故障诊断课件

7 故障先兆诊断技术和故障诊断实例 7.1 电液系统故障先兆 电液系统故障多种多样。不同的设备，由于组成的基本回路不同，组成各基本回路的元件不同，出现的故障也就不同。系统中产生的故障，有的是原始设计结构不良造成，有的是由于某一元件失灵而引起的，有的是由系统中元件综合性因素引起的，有的是由于机械、电器以及外界因素引起的。无论是何种原因引起的故障，其大部分故障并不是突然发生的，一般总有一些预兆，如噪声、振动、冲击、“爬行”、污染、气穴和泄漏等。如果这些现象能及时发现，并加以适当控制与排除，系统故 障就可以消除或相对减少。7 故障先兆诊断技术和故障诊断实例 11.噪声和振动 没有一定频率和声强无规律地组合在一起的声音称为噪声。一般地说液压装置有剌耳的高噪声往往是故障先兆，噪声就物理本质讲是一种机械波，它可分为流体噪声；固体噪声和空气噪声。这三种形式的噪声在液压系统中都是存在的。液泵，管路，控制阀的油液的压力变化，游励固体壁使其产生结构振动，固体壁的振动又促使和固体壁相接触的空气产生振动，从而产生声波或空气噪声传播出去。在液压系统中，除了元件组成的封闭系统外，还包括驱动电机，传动轴，泵支架和其它机械结构，所以噪声的成因和组成是多方面的。1.噪声和振动2 上述己讲过，液压系统中噪声大小可反映元件的质量问题，磨损程度及泄漏情况。因此监测系统中噪声，便能了解元件使用情况。2.液压冲击 液压冲击引起的故障也可用于故障先兆诊断。或避免故障产生。3.气穴 油箱中溶解的空气与油液的绝对压力成正比，在泵出油口，溢流阀出口等处设真空表或测量泵的声音判定气穴产生，进行早期诊断。4.温升 压力过大，滤芯堵塞，容积损耗大（内外泄漏），附着污物加大压力损失，元件或相对运动件润滑不良，压力超调等都会引起温升加大。根据温升情况也可判断系统故障。上述己讲过，液压系统中噪声大小可反映元件的质35.泄漏泄漏加大可判定：密封件损坏或元件磨损程度加大，均可作故障先兆诊断的一个因素。6.油液污染污染是一切故障的根源。通过对污染中的金属颗粒数的含量程度可判别元件磨损状况，进行先兆诊断。5.泄漏47.2 状态监测和故障早期诊断 目前我国工业正向着大型化、连续化和自动化的方向发展，这种趋势在冶金行业中表现的尤为突出。为快速提高生产率，各大钢厂经常成套引进轧制生产线，而电液伺服系统以其高精度、大功率、响应速度快、抗负载刚度大、润滑性好、寿命长、调速范围宽、低速稳定性好、体积小、重量轻等绝对优势成为自动化轧制生产线上的主要传动方式。随着这些电液伺服设备复杂性的不断增加，对设备维护提出了越来越高的要求，因为一旦某处发生故障，将引起链式反应，轻则导致产品质量下降，重则引起运行过程的中断，严重的甚至造成灾难性的后果。7.2 状态监测和故障早期诊断 5引起事故的根本原因是缺乏良好的工况监测与设备诊断技术，不能及时地、正确地识别设备的状态。因而必须采取现代化科学方法和先进技术手段，有效地提高设备护和管理水平，才能减少事故的发生，保证设备长周期连续安全地运行。1.状态监测现代意义上的状态监测就是当设备处于运行状态下，对其有代表性的状态参数进行经常性的或定期的监测和分析，以便弄清设备所处的客观状态。状态监测包括采用各种测量、分析和判别方法，结合设备的历史状况和运行条件，为设备的性能评价、合理使用、安全运行及故障诊断打好基础。引起事故的根本原因是缺乏良好的工况监测与设6系统状态监测与故障诊断，首先应根据诊断对象可能发生故障的机理、特点，确定并检测设备状态的特征信号；然后采用各种信息处理手段，从检测到的特征信号中提取征兆；最后根据这些征兆和相应的诊断信息完成对设备状态的识别，从而完成对设备故障的诊断。随着人工智能特别是基于知识的处理系统在诊断领域中的应用，产生了基于知识的识别、推理、诊断的方法。基于知识的诊断系统模拟人类专家来完成系统状态识别任务，这是智能诊断技术同一般诊断技术之间最主要的区别。