一种锻造液压机故障预测与健康管理装置及工作方法

1.本发明属于锻压机床技术领域，具体涉及一种锻造液压机故障预测与健康管理装置及工作方法。


背景技术：

2.锻压制造在装备制造业中是应用最为广泛的制造技术之一。锻压制造具有生产效率高、材料利用率高、优化制件内部组织结构和力学特性等优点，因此对力学性质要求高、受力大的机械零件均采用锻压制造工艺。在飞机上锻压件的重量占80％，坦克上锻压件重量占70％，汽车上锻压件重量占60％，电力工业中的发电机主轴、叶轮、护环等也都是通过锻压而成。
3.锻造液压机是大型工件锻压制造工艺中的关键设备，正逐渐向大型化、高速化发展。随着系统结构日趋复杂以及制造成本的提升，对设备的可靠性运行以及寿命的延迟有迫切的需要。故障预测与健康管理技术不仅满足设备使用商的设备可靠、长寿命运行，而且有助于设备制造商向服务提供商的转型需要。
4.因此，基于上述技术问题需要设计一种新的锻造液压机故障预测与健康管理装置及工作方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种锻造液压机故障预测与健康管理装置及工作方法。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种锻造液压机故障预测与健康管理装置，包括：
7.现场控制系统，所述现场控制系统设置在锻造液压机上，所述现场控制系统适于采集锻造液压机的全过程状态数据，并根据锻造液压机的全过程状态数据进行故障诊断与报警；
8.远程控制系统，所述远程控制系统适于接收所述现场控制系统发送的锻造液压机的全过程状态数据和故障诊断与报警数据，并对全过程状态数据和故障诊断与报警数据进行存储。
9.进一步，所述现场控制系统包括：传感部件；
10.所述传感部件适于检测锻造液压机的全过程状态数据。
11.进一步，所述传感部件包括：液位传感器、压差传感器、电流传感器、电压传感器、流量传感器、泵压传感器、缸压传感器、位移传感器和振动传感器；
12.所述液位传感器布置在液压油箱中，用来监测油箱的液位；
13.所述压差传感器安装在过滤器两边，测量液压油的清洁度；
14.所述电流传感器、电压传感器布置在电动机的电流输入端用来监测电动机的相电压、相电流；
15.所述流量传感器和泵压传感器安装在液压泵的出口处，检测泵的出口流量和出口
压力；
16.所述缸压传感器安装在液压缸的一端，用来监测液压缸压力；
17.所述位移传感器安装在气缸活塞上，用来检测活塞的位移；
18.所述振动传感器安装在液压工作台上，用来检测液压机的整体振动加速度。
19.进一步，所述现场控制系统还包括：控制部件；
20.所述控制部件包括：控制箱、电源、断路器、控制器、显示屏和无线路由器；
21.所述控制箱安装在锻造液压机顶部；
22.所述电源、断路器、控制器、显示屏和无线路由器设置在所述控制箱内；
23.所述电源适于将220v交流电转换为24v直流电；
24.所述显示屏适于显示各传感器所检测的信号，并对传感器进行精度矫正以及故障报警；
25.所述无线路由器适于通过无线互联网与远程控制系统进行通讯。
26.进一步，所述控制器里装载有控制器模块；
27.所述控制器模块包括：数据采集及精度矫正模块、故障诊断与报警模块和控制器通讯模块；
28.所述数据采集及矫正模块通过液位传感器采集油箱的液位，通过压差传感器生成液压油的清洁度，通过电流传感器生成电动机的相电流，通过电压传感器生成电动机的相电压，通过流量传感器生成液压泵的出口流量，通过泵压传感器生成液压泵的出口压力，通过缸压传感器生成液压缸的压力，通过位移传感器生成活塞的位移，通过振动传感器生成液压机的整体振动加速度；
29.所述故障诊断与报警模块实现传感器诊断与报警；
30.所述控制器通讯模块适于将锻造液压机的全过程状态数据和故障诊断与报警数据发送至远程控制系统。
31.进一步，所述显示屏适于进行功能参数设置与状态监视；
32.所述功能参数设置包括：液位传感器矫正系数、压差传感器矫正系数、电流传感器矫正系数、电压传感器矫正系数、流量传感器矫正系数、泵压传感器矫正系数、缸压传感器矫正系数、位移传感器矫正系数、振动传感器矫正系数；
33.所述状态监视包括：状态参数监视与故障运行状态监视；
