TWI424953B - 在流體設備中進行故障定位及診斷的方法 - Google Patents

Description

在流體設備中進行故障定位及診斷的方法

本發明涉及一種在流體設備中進行故障定位及診斷的方法，此方法中可測定整個設備之流體體積流或整個設備之至少一部份區域以及測得一操作周期中的流體壓力且與已儲存著的參考值相比較。在有偏差的時間點或與該參考值的偏差發生變化時須確定該設備之哪一組件已進行了一種對流體之消耗有影響的過程，以將該過程辨認為有故障。

在一種由WO 2005/111433 A1中已為人所知的方法中，須對空氣消耗曲線進行評估以對故障作出定位。在與一參考值有偏差時，由該偏差的時間點即可推論出有故障的次(sub)系統(例如，閥-致動單元)。可發生在流體設備中的故障有其發生的原因，例如，組件的損耗、鬆動的螺栓、多孔的軟管、過程的干擾等等，這些原因表現在流體驅動器之移動中，其它原因還包括各種形式的滲透性。為了防止由於某些邊界條件(例如，溫度和壓力)之變化所造成的診斷錯誤，該文件中描述了以壓力和溫度來達成的空氣消耗量之可能的修正。然而，該文件未描述其所使用的方法，且時間上的波動或裝載量的波動未考慮在內。

本發明的目的是改良上述類型的方法，以便可考慮各種邊界條件之變化且特別是可考慮各種不同的操作狀態，使各操作狀態不會造成錯誤的診斷。

本發明中上述目的藉由一種具有申請專利範圍第1項特徵之方法來達成。

本發明的方法之優點特別是在於，該診斷可藉由電導值而以簡易的方式來補償一種流體系統中由不可避免的壓力-及/或溫度波動所造成的自然波動。此外，亦可藉由所儲存的電導值參考曲線之選取來考慮不同的操作狀態。電導值與一參考值的比較以及時間上和數值上的偏離可很準確地指出故障的種類以及故障的地點。因此，亦可有利地指出：滲漏(空氣消耗量已改變)是否為故障的原因或故障原因是否因為致動器之已改變的移動量所造成，例如，是否由於摩擦、損耗、切換速率較慢的控制閥等等所造成的較慢的周期時間而發生故障。

藉由申請專利範圍各附屬項中所述的措施，則可使申請專利範圍第1項中所述的方法達成有利的另一種方式以及獲得改良。

待選取的電導值參考曲線被儲存時各種不同的操作狀態較佳是指：熱運轉、較長時間的靜止狀態之後的操作、更換設備時的再運轉以及在可預設的時段之後的操作。

須依據溫度(特別是藉由因數1/，其中T是操作溫度)來對電導值大小作補償，以便可較佳地適應於整個設備之特性。為了可適應於所使用的各種不同的流體，則電導值大小亦可依據流體來調整，特別是可藉由因數，其中K_F 是與流體有關的特徵值，來調整。可藉由個別流體之濕氣含量及/或微粒含量，特別是藉由因數，其中K_H 是 一種與濕氣含量及/或微粒含量有關的特徵值，來對上述的電導值進行調整以獲得更正確的診斷資料和診斷描述。

為了可考慮各種不同的操作狀態，即，為了確保實際的電導值和參考值之間的比較可顯示出一種正確的描述，則所選取的參考值須對應於當時的操作狀態。這表示：須由所儲存的選擇矩陣來選取一種與個別的操作狀態相對應的電導值參考曲線。在一種有利的方式中，在對滲漏進行診斷之前，須藉由實際的電導值測量曲線與其操作周期所對應的電導值參考曲線之比較來檢核一操作周期之運行時間，此時只由一可預設的偏差值開始才會切換為至少另一電導值參考曲線。若已確定一種運行時間偏差，則另外須在實際的電導值測量曲線和電導值參考曲線之間檢核一種與時間成比例的偏移之存在，且只有在該與時間成比例的偏移已確定的情況下才會切換為至少另一電導值參考曲線。在對全部的電導值參考曲線檢核之後若已確定該預設的偏差值已被超過時，則整個設備廣泛地處於操作點之範圍外部，且產生一種相對應的信息。於是，未進行一種對滲漏的診斷，此乃因此種診斷此時並無意義。

本發明的實施例顯示在圖式中且將描述於下。

第1圖顯示一種氣動設備，其在原理上亦可以是另一種流體設備，例如，一種液壓設備。

此氣動設備由五個次(sub)系統10至14所構成，其分別是作用器(例如，閥)、氣缸、線性驅動器、其它的類似物 件以及上述各物件的組合。次系統10至14由一種壓力源15來供應氣體，此時在一種共用的供應管線16中配置一種流量測量器17以測量流量或測量體積流。一方面是次系統11、12且另一方面是次系統13、14另又分別形成一種具有一共用之供應管線的系統。

一電子式控制裝置18用來預設該設備之運行過程且在電性上經由相對應的控制線而與次系統10至14相連接。次系統10至14由該電子式控制裝置18獲得多個控制信號且另將感測器信號送回到該電子式控制裝置18。感測器信號例如可以是位置信號、微動開關(limit switch)信號、壓力信號、溫度信號及其它類似的信號。