随着人工智能特别是基于知识的处理系统在诊断领域中的应用，产生了基于知识的识别、推理、诊断的方法。基于知识的诊断系统模拟人类专家来完成系统状态识别任务，这是智能诊断技术同一般诊断技术之间最主要的区别。系统状态监测与故障诊断，首先应根据诊断对象7 2.电液系统状态监测的监测对象 监测是对在运转中的系统进行宏观连续的检测，即对上节所述的先兆进行测量.一般着重测量噪声；液压冲击（压力，包括真空度）；空穴现象；温度；污染程度；转速等。3.故障参数 电液系统故障的主要参数是指：压力；流量；温度；执行机构的运动速度；噪声；油液状态（污染，粘度）及外部泄漏等。4.电液系统状态监测的仪表1)电液系统压力状态监测的仪表 压力状态监测是检测系统主要部分的压力值，分析其是否在允许的范围内。(1)连续测量使用仪表 2.电液系统状态监测的监测对象8 压力传感器：是将压力微小变化通过放大输出一个电流或电压信号.通常有微压，差压，负压，常压等传感器。膜片式压力传感器：将介质压力直接作用于敏感膜片上，分布于膜片上的电阻组成惠斯通电桥，利用压阻效应实现压力量的电信号转换，通过电子线路将敏感元件产生的毫伏信号放大为标准工业信号，其范围从0-40Mpa。压阻式压力传感器:扩散于硅元件上的电阻连接成一个惠斯通电桥,压力作用于硅元件上使电阻值变化,硅元件上的电桥输出一组与压力大小成正比的线性电压信号,再转换成标准工业信号。(2)普通压力测试仪表压力表;压力继电器;电接点压力表等。压力传感器：是将压力微小变化通过放大输出一个电92)电液系统流量状态监测的仪表流量状态监测是检测系统主要部分的流量值，分析其是否在允许的范围内。(1)流量连续监测仪表流量传感器;热流量计等。(2)普通流量计椭圆齿轮流量计;浮子流量计;计量油马达等。3)电液系统温度状态监测的仪表水银温度计;电接点温度计;压力式或电阻式温度计等。2)电液系统流量状态监测的仪表104)电液系统液位状态监测的仪表(1)液位连续监测仪表 液位传感器。(2)普通液位计5)电液系统速度状态监测的仪表旋转编码器;速度传感器等。6)专用故障测试仪表及设备(1)手提式液压测试器它是由流量计，压力表及温度指示计等驵成。可检测流量，压力，温度等。它有两种类型：旁路测试器；直通测试器。旁路测试器系统压力油管接测试器进口，回油管接测试器出油口，测试器上的控制阀是调节和选择压力范围的。4)电液系统液位状态监测的仪表11 直通测试器 它串接在系统的压力油管上，成为液压系统的一个临时组件，可直接测量流量，压力，温度。(2)液压系统检修车 (3)油泵故障诊断器主要通过外部诊断即振动频率变化的检测，用计算机分析处理并可推测出剩余寿命。(4)T型接头进行污染检测可旁通测试，在线与不在线均可。主要原理为T型堵头是用磁性材料制作的旋塞，可把油液中的金属粒吸咐在磁塞上，再取出检测。直通测试器12(5)阀类检测器(6)管壁温差检测流体流向和流速的仪器如加热钳：夹在管壁被测部位检测，从管壁温升状态可判断管道内的液流状态（有无流动，流动方向，流速等）。(5)阀类检测器135电液系统的先兆诊断 如第三章介绍，电液系统故障诊断技术主要有简易诊断技术和精密诊断技术。其电液系统的先兆诊断也有人工法、计算机诊断和自动监测及早期诊断相结合的方法。1)人工法电液系统故障早期诊断处于萌芽时期，是有了监测手段，通过值班员，按照规章制度和操作规程对运转中的系统作出分析，判断和处理。这只能是初步的，其判断结果与值班人员的技术水平、经验等有关，易于失误。其方法参阅第二章故障简易诊断。2)计算机诊断通过计算机的专家系统进行早期诊断是当前发展趋5电液系统的先兆诊断14势。但需要许多专家的智慧和经验，还需一定的仪表、计算机软件等，较为复杂。是目前液压界的发展方向。3)自动监测及早期诊断相结合的方法把系统中必要的物理量（信息）用状态监测仪表采集起来，并将测量到的数据输入计算机进行处理，作出判断。可早期发现故障，预测系统未来状态。