電液控制系統(tǒng)的失效方式與故障診斷方法

李美芳

摘 要：電液控制系統(tǒng)是現(xiàn)代化生產(chǎn)必不可少的技術(shù)之一，為提高勞動生產(chǎn)效率，社會對于電液控制技術(shù)的要求越來越高。通過對電液控制技術(shù)主要組成和特點的研究，說明了電液控制系統(tǒng)的主要失效形式，并有針對性地總結(jié)了智能故障診斷方法和優(yōu)化電液控制系統(tǒng)可靠性的有效措施。

關(guān)鍵詞：電液控制系統(tǒng)；失效方式；故障；診斷

中圖分類號：THB7 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.04.042

電液控制技術(shù)是工業(yè)領(lǐng)域自動化控制的重要技術(shù)之一，隨著各行各業(yè)設(shè)備的不斷升級，電液控制技術(shù)受到的重視程度也逐漸升高。作為結(jié)構(gòu)復雜的綜合性系統(tǒng)，其技術(shù)內(nèi)容包含了自動控制、液壓、傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)以及通信技術(shù)等多個學科，且應(yīng)用范圍十分廣泛。由于電液控制技術(shù)所應(yīng)用的環(huán)境各異，復雜環(huán)境和元器件的污染很容易導致多種故障問題的發(fā)生，由于故障形式的多樣性和電液控制系統(tǒng)故障診斷能力的薄弱，使故障診斷變得困難，常常需要技術(shù)人員的逐一排查才能修復，且部分特殊故障難以準確定位故障位置，影響了電液控制技術(shù)功能的發(fā)揮。隨著相關(guān)研究的深入，電液控制系統(tǒng)的電液診斷技術(shù)也開始向精細化和智能化轉(zhuǎn)變，為電液控制過程的可靠性提升創(chuàng)造了有利條件。

1 電液控制技術(shù)主要特點

1.1 結(jié)構(gòu)組成

總體而言，電液控制系統(tǒng)主要包括了液壓系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、傳感器、電源以及處理器等幾大部分，常用的元器件包括了控制器、操作界面、處理器、耦合器、轉(zhuǎn)換器、電源箱，以及壓力、位置等多種傳感器。采用自動控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工控制的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)制定功能的及時、準確、可靠執(zhí)行。

1.2 功能特點

（1）有效控制。自動化的電液控制技術(shù)有效地融合了最先進的電子技術(shù)、液壓技術(shù)、機械技術(shù)以及計算機技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的控制過程而言，在控制效率方面提升明顯。

（2）安全可靠。由于多種傳感器技術(shù)的使用，不僅提升了電液控制系統(tǒng)的自動化程度，更為實時檢測創(chuàng)造了可能，這顯著提升了系統(tǒng)預(yù)判和預(yù)防故障問題的能力，也能大量規(guī)避提法問題產(chǎn)生的影響。

（3）快速反應(yīng)。電子控制技術(shù)與液壓系統(tǒng)的結(jié)合能有效保證優(yōu)良的反應(yīng)速度，這使得相關(guān)設(shè)備的工作效率和速度都顯著提升，更有利于實現(xiàn)各項資源的優(yōu)化配置，同時也有利于機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進和特定功能的提升。

2 電液控制系統(tǒng)的失效方式

電液控制系統(tǒng)在使用過程中出現(xiàn)的失效方式是多方面的，主要包括功能失效、精確度不足、性能降低、突發(fā)性故障等。其表現(xiàn)為液壓系統(tǒng)反應(yīng)緩慢、傳感器工作精度降低、工作位置不準確等，詳見下表。

（1）液壓系統(tǒng)功能失效。液壓系統(tǒng)在使用中可能由于冷卻系統(tǒng)功能、液壓油品質(zhì)不良導致液壓系統(tǒng)功能降低或失效。冷卻系統(tǒng)的功能失效主要是由于冷卻水質(zhì)量問題導致的，由于水質(zhì)不合格或直接以硬水添加入冷卻系統(tǒng)，會導致冷卻系統(tǒng)管路中進入了大量雜質(zhì)或水垢，導致過濾系統(tǒng)發(fā)生堵塞故障，引起液壓系統(tǒng)供液流量降低導致液壓系統(tǒng)執(zhí)行動作緩慢或失效。