34.所述状态参数监视包括：油箱的液位、液压油的清洁度、电动机的相电流、电动机的相电压、液压泵的出口流量、液压泵的出口压力、液压缸的压力、活塞的位移、锻造液压机的整体振动加速度；
35.所述故障运行状态监视包括：传感器故障显示。
36.进一步，所述远程控制系统包括：云平台；
37.所述云平台包括：云平台通讯模块、云平台数据保存模块、状态监视服务模块和健康管理服务模块；
38.所述云平台通讯模块适于接收锻造液压机的全过程状态数据和故障诊断与报警数据，并将锻造液压机的全过程状态数据和故障诊断与报警数据发送至所述云平台数据保存模块；
39.所述云平台数据保存模块适于对锻造液压机的全过程状态数据和故障诊断与报
警数据进行存储；
40.所述全过程状态数据包括：油箱的液位、液压油的清洁度、电动机的相电流、电动机的相电压、液压泵的出口流量、液压泵的出口压力、液压缸的压力、活塞的位移、锻造液压机的整体振动加速度；
41.所述故障诊断与报警数据包括：各传感器故障；
42.所述状态监视服务模块适于提供云平台数据保存模块中保存的锻造液压机状态参数和报警数据的实时查询和历史查询服务；
43.所述健康管理服务模块适于通过机器学习算法进行大数据分析包括：锻造液压机运行状态评价、寿命预测和故障诊断功能服务。
44.进一步，所述远程控制系统还包括：手机用户端；
45.所述手机用户端适于访问云平台的状态监视服务模块和健康管理服务模块。
46.进一步，所述远程控制系统还包括：电脑用户端；
47.所述电脑用户端适于访问云平台的状态监视服务模块和健康管理服务模块。
48.另一方面，本发明还提供一种锻造液压机故障预测与健康管理装置的工作方法，包括：
49.采集锻造液压机的全过程状态数据，并根据锻造液压机的全过程状态数据进行故障诊断与报警；以及
50.对全过程状态数据和故障诊断与报警数据进行存储。
51.本发明的有益效果是，本发明通过现场控制系统，所述现场控制系统设置在锻造液压机上，所述现场控制系统适于采集锻造液压机的全过程状态数据，并根据锻造液压机的全过程状态数据进行故障诊断与报警；远程控制系统，所述远程控制系统适于接收所述现场控制系统发送的锻造液压机的全过程状态数据和故障诊断与报警数据，并对全过程状态数据和故障诊断与报警数据进行存储，实现了在线实现设备的健康状态评价、核心部件寿命预测、故障综合诊断等健康管理功能，保持设备的可靠、高效运行以及延长使用寿命。
52.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
53.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
54.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
55.图1是本发明的一种锻造液压机故障预测与健康管理装置的原理框图；
56.图2是本发明的锻造液压机健康管理装置整体结构示意图；
57.图3是本发明的锻造液压机健康管理装置现场控制系统结构示意图；
58.图4是本发明的锻造液压机健康管理装置控制器程序组成结构示意图
59.图5是本发明的锻造液压机健康管理装置云平台程序组成结构示意图。
60.图中：
61.1-无线互联网，2-现场控制系统，3-电脑用户端，4-云平台，5-手机用户端，6-控制箱，7-断路器，8-电源，9-控制器，10-无线路由器，11-显示屏，12-液位传感器，13-压差传感器，14-电流传感器，15-电压传感器，16-流量传感器，17-泵压传感器，18-缸压传感器，19-位移传感器，20-振动传感器，21-控制器通讯模块，22-控制器模块，23-数据采集及精度矫正模块，24-故障诊断与报警模块，25-云平台模块，26-云平台通讯模块，27-云平台数据保存模块，28-健康管理服务模块，29-状态评价服务模块，30-寿命预测服务模块，31-故障诊断服务模块，32-状态监视服务模块。
具体实施方式
62.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
63.实施例1