按照信号测取方式的不同又可分振动诊断法、声学诊断法、热力学诊断法、铁谱分析法、频谱分析法、电参数诊断法、时间序列分析法等。势。但需要许多专家的智慧和经验，还需一定的仪表、计算15振动诊断法利用专门的振动分析仪，用计算机辅助分析。其应用最广泛，是一种非常重要的诊断方法。它能实时地、直观地、精确地表征设备动态特性及其变化过程。监测诊断比较简便有效。但价格昂贵。声学诊断法 热力学诊断法铁谱分析法是以机械磨擦副中产生的磨损颗粒为基础的油样分析法。它利用正常与故障状态下磨屑颗粒的图象信息来进行判别诊断。根据磨屑颗粒的形态、尺寸、颜色、数量和成分等方面的定性观察与定量检测，研究磨损状态与机理，来分析磨损类型、程度和部位，从而判断故障原因。振动诊断法利用专门的振动分析仪，用计算机辅助16频谱分析法它以振动信号为基础，依据能量在不同频率上的分布情况来判别设备的运行情况，又称频域法。频域法是基于FFT运算的非参数方法，它本身有固有的缺陷，如能量的泄漏。频率分辨率受采样长度的限制等。电参数诊断法时间序列分析法是时域上以参数模型为基础的分析方法，它用相应的数学模型近似地描述一个时间动态序列。时序模型的建立过程实质上也是特征信息的凝聚过程。状态特征集中表现在其模型的参数上，根据模型的参数特征进行状态识别。频谱分析法它以振动信号为基础，依据17在故障状态的识别方面，过去常用统计识别方法，如贝叶斯判别、线性判别、距离判别等。目前基于模糊数学的模糊诊断和基于灰色理论的灰色诊断越来越受到人们的重视，它们在故障识别与趋势分析上都有独特的优势与功效。利用上述方法进行系统故障分析后，诊断还需要靠软件即专家系统。它通过计算机实现领域专家水平的工作，充分利用多个专家的知识与经验，是诊断技术的高级形式，也是近年来故障诊断研究领域的重点与热点。在故障状态的识别方面，过去常用统计识187.3电液系统故障诊断实例分析 1.普通液压系统故障诊断实例 图7.1示为某液压机液压系统原理图。试分柝该系统常见故障（用逻辑流程图法）。分析系统在停车后滑动横梁下滑现象产生的原因。1)熟悉性能和资料 查找故障原因之前需要充分了解设备性能，液压系统的工作原理和运行要求，以及设备和系统工作的主要参数。根据上述要求详细分柝系统原理图。排除设计产生的隐患。液压机工作原理如下：液压机有主缸和顶出缸两个工作缸。主缸完成滑动横梁快速下降，慢速压制，保压，回程和悬空停止7.3电液系统故障诊断实例分析1.普通液压系统故障诊断实例19 等动作；顶出缸实现顶出，回程和任意位置停止等动作。具体操作如下：主缸工作 快速下降：启动电机(1,2或3),电磁铁(1,3)通电，高压油进入主缸上腔，主缸下腔油通过液控单向阀20，顺序阀19，方向阀17回油箱（阀20,19被泵7的压力油打开），主缸快速下降，不足之油由充液阀24补充。慢速压制：主缸快速下降至一定行程碰行程开关（图中未标）电磁铁3断电，顺序阀19外控油路油回油箱，阀19起背压作用，主缸上腔压力增高，关闭充液阀24，下行速度减慢，直至接触工件，压力提高，压力补偿泵3排量自动减小，实现慢速压制。阀14,9,16分别实现不同压力下的安全保护作用。等动作；顶出缸实现顶出，回程和任意位置停止等动作。具20 l保压：当主缸压力达至预定值，压力继电器22发信号，1 断电，阀17中位，主缸保压。l回程和悬空停止：保压结束，继电器22发信号，32通电，打开顺序阀19及充液阀24，泵3的高压油进入主缸下腔，主缸上腔油经充液阀卸荷口卸压回油箱27，当充液阀全开后，主缸快速上升，直至碰行程开关，2断电，主缸悬空停止。顶出缸运动：顶出：电磁铁46通电，泵3压力油进入顶出缸下腔实现顶出动作，其上腔油经阀13回油箱。回程：4断电。5通电，缸下降回程。任意位置停止：阀处中位时主缸任意位置停止。21 图7.1某液压机液压系统原理图 图7.1某液压机液压系统原理图22 l 2)分析系统产生故障的根源 普通液压系统一般由液压元件（泵、阀、辅件等）、电控元件（电磁铁、PLC、插头等）、工作介质、执行元件、仪表等组成各种回路。