（2）電氣控制程序紊亂。在不同行業(yè)中使用的電液系統(tǒng)，由于周圍用電環(huán)境或自身大功率電機的影響，在使用過程中會形成空間場干擾現(xiàn)象。通常情況下高壓供電系統(tǒng)因攜帶重型設(shè)備工作，因出現(xiàn)在設(shè)備啟停的過程中對電網(wǎng)產(chǎn)生波動沖擊的問題，這些因素的供電過程會對電液控制系統(tǒng)供電單元形成一定的電磁干擾現(xiàn)象，從而使電液控制系統(tǒng)的電氣控制程序出現(xiàn)紊亂，失去正常工作的能力，嚴重時還可能導致程序丟失。由于電氣控制程序紊亂的影響因素是隨機的，很難提前進行預(yù)判，而控制系統(tǒng)易受干擾的主要原因還是抗電磁干擾能力較弱導致的。

（3）漏電或短路故障。機械裝備使用的環(huán)境是十分復雜的，常存在著潮濕、高溫、粉塵等復雜條件，工作環(huán)境不良很容易引起電液控制系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品的密封保護失效，導致控制器及其他電器元件老化、復式或進潮，引起電路系統(tǒng)漏電和短路等問題，這些問題在設(shè)備使用的初期相對較少，而在中后期會逐漸增多，多是由于維護不當導致的。

（4）機械結(jié)構(gòu)功能失效。電液控制過程會不可避免的需要一些機械結(jié)構(gòu)進行輔助，在長期的工作過程中，機械零件可能因為疲勞、磨損或過載等問題發(fā)生損壞，從而影響系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮，這也要求相關(guān)工作人員做好機械結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護與檢修。

3 智能故障診斷方法

3.1 智能專家系統(tǒng)診斷法

智能專家系統(tǒng)診斷法主要是當系統(tǒng)發(fā)生故障時，專家系統(tǒng)會通過獲得的傳感器數(shù)據(jù)結(jié)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過往故障問題進行決策判斷， 進而確定故障產(chǎn)生的位置和可能原因。利用專家系統(tǒng)的知識解決電液傳動控制方面的故障問題，有效避免了傳統(tǒng)故障診斷對刻板數(shù)學模型依賴性，逐漸成為電液控制系統(tǒng)故障檢測的最有效方法之一，且得到了多個行業(yè)的推廣和使用。專家系統(tǒng)由很多收集的規(guī)則組合而成，能更合理地表達知識與結(jié)果之間的關(guān)系，當遇到故障問題時，專家系統(tǒng)可以通過自身知識庫進行有效推理并實現(xiàn)最終決策，但專家系統(tǒng)也存在著獲取知識困難、自學能力欠缺的問題，現(xiàn)階段的專家系統(tǒng)研究方向已經(jīng)趨向于與其他診斷技術(shù)相結(jié)合的領(lǐng)域，以提高故障處理的合理性。

3.2 模式識別診斷法

模式識別診斷法屬于靜態(tài)故障診斷方法的一類，其主要的技術(shù)特點是對故障模式特征量的選擇與提取。模式識別的診斷過程包括了離線分析和在線分析兩步，離線分析能夠明確電液控制系統(tǒng)故障狀態(tài)的特征向量集，并得出以特征向量集所表示的故障模式向量，從而得到基準模式集并確定針對不同的故障模式向量的理論判定函數(shù)，再利用在線診斷技術(shù)及時的獲得故障特征向量，并進行快速判斷和對故障進行定位。

