数指标评估法对结构金属能力健康状态进行评估；通过承船厢的设计参数指标和一定时间内的历史数据，得到各类参数指标的标准时间函数和该参数指标正常运行时的极限值，建立参数指标的健康指数分析模型，如式(1)：

其中i为承船厢某一参数指标，如应力、应变、挠度、位移；P_i为i参数指标的健康指数；f(t)为i参数指标实际运行时间函数，F(t)为i参数指标的标准时间函数；λ_min和λ_max为i参数指标设计规定的最小极限值和最大极限值。

当实际测量值超过阈值范围时，健康指标为0，系统将给出报警信号并出发停机保护措施；当实际测量值与标准值重合时，健康指数为1，为设备最佳状态；当实际测量值在阈值范围之内时，通过与标准值相比较得出0～1之间的数值得到健康状态评级，并给出相应的日常维护或检查的决策信息

进一步地，在另一个实施例中，在状态评估中采用单一设备多参数指标评估法对设备运行姿态健康状态进行评估；首先根据单一设备单一参数指标评估法，建立承船厢上各设备的单一参数指标的健康指数P_i，明确单一设备中各类参数指标的影响权重，再利用综合加权法对单一设备多参数指标健康状态进行评估，如式(2)：

其中j为承船厢关键部位或设备，如吊耳板、主横梁、主纵梁、对接锁定机构；W_j为j设备基于多参数指标的健康指数；n为j设备包含的i参数指标的总个数；k_i为i参数指标的权重，0≤k_i≤1，且

进一步地，在另一个实施例中，在状态评估和故障分析时，均会将参数和结果发送至数据库进行保存，并在数据库中建立数据模型。

存储所有监测信息、评估过程值以及评估结构，并且建立数据模型，便于再次监测到近似参数时，可以更快的得出评估结构，降低评估压力。

实施例2：

如图1所示，本发明还提供一种升船机承船厢在线监测系统，包括

结构能力监测模块：用于实时监测升船机承船厢的应力和扰度变形；

运行姿态监测模块：用于实时采集升船机承船厢的运行状态信息；

数据处理模块：收集来自结构能力监测模块和运行姿态监测模块的监测数据，并对监测数据进行校验，剔除不合理的数据；

专家系统：包括知识库和数据库，数据库用于收集并存储来自数据处理模块校验后的数据；所述知识库内存有国家标准、行业标准、升船机承船厢设计文件和以往故障案例资料；

设备健康评估模块：获得数据处理模块中的数据，并与专家系统中的数据进行比对分析，对升船机承船厢的健康状态进行评估；超过健康预警指标但未超过故障报警指标的信息，将给出预警信号，并做出设备日常维护决策；超过故障报警指标，将给出报警信号；

故障诊断分析模块：收到报警信号后，获得实时监测的数据，并与数据储备模块中的数据进行比对分析，对升船机承船厢的故障进行评估，并做出设备故障维修决策。

进一步地，在另一个实施例中，所述结构能力监测模块上连接有若干个布置在承船厢主纵梁和主横梁上的扰度监测传感器。

扰度监测传感器包括伺服倾角传感器、激光测距仪等，可以更好的实时监测承船厢扰度变形状况。

进一步地，在另一个实施例中，所述运行姿态监测模块连接有若干个布置在承船厢结构上的水位计、位移传感器、拉力传感器以及压力计。

实时监测承船厢水位、位置、水平度，钢丝绳拉力、卧倒门左右油缸位移和压力、防撞梁左右油缸位移和压力、对接锁定机构油缸位移和压力、夹紧机构油缸位移和压力、密封框油缸位移和压力等关键信息，更好的实时监测承船厢运行姿态状况。

依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的升船机承船厢在线监测方法及监测系统，并且能够产生本发明所记载的积极效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种升船机承船厢在线监测方法，其特征在于：包括以下内容：

数据监测：通过结构能力监测模块和运行姿态监测模块对升船机的参数进行监测；

数据采集：采集来自结构能力监测模块和运行姿态监测模块的监测数据，并将数据存储至数据库；

状态评估：根据采集到的数据对升船机结构及设备健康状态进行评估；若数据未超过模块设定的参数指标时，结构或设备状态为健康，将评估结果与相应的数据作为历史数据存储到数据库中；若数据超过模块设定的参数指标时，结构或设备状态为不健康，根据异常程度发出预警或报警信号；