因此分析系统故障可从元件和回路的状态分析（见第四章）。由于液压系统中出现故障的原因是多方面的，为了寻找主要原因，我们按上述介绍的方法即：方框图分析法；鱼刺图分析法；液压系统图分析法；逻辑流程图分析法进行分析。现在我们选逻辑流程图分析法进行。首先应在现场调研，寻找同类型系统常出现的故障，根据调研结果，将出现的主要故障列出，根据系统原理图寻找与故障之有关的元件和回路进行分析,并画出逻辑流程图进行分析。逻辑流程图 2)分析系统产生故障的根源23 l 24 3.)分析系统在停车后滑动横梁下滑现象产生的原因 根据流程图确定原因为：a.主缸泄漏;b.液控单向阀泄漏;c.顺序阀压力调定过低或阀口封闭不严;电磁阀泄漏 d.电磁阀泄漏。3.)分析系统在停车后滑动横梁下滑现象产生的原因252.电液伺服系统故障诊断实例 某实验平台电液伺服系统状态监测与故障诊断（系统图见图7.2）1)实验平台电液伺服系统原理 液压伺服实验台主要由四部分组成：液压设备、电控系统、计算机管理系统、测试仪表，这四部分综合起来构成了一套伺服系统，图7.2所示为其液压伺服实验台液压系统原理图.其中伺服系统由恒压变量泵电机组、蓄能器组、电液伺服阀和伺服缸组成。2.电液伺服系统故障诊断实例26图7.2 实验平台电液伺服系统图7.2 实验平台电液伺服系统272)系统状态监测(1)状态监测原理图状态监测原理图 状态监测的主要目的是全面的反映被监测系统的当前工作状况，如实的记录各元件及系统的历史趋势，及时的实现事故报警。根据这三个目的确定实验平台状态监测系统构成如图7.3所示。可将系统内各处能够反应故障特征的可测量电信号全部通过A/D接口板引入计算机，经过信号的分析与处理将有用信息传入iFix2.6这一组态软件，通过监测界面展现给用户。2)系统状态监测28图图7.3 实验平台状态监测原理图实验平台状态监测原理图图7.3 实验平台状态监测原理图29(2)实验平台电液伺服系统监测点及监测参数的选取 电液伺服系统监测点的选取应以能够满足系统根源性工况监测和性能失效监测为准则。下面就以本实验平台电液伺服系统为分析对象，来详细说明监测点的选取。将实验平台电液伺服系统组成元件按功能划分为执行元件、控制元件组、蓄能器组和泵组，以便对系统进行分析，确定监测点的设置。综合考虑电液伺服系统的根源性工况监测、系统性能监测和监测点的选取等因素，特将实验系统的监测参数选取为如下几种：故障诊断课件30 压力信号在泵的出油口、蓄能器附近、执行元件的进、回油路上、伺服阀前后分别安装压力传感器，以监测这些重要工作点附近的压力变化情况，并且每一个过滤器上都自带压差指示装置，当滤芯堵塞过滤器两端压差增大，指示装置报警。流量信号在泵的出油口、蓄能器、回油路、执行元件进出油路上分别安装流量传感器，以监测整个系统的泄露情况，及泵和蓄能器的工作状况。压力信号31温度信号 在油箱上、冷却器之前、泵的出油口、蓄能器处、伺服阀前、伺服阀后分别安装温度传感器，监测整个系统的发热状况。油液污染度信号 目前油液污染度的在线监测设备，一般采用铁谱分析仪，但由于价格昂贵不能实现在系统多处安装，因此在条件允许的情况下，可在泵的出油口处设置铁谱分析仪，用以达到监测油液污染及泵磨损情况的双重目的。至于油箱内的油液应采取定期离线采样分析的方式进行污染检测；回油过滤器前后，及伺服阀、执行元件附近应预留污染监测口，需要对其进行分析时可安装铁谱分析仪。温度信号32液位信号 在油箱内设置液位传感器可以随时观测到系统的当前液位，以分析系统外泄。位移信号 执行元件的位移信号（包括直线位移和转速）不但可以监测执行元件的当前工作状态，而且可以参与系统控制形成位置闭环。综上所述，考虑到经济性和可实施性，可将系统监测点及监测参数的布置情况列于表，在系统中的具体位置可参照图7.4传感器配置系统图。