該流量測量器17是與一電子式診斷裝置19相連接。溫度感測器20和壓力感測器21之信號另外傳送至該電子式診斷裝置19，以測量該供應管線16中的溫度(T)和壓力(P)，即，測量該流體之溫度和壓力。此外，流體感測器23是與該電子式診斷裝置19相連接，以測量所使用的流體之形式，且一種濕氣-及/或微粒感測器24亦與該電子式診斷裝置19相連接，以測量該流體的濕氣含量和微粒含量。該電子式診斷裝置19另外可存取該電子式控制裝置18之運行程式。診斷結果傳送至一種顯示器22，此時當然亦需儲存、印出、以光學方式及/或以聲音來顯示此一診斷結果，或將此一診斷結果經由導線或以無線方式傳送至一中央單元。

電子式診斷裝置19當然亦可整合在該電子式控制裝置18中，該電子式控制裝置18例如可包括一種微處理器以進 行上述的運行程式且亦可用來進行診斷。

在次系統的數目很多時，這些次系統可劃分成多個組，此時每一組具有一特定的流量測量器17，以便互相獨立地診斷該設備之各組所對應的部份區域，就像本文開頭所提及的先前技術一樣。現在，故障定位及診斷的方法將依據所述的氣動設備和第2至4圖中所示的電導值來詳述於下。

首先，將詳述該電導值和該電導值的測定。該設備中的體積流藉由該流量測量器17來測量，且將此體積流除以壓力感測器21所測量的預壓力P。所得的商形成電導值大小，其分別經由一操作周期來求和或積分而得到如下所示的電導值K_D ：

此電導值仍可藉由該溫度感測器20所測得的操作溫度T來補償。此外，此電導值亦可依據流體感測器23所測得的當時所使用的流體以依據特徵值K_F 來調整，且此電導值亦可選項地(optionally)依據濕氣含量而以特徵值K_H 及/或以濕氣-及/或微粒感測器14所測得的空氣之微粒含量來調整。於是，可獲得以下的電導值：

依據所需的耗費和所期望的準確性，亦可不必考慮溫度T之影響及/或不必考慮該特徵值K_F 或K_H 。於是，在最簡單的情況下該電導值只與體積流和預壓力有關。

該電導值另外亦與時間-及/或裝載量有關，即，依據操作狀態會形成不同的電導值曲線。各操作狀態例如可以是熱運轉，較長的靜止狀態之後的操作，更換設備時的再切入或在一可預設的時段之後的操作，即，例如在1小時或10小時或更多小時之後的操作。

現在，就不同的操作狀態和不同的參數來測得電導值參考曲線，這例如以一種學習過程來達成，且在該診斷裝置19中將電導值參考曲線儲存在一種選擇矩陣中。該診斷-電導值或多個診斷電導值是流體設備之特徵值或由多種次系統所構成的流體系統之特徵值。電導值顯示出整個設備或一部份設備在一已定義的重複式周期中之特性。電導值補償了一般的波動值以及各種操作值(例如，壓力、溫度、濕度、微粒含量)之波動值。因此，藉由參考/比較(即，與所儲存的電導值參考曲線來比較)來對該電導值進行評估時可顯示出故障以及流體設備中之故障原因。

首先，須選取一種適應於個別的操作狀態之與參數有關的電導值參考曲線。這是依據所施加的感測器信號來達成。然後，依據個別的操作狀態來檢核該運行時間且以已選取的電導值參考曲線來對相關性(correlation)進行檢核。若已選取的電導值參考曲線是與實際的測量曲線相關，則解除(release)該診斷。然後，各種偏差值實際上顯示出已偵測的時框中有滲漏且可對應於該運行程式將各偏差值配屬於造成故障之致動器。

然而，在已確定電導值曲線之運行時間有偏差時，仍 須進行另一檢核：定值的時間區段是否存在於有特徵的曲線各點之間。因此，整個曲線可劃分成有特徵的多個曲線點。此時在運行時間有偏差時該時間差值在各曲線點之間變動。就整個曲線而言，曲線點之間個別的時間差值在已定義的極限內存在一種線性的關係，因此，例如在起始相位之後由於整個快速運行的軸所造成的故障可假設並未存在。這表示：曲線之全部的時間差值整體上須成比例地改變。

所選取的參考值若未滿足所需的一致性，則解除該診斷，即，該偏差值不是由時間的移動所引起而是由該設備的干擾所引起，特別是由滲漏所引起。

反之，在運行時間偏差值已確定時若在一已定義的極限內確定多個斜率之線性關係，則切換至另一電導值參考曲線。此種過程須較長地重複進行，直至發現一種適當的電導值參考曲線時為止。若未能發現此種電導值參考曲線，則整個設備位於操作點範圍之外部，且產生(即，顯示)、告知、儲存一種相對應的信息或進行類似的動作。