64.如图1至图5所示，本实施例1提供了一种锻造液压机故障预测与健康管理装置，包括：现场控制系统2，所述现场控制系统2设置在锻造液压机上，所述现场控制系统2适于采集锻造液压机的全过程状态数据，并根据锻造液压机的全过程状态数据进行故障诊断与报警；远程控制系统，所述远程控制系统适于接收所述现场控制系统2发送的锻造液压机的全过程状态数据和故障诊断与报警数据，并对全过程状态数据和故障诊断与报警数据进行存储，安装到锻造液压机后，可以采集及保存锻压机床(锻造液压机)的全过程状态数据，采用故障预测与健康管理技术对数据进行分析实现在线实现设备的健康状态评价、核心部件寿命预测、故障综合诊断等健康管理功能，保持设备的可靠、高效运行以及延长使用寿命。
65.在本实施例中，所述现场控制系统2包括：传感部件；所述传感部件适于检测锻造液压机的全过程状态数据。
66.在本实施例中，所述传感部件包括：液位传感器12、压差传感器13、电流传感器14、电压传感器15、流量传感器16、泵压传感器17、缸压传感器18、位移传感器19和振动传感器20；所述液位传感器12布置在液压油箱中，用来监测油箱的液位；所述压差传感器13安装在过滤器两边，测量液压油的清洁度；所述电流传感器14、电压传感器15布置在电动机的电流输入端用来监测电动机的相电压、相电流；所述流量传感器16和泵压传感器17安装在液压泵的出口处，检测泵的出口流量和出口压力；所述缸压传感器18安装在液压缸的一端，用来监测液压缸压力；所述位移传感器19安装在气缸活塞上，用来检测活塞的位移；所述振动传感器20安装在液压工作台上，用来检测液压机的整体振动加速度。
67.在本实施例中，所述现场控制系统2还包括：控制部件；
68.所述控制部件包括：控制箱6、电源8、断路器7、控制器9、显示屏11和无线路由器10；所述控制箱6安装在锻造液压机顶部；所述电源8、断路器7、控制器9、显示屏11和无线路由器10设置在所述控制箱6内；控制器99选择工业plc；所述电源8的主要功能是把220v交流电转换为控制器9等电气元件所需要的24v直流电；所述显示屏11适于显示各传感器所检测
的信号，并对传感器进行精度矫正以及故障报警；所述无线路由器10适于通过无线互联网1与远程控制系统进行通讯；所述的无线互联网1络为电信公司所提供的无线商业服务网络包括3g、4g、5g等网络。
69.在本实施例中，所述控制器9里装载有控制器模块22；所述控制器模块22包括：数据采集及精度矫正模块23、故障诊断与报警模块24和控制器通讯模块21；所述数据采集及矫正模块通过液位传感器12采集油箱的液位，通过压差传感器13生成液压油的清洁度，通过电流传感器14生成电动机的相电流，通过电压传感器15生成电动机的相电压，通过流量传感器16生成液压泵的出口流量，通过泵压传感器17生成液压泵的出口压力，通过缸压传感器18生成液压缸的压力，通过位移传感器19生成活塞的位移，通过振动传感器20生成液压机的整体振动加速度；所述故障诊断与报警模块24实现传感器诊断与报警；所述控制器通讯模块21适于将锻造液压机的全过程状态数据和故障诊断与报警数据发送至远程控制系统。
70.在本实施例中，所述显示屏11适于进行功能参数设置与状态监视；所述显示屏11为触摸屏实现功能参数设置与状态监视功能；所述功能参数设置包括：液位传感器12矫正系数、压差传感器13矫正系数、电流传感器14矫正系数、电压传感器15矫正系数、流量传感器16矫正系数、泵压传感器17矫正系数、缸压传感器18矫正系数、位移传感器19矫正系数、振动传感器20矫正系数；所述状态监视包括：状态参数监视与故障运行状态监视；所述状态参数监视包括：油箱的液位、液压油的清洁度、电动机的相电流、电动机的相电压、液压泵的出口流量、液压泵的出口压力、液压缸的压力、活塞的位移、锻造液压机的整体振动加速度；所述故障运行状态监视包括：传感器故障显示。
71.在本实施例中，所述远程控制系统包括：云平台4；所述云平台4中的云平台模块25可以采用阿里云服务平台基础上开发的云平台通讯模块26、云平台数据保存模块27、状态监视服务模块32和健康管理服务模块28；所述云平台4包括：云平台通讯模块26、云平台数据保存模块27、状态监视服务模块32和健康管理服务模块28；所述云平台数据保存模块27采用sqlserver数据库技术和java进行语言编程，定时保存锻造液压机全生命周期的状态参数和报警数据；所述云平台通讯模块26适于接收锻造液压机的全过程状态数据和故障诊断与报警数据，并将锻造液压机的全过程状态数据和故障诊断与报警数据发送至所述云平台数据保存模块27