3.3 模糊控制診斷法

模糊控制診斷法主要通過尋找故障狀態(tài)與模糊集合征兆之間的映射關(guān)系，以特定的征兆來診斷電液控制系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，是一種具有顯著潛力的診斷方式。因為模糊集合理論現(xiàn)階段發(fā)展還不成熟，目前對于模糊控制中兩個模糊集合之間的映射規(guī)律以及各個元素隸屬度的判定仍缺乏統(tǒng)一的方式和標準，大多數(shù)情況下都只能憑借經(jīng)驗和實驗結(jié)果確定。因為電液控制系統(tǒng)使用中的不確定因素影響，加之模糊控制診斷需對每個征兆及特征參數(shù)進行上下限確定與隸屬度函數(shù)設(shè)計，導致現(xiàn)階段的應(yīng)用存在局限性，但隨著模糊集合理論的不斷研究與發(fā)展，該診斷方式也將具備更加科學的應(yīng)用途徑。

3.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷法近年來發(fā)展十分迅速且應(yīng)用逐漸廣泛，由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷具備聯(lián)想、推理、存儲、適應(yīng)性強、自主學習以及處理復雜模式的眾多功能，能夠保證很多結(jié)構(gòu)復雜、機型龐大、故障率高、環(huán)境惡劣的條件下發(fā)揮重要作用。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷根據(jù)算法的不同具備不同的特點?；贐P算法的多層感知神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，具備相對成熟的理論基礎(chǔ)，以液壓泵故障問題的診斷為例，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線診斷產(chǎn)生故障液壓泵的壓力、流量、外殼振動等信號異常，從而分析并獲得液壓泵故障原因，并提供有針對性的解決方案。

4 優(yōu)化電液控制系統(tǒng)可靠性的有效措施

4.1 優(yōu)化電氣設(shè)備布置

為實現(xiàn)相關(guān)電液控制功能的可靠運轉(zhuǎn)，技術(shù)人員應(yīng)對電氣設(shè)備進行合理的布置，保證低壓電氣設(shè)備盡可能的遠離高壓電氣設(shè)備，采用屏蔽性能更好的雙絞電纜，并在布設(shè)過程中保證屏蔽層可靠接地且離動力電纜有足夠的距離，以避免電氣設(shè)備在工作過程中出現(xiàn)相互之間的電磁擾動。

4.2 加強設(shè)備維護力度

由于電液控制技術(shù)具有顯著的新技術(shù)特性，對其進行的維護管理也應(yīng)從更加專業(yè)的角度出發(fā)，積極改變固有的和落后的管理思路及方式，通過主動防護來減少事故發(fā)生的概率，針對控制裝置、液壓系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)建立科學且及時的監(jiān)控體系，以便于對控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)實現(xiàn)隨時查看，并保證對安全隱患問題的提前發(fā)現(xiàn)和處理，實現(xiàn)電液控制系統(tǒng)的長久可靠運行。此外，維護工作人員還應(yīng)重視對電液控制系統(tǒng)的污染情況建立合理的監(jiān)控體系，做到定期對設(shè)備內(nèi)乳化液濃度進行專業(yè)檢測，并密切關(guān)注乳化液的清濁程度，若發(fā)現(xiàn)乳化液中含有過量雜質(zhì)，應(yīng)及時且徹底地更換乳化液。針對于機械結(jié)構(gòu)，維護人員應(yīng)定期進行全面檢查，了解各零件的磨損情況，做到磨損零件的及時換新。

4.3 采用抗電磁干擾設(shè)備

電液控制系統(tǒng)應(yīng)針對交流電源的輸入端增加濾波設(shè)備，通過濾波設(shè)備減輕電源對支架控制器的干擾，進而避免交流電源對控制運行產(chǎn)生的影響。通常來說，濾波設(shè)備能夠顯著抑制和消除由電源線耦合產(chǎn)生的電磁擾動問題，對于保障電液控制系統(tǒng)運行十分有效。

4 結(jié)束語

電液控制技術(shù)作為新的控制方式之一，對于各行業(yè)的高效生產(chǎn)起著重要的基礎(chǔ)性作用，為保證電液控制系統(tǒng)的可靠運行，應(yīng)不斷豐富系統(tǒng)故障檢測的技術(shù)水平，并在日常使用中重視維護質(zhì)量，以保證電液控制技術(shù)相關(guān)功能的全面開展。

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