故障分析：当接收到预警或报警信号时，根据采集数据、健康评估结果与专家系统模块内的数据进行比对，对报警信息进行故障诊断与分析后生成设备故障维修决策。

2.根据权利要求1所述的一种升船机承船厢在线监测方法，其特征在于：所述结构能力监测模块主要监测吊耳板应力、主横梁应力、主纵梁应力、对接锁定机构关键部位应力、锁定梁关键部位应力、顶紧机构处应力、卧倒门铰支座关键部位应力、承船厢主横梁扰度变形和承船厢主纵梁扰度变形。

3.根据权利要求1所述的一种升船机承船厢在线监测方法，其特征在于：所述运行姿态监测模块主要监测船厢内水位、船厢位置、船厢水平、钢丝绳拉力、卧倒门左右油缸位移与压力、防撞梁左右油缸位移与压力、对接锁定机构油缸位移与压力、夹紧机构油缸位移与压力和密封框油缸位移与压力。

4.根据权利要求1所述的升船机承船厢在线监测方法，其特征在于：在状态评估中，根据专家系统中健康状态指标对采集和校核之后的设备信息进行评估，若评估结果超过健康预警指标但未超过故障报警指标的信息，系统将给出预警信号，并做出设备日常维护决策。

5.根据权利要求1所述的升船机承船厢在线监测方法，其特征在于：在状态评估中采用单一结构单一参数指标评估法对承船厢结构及设备的健康状态进行评估；通过承船厢的设计参数指标和一定时间内的运行历史数据，得到各类参数指标的标准时间函数和该参数指标正常运行时的极限值，建立参数指标的健康指数分析模型，如式(1)：

其中i为承船厢某一参数指标，如应力、应变、挠度、位移；P_i为i参数指标的健康指数；f(t)为i参数指标实际运行时间函数，F(t)为i参数指标的标准时间函数；λ_min和λ_max为i参数指标设计规定的最小极限值和最大极限值。

6.根据权利要求5所述的升船机承船厢在线监测方法，其特征在于：在状态评估中采用单一设备多参数指标评估法对设备运行姿态健康状态进行评估；首先根据单一设备单一参数指标评估法，建立承船厢上各设备的单一参数指标的健康指数P_i，明确单一设备中各类参数指标的影响权重，再利用综合加权法对单一设备多参数指标健康状态进行评估，如式(2)：

其中j为承船厢关键部位或设备，如吊耳板、主横梁、主纵梁、对接锁定机构；W_j为j设备基于多参数指标的健康指数；n为j设备包含的i参数指标的总个数；k_i为i参数指标的权重，0≤k_i≤1，且

7.根据权利要求1～6中任一项所述的升船机承船厢在线监测方法，其特征在于：在状态评估和故障分析时，均会将参数和结果发送至数据库进行保存，并在数据库中建立数据模型。

8.一种升船机承船厢在线监测系统，其特征在于：包括

结构能力监测模块：用于实时监测升船机承船厢的应力和扰度变形；

运行姿态监测模块：用于实时采集升船机承船厢的运行状态信息；

数据处理模块：收集来自结构能力监测模块和运行姿态监测模块的监测数据，并对监测数据进行校验，剔除不合理的数据；

专家系统：包括知识库和数据库，数据库用于收集并存储来自数据处理模块校验后的数据；所述知识库内存有国家标准、行业标准、升船机承船厢设计文件和以往故障案例资料；

设备健康评估模块：获得数据处理模块中的数据，并与专家系统中的数据进行比对分析，对升船机承船厢的健康状态进行评估；超过健康预警指标但未超过故障报警指标的信息，将给出预警信号，并做出设备日常维护决策；超过故障报警指标，将给出报警信号；

故障诊断分析模块：收到报警信号后，获得实时监测的数据，并与数据储备模块中的数据进行比对分析，对升船机承船厢的故障进行评估，并做出设备故障维修决策。

9.根据权利要求8所述的升船机承船厢在线监测系统，其特征在于：所述结构能力监测模块上连接有若干个布置在承船厢主纵梁和主横梁上的扰度监测传感器。

10.根据权利要求8所述的升船机承船厢在线监测系统，其特征在于：所述运行姿态监测模块连接有若干个布置在承船厢结构上的水位计、位移传感器、拉力传感器以及压力计。

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