；所述云平台数据保存模块27适于对锻造液压机的全过程状态数据和故障诊断与报警数据进行存储；所述全过程状态数据包括：油箱的液位、液压油的清洁度、电动机的相电流、电动机的相电压、液压泵的出口流量、液压泵的出口压力、液压缸的压力、活塞的位移、锻造液压机的整体振动加速度；所述故障诊断与报警数据包括：各传感器故障；所述状态监视服务模块32适于提供云平台数据保存模块27中保存的锻造液压机状态参数和报警数据的实时查询和历史查询服务；所述健康管理服务模块28适于通过机器学习算法进行大数据分析包括：锻造液压机运行状态评价、寿命预测和故障诊断功能服务；所述状态评价给出以100分为基础的锻造液压机整体运行评价；所述寿命预测包括锻造液压机整体寿命预测、液压部件寿命预测和机械部件寿命预测三个部分；所述故障诊断包括液压系统液压油泄露、液压系统密封件失效、机械连接松动、机械滑动件阻碍、电气断路、电气欠压等常见故障的大数据诊断。
72.在本实施例中，所述远程控制系统还包括：手机用户端5；所述手机用户端5适于访
问云平台4的状态监视服务模块32和健康管理服务模块28；所述手机用户端5的app软件可以安装在常用手机系统上，与云平台4进行通讯可以进行锻造液压机状态监控和健康管理功能；所述手机用户端5app软件在安卓环境下用java语言进行编程，可以安装在安卓手机系统上，与云平台4进行通讯可以进行锻造液压机状态监控和健康管理功能；所述锻造液压机状态监控即调用状态监视服务模块32的状态参数和报警数据参数，并进行当前值和历史值的显示。所述数据分析即调用云平台4的健康管理服务模块28进行锻造液压机状态评价(该功能可以存储在对应的状态评价服务模块29中)、寿命预测(该功能可以存储在对应的寿命预测服务模块30中)和故障诊断(该功能可以存储在对应的故障诊断服务模块31中)运行数据并即时显示。
73.在本实施例中，所述远程控制系统还包括：电脑用户端3；所述电脑用户端3适于访问云平台4的状态监视服务模块32和健康管理服务模块28；所述电脑用户端3通过网址直接运行客户服务模块，即电脑用户可以使用浏览器通过输入网址直接调用状态监视服务模块32和健康管理服务模块28，进行锻造液压机状态监控和健康管理。所述锻造液压机状态监控即调用云平台4状态监控服务程序(状态监视服务模块32)中的状态参数和报警数据参数，并进行当前值和历史值的显示。调用健康管理服务模块28进行锻造液压机状态评价、寿命预测和故障诊断运行数据并即时显示。
74.实施例2
75.在实施例1的基础上，本实施例2还提供一种锻造液压机故障预测与健康管理装置的工作方法，包括：采集锻造液压机的全过程状态数据，并根据锻造液压机的全过程状态数据进行故障诊断与报警；以及对全过程状态数据和故障诊断与报警数据进行存储。
76.综上所述，本发明通过现场控制系统2，所述现场控制系统2设置在锻造液压机上，所述现场控制系统2适于采集锻造液压机的全过程状态数据，并根据锻造液压机的全过程状态数据进行故障诊断与报警；远程控制系统，所述远程控制系统适于接收所述现场控制系统2发送的锻造液压机的全过程状态数据和故障诊断与报警数据，并对全过程状态数据和故障诊断与报警数据进行存储，实现了在线实现设备的健康状态评价、核心部件寿命预测、故障综合诊断等健康管理功能，保持设备的可靠、高效运行以及延长使用寿命。
77.本技术中选用的各个器件(未说明具体结构的部件)均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
78.在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
79.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
80.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
81.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
82.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
83.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。