若發現一種適當的電導值參考曲線K_Dref ，則此電導值參考曲線須與實際上已測得的電導值曲線K_Da 相比較。第2至4圖中顯示三種可能的情況。

依據第2圖，已測得的電導值曲線K_Da 通常連續地與該電導值參考曲線K_Dref 有更大的偏差。因此，明顯地存在著一種滲漏而成為故障的原因，且甚至存在著一種系統滲漏，即，該供應管16中有滲漏或與該供應管16相連接的管 線有滲漏。該差值ΔK_D 會隨著時間而越來越大，所以是一個時間函數。

依據第3圖，在時間點t1產生一種偏差ΔK_D ，其由此一時間點開始直至周期的終點t_e 為止保持著定值。這表示：一種在時間點t1時受驅動的次系統(例如，閥-致動器單元)顯示出一種滲漏。此偏差之時間點可與該控制裝置18中的過程影像或控制程式來相比較，以發現該造成故障的次系統。

在時間點t1時若多個次系統已受到驅動，這在較大的設備中都屬於此種情況，則在該些次系統之隨後的動作中該故障須受到限定。

依據第4圖，周期長度已變化Δt值，此時在時間點t2發生了該變化。電導值由時間點t2開始保持著定值，只進行一種時間上的移動。這樣可得到以下的結論：在時間點t2時已受驅動的致動器之運行時間已改變，這例如是由夾具、大的摩損、閥上的切換錯誤或類似原因所造成。於是，亦可依據該電導值來偵測該氣動系統中的時間誤差。

當然，第2至4圖所示的事件在一周期的期間亦可累積及/或發生多次。藉由適當的曲線，則亦可偵測一周期的期間中所發生的多種不同的故障。為了安全，在發生故障時該診斷周期當然可重複，以確定：該故障是否為一種一次性的故障或一種誤測量或一種持續存在的故障。

10~14‧‧‧次系統

15‧‧‧壓力源

16‧‧‧供應管線

17‧‧‧流量測量器

18‧‧‧電子式控制裝置

19‧‧‧電子式診斷裝置

20‧‧‧溫度感測器

21‧‧‧壓力感測器

22‧‧‧顯示器

23‧‧‧流體感測器

24‧‧‧濕氣-及/或微粒感測器

第1圖　一種氣動設備，一種流量測量器連接至其供應路徑中。

第2至4圖　用來描述各種不同的診斷結果之電導值。

10~14‧‧‧次系統

15‧‧‧壓力源

16‧‧‧供應管線

17‧‧‧流量測量器

18‧‧‧電子式控制裝置

19‧‧‧電子式診斷裝置

20‧‧‧溫度感測器

21‧‧‧壓力感測器

22‧‧‧顯示器

23‧‧‧流體感測器

24‧‧‧濕氣-及/或微粒感測器

Claims (9)

1. 一種在流體設備中進行故障定位及診斷的方法，此方法中可測定整個設備之流體體積流或整個設備之至少一部份區域以及測得一操作周期中的流體壓力且與已儲存著的參考值相比較，在有偏差的時間點或與該參考值的偏差發生變化時須確定該設備之哪一組件已進行了一種對流體之消耗有影響的過程，以將該過程辨認為有故障，此方法的特徵為：由個別的體積流(Q)和所測得的壓力(P)來形成電導值大小(Q/P)且將此電導值經由該操作周期而積分或相加成電導值(K_D )，此時由一已儲存的選擇矩陣選取一適當的電導值參考曲線(K_Dref )以作為參考，該選擇矩陣包含各種不同的操作狀態所需之電導值參考曲線(K_Dref )或與時間有關的電導值。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該各種不同的操作狀態是以下的操作狀態之至少二種：熱運轉、較長時間的靜止狀態之後的操作、更換設備時的再運轉以及在可預設的時段之後的操作。
3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該電導值大小是依據溫度來補償，特別是藉由因數1/來補償，其中T是操作溫度。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該電導值大小是依據流體來調整，特別是藉由因數來調整，其中K_F 是與流體有關的特徵值。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該電導值大小是依據 流體之濕氣含量及/或微粒含量來調整，特別是藉由因數1/來調整，其中K_H 是一種與濕氣含量及/或微粒含量有關的特徵值。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在對滲漏診斷之前藉由實際的電導值測量曲線(K_Da )來與一操作周期所對應的電導值參考曲線(K_Dref )相比較以檢核該操作周期之運行時間，此時只由一可預設的偏差值開始才會切換為至少另一電導值參考曲線(K_Dref )。
7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在已確定一種運行時間偏差時，則另外須在實際的電導值測量曲線(K_Da )和電導值參考曲線(K_Dref )之間檢核一種與時間成比例的偏移之存在，且只有在該與時間成比例的偏移已確定的情況下才會切換為至少另一電導值參考曲線(K_Dref )。
8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在對全部的電導值參考曲線(K_Dref )檢核之後若已確定該預設的偏差值已被超過時，則產生一種相對應的信息且未進行一種對滲漏的診斷。
9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在組件(10-14)之數目較大時劃分成多個組，其互相獨立地受到診斷。