液位信号33信号压力流量温度污染度液位位移监 测 点1t1q1、1、c1、m1h12pq2、2、c2、m23p3Q3t3q3、3、c3、m34p4Q4t45p5Q55、m56p6Q67p7t78L8信号压力流量温度污染度液位位移监 测 点1t1q1、134 设置监测点1，位于油箱内泵的入口附近，通过该监测点可以反映出即将进入泵的油液温度、油液清洁度以及油液中的含气量、油箱的液位高度。设置监测点2，位于回油过滤器的入口，该点是整个系统中油液污染度最高点，通过该监测点可以反映出整个系统的磨损情况。并且通过点1与点2的配合还可以最大程度的反映出过滤器的工作状况。设置监测点3，位于泵的出口，通过该监测点可以反映出泵的整体工作情况，例如泵的磨损情况，气蚀情况，工作稳定性及系统负载稳定性。并且通过点3与系统中其他点的配合还可以反映出系统的泄漏情况。故障诊断课件35设置监测点4，位于蓄能器组附近，通过该监测点可以反映出蓄能器组的工作情况，如蓄能器组对系统流量的补充，吸收压力波动的情况等。设置监测点5和监测点6，分别位于执行元件的进、出油路上，通过这组监测点可以反映出执行元件的工作情况，如执行元件的内泄，负载的稳定性，执行元件的磨损情况等。设置监测点7，位于电液伺服系统的核心元件伺服阀附近，通过该监测点可以反映出伺服阀的工作状况，如阀的发热量、压力损失，油液污染状况和阀体磨损情况等。设置监测点8，位于执行元件附近，用以描述执行元件的位移、速度、压力、温度等信息，以便对整个系统进行性能监测。设置监测点4，位于蓄能器组附近，通过该监测点36图图7.4 实验平台实验平台传感器配置图7.4 实验平台传感器配置37 图中给出了在监测点处设置的各传感器具体位置，以及实验平台系统的综合布置。图中:S1电接点式液位计；S 2液位传感器；S 3温度计；S 4温度传感器；S 5电接点式温度计；S 6污染检测议；S 7压力传感器；S 8温度传感器；S 9压力传感器；S 10流量传感器；S 11温度传感器；S 12流量传感器；S 13、S 14、S 15温度传感器；S 16流量传感器；S 17压力传感器器；S 18压力传感器器；S 19流量传感器；S 20位移传感器 图中给出了在监测点处设置的各传感器具体位置，38(3）实验平台电液伺服系统状态监测的实现 状态监测在合理的选取监测点与监测参数目之后，还要合理布置监测界面，使之能够更方便的进行人机交流、如实反映系统当前状态，并为故障诊断积累必要的数据信息。a.软件的选取 对于本系统而言，实现状态监测的目的是为了进一步实现系统的故障诊断，系统的在线诊断又不可避免的要涉及到对系统的控制，iFIX与常用的组态软件（如WinCC、组态王和Synall等）相比它最大的优势在于它有强大的控制功能，这一点恰好满足本系统的要求。因此选用状态监测组态软件是iFIX2.6，(3）实验平台电液伺服系统状态监测的实现39b.信号的采集 由于iFIX2.6内嵌了VBA，且VB软件简单易用，因此选用了VB来编写了一部分接口程序。使用VB进行数据采集，模拟量及开关量的采集界面如图7.5和7.6：图图7.5 模拟量采集界面模拟量采集界面b.信号的采集40图图7.6 开关量采集界面开关量采集界面 图7.5模拟量采集界面中数字031表示PCI1713A/D接口板的32个模拟量通道，各小窗口对应数值为各通道的实测数值显示。图7.6开关量采集界面中数字07表示PCI730数字量接口板的8个数字量通道，各数字之上的圆形指示灯变为红色时表示该开关量当前状态为接通。图7.6 开关量采集界面 图7.5模41c.状态监测界面 数据采集进计算机后要经过iFix提供的I/O驱动将其引入数据库，建立动态数据连接，再通过iFix的状态监测界面显示出来。监测界面 本系统的监测界面分三部分：主界面；功能监测界面；参数分类监测界面。图7.7、7.8、7.9所示是具有代表性的监测界面图。c.状态监测界面42图图7.7 状态监测主界面状态监测主界面图7.7 状态监测主界面43 如图7.7所示，主界面的作用是可以通过它快速到达另两类监测界面，并显示欢迎信息、当前时间和系统运行时间等信息。