探究船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)故障診斷系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

【摘要】液壓?jiǎn)㈤]機(jī)作為船閘當(dāng)中一項(xiàng)至關(guān)重要的機(jī)電設(shè)備，因具有力矩較大、運(yùn)行平穩(wěn)性良好的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，而得到了廣泛使用。但在長(zhǎng)時(shí)間的使用下，不僅液壓管路容易存在漏油問題，同時(shí)各項(xiàng)液壓設(shè)備也比較容易出現(xiàn)密封性不足、設(shè)備老化等問題，進(jìn)而影響液壓?jiǎn)㈤]機(jī)等正常運(yùn)行使用，甚至極有可能影響船只的正常通行。因此本文將嘗試設(shè)計(jì)一種船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)故障診斷系統(tǒng)，從而有效達(dá)到控制故障發(fā)生的目的。

【關(guān)鍵詞】船閘；液壓?jiǎn)㈤]機(jī)；故障診斷系統(tǒng)

引言：

在各領(lǐng)域自動(dòng)化程度不斷加深下，船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的故障診斷方面也需要盡快擺脫當(dāng)前傳統(tǒng)老舊的人工診斷工作模式，通過積極構(gòu)建自動(dòng)化、現(xiàn)代化的船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)故障診斷系統(tǒng)。進(jìn)而可以在有效豐富故障報(bào)警內(nèi)容的同時(shí)，提升故障診斷成效，并有效抑制故障發(fā)生率，使得船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的安全穩(wěn)定運(yùn)行?；诖?，本文將分別從軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)兩個(gè)角度出發(fā)，對(duì)船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行初步探究。

一、船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)故障診斷系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

為了有效提高船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)故障診斷系統(tǒng)的運(yùn)行效率，并盡可能減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行成本，同時(shí)為后續(xù)系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)以及升級(jí)提供便利。本文通過利用當(dāng)前已經(jīng)投入使用的船閘控制系統(tǒng)，在無需新增其他硬件設(shè)備的前提下，完成船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)故障診斷系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。目前上橋船閘控制系統(tǒng)硬件主要由機(jī)房設(shè)備以及集控室設(shè)備共同組合而成，通過對(duì)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)進(jìn)行相應(yīng)控制以此實(shí)現(xiàn)閘門和閥門運(yùn)動(dòng)。以太網(wǎng)則負(fù)責(zé)連接著液壓?jiǎn)㈤]機(jī)機(jī)房以及樞紐中心。

在該系統(tǒng)當(dāng)中，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)本身自帶傳感器，并且擁有包括系統(tǒng)壓力和油箱溫度等及其高低報(bào)警的模擬量和開關(guān)量。通過統(tǒng)一設(shè)定模擬量和開關(guān)量分別使用4mA到20mA直流電流信號(hào)以及直流24V電壓信號(hào)，當(dāng)系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)中傳感器將實(shí)時(shí)采集各項(xiàng)相關(guān)工作數(shù)據(jù)，并統(tǒng)一傳輸至PLC站中。在將其存儲(chǔ)至工程師站之后，經(jīng)過數(shù)據(jù)提取和Matlab處理之后獲取相應(yīng)的基本期望及方差，對(duì)安全區(qū)間進(jìn)行合理明確后即可獲得故障預(yù)警閾值。這一閾值將經(jīng)由工程師站被統(tǒng)一存儲(chǔ)在PLC站當(dāng)中，利用確定的故障預(yù)警閾值作為參考值，將其和液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)相互比較，如果液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)連續(xù)多次超出安全區(qū)間，則判斷其存在故障征兆。

與此同時(shí)，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)中各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)均需要接受PLC系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括常規(guī)警報(bào)信息以及經(jīng)過數(shù)據(jù)分析處理后生成的警報(bào)信息。加入液壓?jiǎn)㈤]機(jī)存在故障問題，此時(shí)工作人員需要在操作員站當(dāng)中啟動(dòng)故障診斷系統(tǒng)，在與相關(guān)工業(yè)組態(tài)軟件信息進(jìn)行深入結(jié)合后，完成相關(guān)線索的準(zhǔn)確填寫，此時(shí)故障診斷系統(tǒng)將準(zhǔn)確鎖定具體故障位置，判斷出相應(yīng)的故障原因并給出處理措施。進(jìn)而使得操作人員能夠在短時(shí)間內(nèi)完成液壓?jiǎn)㈤]機(jī)故障處理工作。

二、船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)故障診斷系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