功能界面可分为：1、系统监测界面；2、泵站监测界面（如图7.8)；3、阀台监测界面；4、执行机构监测界面。参数分类监测界面可分为：1、压力信号监测界面；2、流量及液位监测界面；3、温度信号监测界面；4、开关量状态监测界面；5、历史趋势监测界面。如图7.7所示，主界面的作用是可以通过它快44图图7.8 泵站监测界面泵站监测界面图7.8 泵站监测界面45 图图7.9 压力信号监测界面压力信号监测界面 图7.8所示为泵站监测界面，它要完成的主要任务是反映系统泵站结构，显示泵站的所有可监测信号，并显示泵站的报警信号。图7.9所示为压力信号监测界面，它要完成的主要任务是反映系统内所有压力传感器的当前信息。图7.9 压力信号监测界面 图7.8所示为46图图7.10 历史趋势监测界面历史趋势监测界面图7.10 历史趋势监测界面47 图7.10所示为历史趋势监测界面，它要完成的主要任务是显示系统内所有重要信号的历史趋势曲线，包括压力信号，温度信号和流量信号。综上所述，实验平台电液伺服系统状态监测部分已经构造起来了，它为故障诊断提供了有利的依据及有效的数据源，并且由iFIX构造出的界面良好，使人机交流更为便利。图7.10所示为历史趋势监测界面，它要完成48 3)实验平台的故障诊断实验平台的故障诊断 实验平台故障的基本特征 实验平台电液伺服系统是一结构复杂的机、电、液统一体，其可能的故障源即有结构性的又有参数性的，导致了系统具有机液偶合、时变和非线性等特性，因此在进行故障诊断之前先了解其故障的基本特征是十分必要的。虽然不同电液伺服系统的系统参数和元件类型各不相同，但其基本组成却是相类似的，它的核心元件是电液伺服阀，伺服阀输入信号为电流或电压值，输出信号是阀芯位移，根据反馈形式的不同有被划分为位置闭环，速度闭环，压力闭环等，在冶金行业的电液伺服系统中又以位置闭环居多。3)实验平台的故障诊断49 实验平台电液伺服系统以其元件的先进性，参数的合理性，最大程度的接近于现场应用，以它为对象进行研究，是具有代表性的，并且具有实际意义。因此本文就实验平台的具体结构进行分析，给出其故障的基本特征。(1)实验平台电液伺服系统的故障分类 实验平台电液伺服系统故障是指系统及其工作过程处于不正常的状态或系统的输出与预期的不符，即丧失了原设计所规定的功能。这包括使设备丧失功能的故障、降低设备工作性能的故障、操作失误造成的故障等，结合实际可将其故障可按如下几种方式分类：实验平台电液伺服系统以其元件的先进性50 a.按诊断对象：设备故障，具体表现为系统中元件的失常、失效、破坏。本系统中常见的设备故障有伺服阀磨损、卡死、弹簧折断、线圈损坏；溢流阀的阻尼孔堵塞、弹簧失效；蓄能器充气量不足；截止阀泄漏等。过程故障，具体表现为系统运行异常，达不到预期的目标。本系统中常见的过程故障有伺服阀给定具体电流信号，伺服缸输出位移不符合系统要求；泵、阀通电启动后系统压力建立不起来；蓄能器对系统的瞬间流量补充不足等。a.按诊断对象：51b.按故障对系统功能的影响：局部功能的失常或失效：本系统中局部功能的失常或失效可以表现为系统其他情况工作正常，仅仅需要蓄能器瞬间补充流量时，表现出流量不足；系统仅在保压时出现压力下降过快的异常现象等。全部功能的失常或失效：本系统中全部功能的失常或失效可以表现为系统工作压力建立不起来；系统无输出流量等，这种故障的出现将导致整个系统无法工作。b.按故障对系统功能的影响：52c.按故障产生的时间特性：突发性故障是由于元件内部缺陷或外界条件发生变化引起的系统状态参数突然变化，这种故障不易预测。本系统的突发性故障可以表现为伺服缸行走过程中遇到意外障碍物，使系统压力突然升高；溢流阀弹簧突然折断；伺服阀线圈意外短路等。渐变性故障，一般是在工作一段时间之后，由于元件的疲劳、磨损、老化等原因引起，虽不可避免但可以预测，这种故障也可称为耗损性故障。本系统的渐变性故障可以表现为伺服阀或溢流阀的阀芯磨损，伺服缸活塞与缸壁间的密封圈磨损，溢流阀弹簧疲劳失效，截止阀密封圈老化等。c.按故障产生的时间特性：53(2)实验平台电液伺服系统故障诊断的特点a.复杂性。实验平台电液伺服系统的设备组成较复杂，它包括伺服缸、管道、油箱、变量泵等有具体机械结构的机械元件；PLC、电控柜、溢流阀或伺服阀的电磁控制机构、压力继电器、电接点温度计和电接点液位计等电气元件；液压油、各种密封圈和管接头等 液压系统特有介质和元件；以及各种测量仪器仪表。系统的故障分析也是通过这各方面的影响因素进行的，具有相当的复杂性。b.数学模型的不完全精确性。实验平台电液伺服系统属于非线性系统，伺服阀和非对称液压缸的输入与输出的关系不完全明确，难以用完全准确的模型进行描述。(2)实验平台电液伺服系统故障诊断的特点54c.模糊性。在实验平台电液伺服系统中，一种故障可能表现为多种状态，而一种状态可能也是多种故障综合作用的结果。具体表现为溢流阀出现故障可能引起系统压力建立不起来、系统压力低、系统流量不足、振动、发热、压力脉动、无法泄荷等故障；系统混入空气可以表现为振动、气蚀、爬行、压力不稳、噪声等现象。反之，系统压力建立不起来时，引发这种现象的故障可能是变量泵故障、溢流阀故障、伺服缸故障或严重泄漏等。因此系统故障、故障源、故障征兆之间的关系并不完全明确，具有模糊性。d.差异性。实验平台电液伺服系统的元件种类众多，发生故障时，它们有着各自不同的故障机理与故障规律。具体表现为泵或溢流阀。c.模糊性。55(3)实验平台故障方框图 故障诊断的一个主要问题是知识（故障）的全面性，因此有必要尽可能完整的分析清楚系统的已知故障，对其进行归纳总结，使其具有条理性。方框图表示法是故障诊断常用的分析方法这一，它简单直观，恰好可以满足分析要求，本文根据对实验平台故障以及故障症状的分析，总结出了实验平台故障诊断方框图，如图。这样有利于对系统故障症状进行分析，找出各种可能的原因。(3)实验平台故障方框图56(a)图7-11实验平台故障诊断方框图。(a)图7-11实验平台故障诊断方框图。57(b)(c)(b)(c)58(d)(e)(d)(e)59 图(a)实验平台系统故障(b)实验平台压力故障(c)实验平台流量故障(d)实验平台振动与噪声故障(e)实验平台动作失控、泄漏及高温故障。从图中我们可以发现：一种故障症状可能是由多种原因引起的，而一种故障也可能出现多种故障症状。图11分为(a)、(b)、(c)、(d)、(e)五部分，(a)为实验平台系统故障的整体分类，将其系统划分为压力故障、流量故障、振动与噪声故障、动作失控、泄漏及高温故障。并将这几类故障在(b)(c)(d)(e)中逐一细化，得到了完整的实验平台故障诊断方框图。图(a)实验平台系统故障(b)实验平台压力故60(4)实验平台电液伺服系统故障诊断专家系统方法 诊断方法的研究是设备诊断技术的核心。识别设备的状态为正常或异常，判断为异常后再进行原因分析，这是诊断的实质。总之，诊断方法研究的总体目标是实现诊断的自动化和智能化，实验平台电液伺服系统故障诊断方法的研究也是以这一目标为出发点的，因此本系统确定选用基于知识的专家系统。基于知识的专家系统目前在诊断中已有成功的利用，且近年来随着计算机硬件的飞速发展，对大量数据的处理速度有极大提高，使实现专家系统的条件更加成熟。专家系统是基于符号的推理系统，它虽然存在知识获取困难的缺点，但具备解释功能，可以实现更好的人机交流。(4)实验平台电液伺服系统故障诊断专家系统方法61 神经网络技术在诊断中的应用起步较晚，它强大的并行计算能力和自学习功能及联想能力，很适合作故障分类和模式识别，但由于其不具备解释功能因此其应用受到了限制。专家系统的现有发展水平使得其具有良好的稳定性和友好的人机交流能力，根据实验平台电液伺服系统故障诊断模糊性和不确定性较为突出的特点，我们确定其故障诊断方法为专家系统。