（一）故障預(yù)警

在實(shí)際的工作中，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行下，船閘液壓系統(tǒng)設(shè)備中的部分器件比較容易出現(xiàn)磨損、破損等問題，雖然在前期此類問題嚴(yán)重程度極其輕微，并不會(huì)對(duì)船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響，但隨著運(yùn)行時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，故障嚴(yán)重程度將逐漸加劇。而由于目前船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)體積相對(duì)較大，并不方便隨時(shí)更換器件且通常需要較長(zhǎng)的維修周期，因此一旦船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)出現(xiàn)故障問題，將極有可能影響正常的船只通行[2]。為此，在本文設(shè)計(jì)的船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)故障診斷系統(tǒng)當(dāng)中，增加了故障預(yù)警功能，在及時(shí)獲取相應(yīng)故障癥狀下對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)的判斷處理，進(jìn)而給出警報(bào)信息以提醒工作人員注意。

具體來說，系統(tǒng)在運(yùn)行之后首先需要利用PLC對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理，如果處理結(jié)構(gòu)在預(yù)警區(qū)當(dāng)中，則將自動(dòng)為預(yù)警值加1。反之如果處理結(jié)果不在預(yù)警區(qū)中，則將對(duì)預(yù)警值進(jìn)行清零并重新進(jìn)入PLC處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的環(huán)節(jié)中。當(dāng)預(yù)警值至少為3時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)預(yù)警功能。系統(tǒng)依照船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的靜態(tài)運(yùn)行和動(dòng)態(tài)運(yùn)行，對(duì)其閘門以及閥門油缸的位置進(jìn)行相應(yīng)的類別劃分，如果判斷啟閉機(jī)處于正常工作狀態(tài)，則只需對(duì)其進(jìn)行常規(guī)維護(hù)。而系統(tǒng)如果判斷啟閉機(jī)存在部分器件老化或是有微小滲漏等問題，則將自動(dòng)進(jìn)入預(yù)警狀態(tài)，此時(shí)液壓故障診斷專家系統(tǒng)將自行啟動(dòng)故障樹開始進(jìn)行故障診斷，用以準(zhǔn)確分析出故障名稱和故障原因。該項(xiàng)功能在啟動(dòng)過程中，將依照設(shè)備性能相關(guān)數(shù)值與常規(guī)值的偏離大小，對(duì)設(shè)備老化等故障進(jìn)行相應(yīng)判斷。此后工作人員可以根據(jù)系統(tǒng)給出的預(yù)警信息，對(duì)電磁閥以及焊接點(diǎn)等關(guān)鍵部位進(jìn)行加強(qiáng)檢查，進(jìn)而有效控制故障范圍。

（二）故障診斷

本文所設(shè)計(jì)的船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)故障診斷系統(tǒng)中，主要通過依托專家系統(tǒng)，利用其具體的邏輯推理形式實(shí)現(xiàn)故障診斷功能?？紤]到船閘液壓動(dòng)態(tài)方程具有極強(qiáng)的負(fù)載型，并且極易受到溫度以及機(jī)械變形磨損等因素的影響，因此最終確定利用故障樹的方式獲取故障診斷規(guī)則。將故障現(xiàn)象以及故障源分別作為故障樹的頂事件和底事件，前者通過利用獨(dú)立性較高的邏輯關(guān)系進(jìn)行分類，例如液壓?jiǎn)㈤]機(jī)油缸動(dòng)作過快或是不動(dòng)作[3]。在底事件中則需要對(duì)多方面因素進(jìn)行充分考慮再進(jìn)行故障分析，也就是說需要在明確導(dǎo)致故障出現(xiàn)的具體故障源的同時(shí)，需要保障故障源本身具有相互獨(dú)立性，否則無法將其作為同等級(jí)故障源。比如說系統(tǒng)單元和控制電源24V故障便不能視作同等級(jí)故障源。

結(jié)束語：

本文通過對(duì)船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，提出通過按照系統(tǒng)動(dòng)作將其劃分成動(dòng)態(tài)以及靜態(tài)，并對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，使之可以細(xì)分為正常狀態(tài)、預(yù)警狀態(tài)以及故障狀態(tài)。系統(tǒng)在對(duì)PLC采集得到的相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理下，通過利用故障樹對(duì)診斷規(guī)則進(jìn)行相應(yīng)獲取即可利用故障診斷專家系統(tǒng)完成對(duì)船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的故障預(yù)警和故障診斷工作，以此有效控制船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的故障發(fā)生率，提高其運(yùn)行成效和運(yùn)行安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱海，王黎輝.插裝閥式船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)故障診斷系統(tǒng)研究與開發(fā)[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月），2013，13（06）：95-96.

[2]趙新澤，張少慶，趙美云，李然，汪啟峰，汪杰.原子光譜分析法在大型閘門啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用[J].液壓與氣動(dòng)，2012（09）：73-75.

作者簡(jiǎn)介：張芝靈（1989），女，漢族，安徽皋陽，本科，助理工程師，機(jī)械工程及自動(dòng)化