a实验平台故障诊断专家系统的特点实验平台电液伺服系统故障诊断专家系统应具备监测和诊断功能，主要是求解分类问题，对分类问题求解的基本操作称为解释操作，它的基本特点是：神经网络技术在诊断中的应用起步较晚，它强62 根据获得的各种证据，从预先规定的假设集中选择一个或多个可能的假设作为分类问题的解。实验平台故障诊断专家系统具有如下特点：知识的汇集：实验平台电液伺服系统的故障类型较多，形式复杂，涉及到机、电、液、自动控制、计算机、人工智能等多个领域知识的综合，因此要想构造出理想的知识库必须汇集这些领域多位专家的经验及他们协作解决重大问题的能力。推理和解释的透明性：实验平台电液伺服系统故障诊断专家系统建造的目的就是可以使现场操作人员在对各领域知识不十分了解的情况下，就可以简单的根据提示排除故障，并不需要了解具体推理过程，因此推理和解释要具有透明性。根据获得的各种证据，从预先规定的假设集中选择63知识更新：不同的电液伺服系统均有其自身的特点，即使是同一系统，随着运行环境的改变会产生许多不可预料的因素影响系统工作，这就决定了专家系统的知识库不可能一次建立完全。因此专家系统具有不断地获取知识，增加新知识，修改原有知识的能力就是必须的。b实验平台专家系统的结构 实验平台故障诊断专家系统可分为知识库、推理机、数据库、解释部分和知识获取五大基本模块，它的结构框图如图7.12所示。系统各模块具体功能如下：知识库相当于一个存储器，存放包括领域专家知识、实验平台系统的工作环境、机理和结构等知识以及故障分层、反映系统故障因果关系等知识。知识更新：不同的电液伺服系统均有其自身的特点，64 综合数据库用于存储实验平台系统的初始数据和推理过程中得到的各种中间结果，也就是系统中当前要处理的对象的各种事实和实时检测到的状态数据。故障诊断推理模型利用综合数据库的系统状态特征信息及诊断知识库的知识进行推理，以得到故障模式、部位、可能原因和维修策略。解释模块对诊断推理过程予以解释。为用户了解推理，向系统学习和维护系统提供方便，使用户易于理解和接受。知识获取部分为修改、扩充知识库的知识提供手段。它包括人机接口和知识库维护模块。一方面人机接口让用户启动管理模块，以确定系统的工作状态 综合数据库用于存储实验平台系统的初始数据和推65（自检、诊断），另一方面它还可以为知识库增添诊断对象、故障发生前或故障发生时观测到的一些特殊现象，以及对知识库、数据库的各种操作。知识库维护模块，主要用来供用户通过人机接口对知识库进行扩充、修改、删除。（自检、诊断），另一方面它还可以为知识库66图图712实验平台故障诊断专家系统结构框图实验平台故障诊断专家系统结构框图图712实验平台故障诊断专家系统结构框图67c.实验平台故障诊断的技术流程 专家系统故障诊断方法在诊断技术流程中的应用可用图714表示。在已经对实验平台的失效（故障）机理进行了分析，这是进行故障诊断的第一步，在将基于多传感器的信号采集进计算机后，对其进行经典信号处理与分析，提取信号的特征向量，判断信号是否异常，如果正常继续采集信号重复进行谱分析，如若出现异常则进入故障诊断专家系统进行诊断，并判断是否需要停机处理，需要则立即停机处理，不需要则发出一定的控制信号，对系统进行在线校正。对于频率特性在线测试法而言，需要专门的输入信号，如果应用于工业现场可以采取在生产间歇定性定期应用于工业现场可以采取在生产间歇定性定期采样，之后再进入专家系统进行诊断。c.实验平台故障诊断的技术流程 68图图714故障诊断技术流程图故障诊断技术流程图图714故障诊断技术流程图69p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量写70谢谢你的到来学习并没有结束，希望大家继续努力Learning Is Not Over.I Hope You Will Continue To Work Hard演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日 谢谢你的到来演讲人：XXXXXX 71