专利名称：在流体装置中进行故障定位及诊断的方法
在流体装置中进行故障定位及诊断的方法
技术领域：
本发明涉及在流体装置中进行故障定位及诊断的方法，其中整个 装置或装置的至少 一个子区域中的流体体积流量或与之相关的数值 均作为测量值在操作循环过程中的各种情况下进行检测，并与存储的 参考值进行比较，并且总是在产生偏差的时刻或与参考值相比偏差发 生变化的时刻，确认在装置的哪个或哪些部件中发生了影响流体消耗 量的过程，以便识别该部件为有故障的。
在利用如WO 2005/111433 Al中所述的方法的情况下，对空气消 耗曲线进行评测以进行故障定位。在与参考值相比产生偏差的情况 下，在产生偏差的时刻推断出有故障的子系统(例如阀门执行单元)。 这种可发生在流体装置中的故障(例如)由部件的磨损、有故障的组件、 螺纹连接件松开、有气孔的软管、过程故障等原因造成，这些原因表 现在流体驱动的运动及种类变化最多的密封件中的其它缺陷。为了避 免由于特定的边界条件(诸如压力和温度)的变化而引起诊断错误，公 告提到了空气消耗随压力和温度可能的修正。尤其是在大型流体装置 的情况下，多个子系统同时运行，然而，利用已知的方法却无法确定 这些部件中的哪个部件是有故障的。
本发明的任务在于相应地改进开始所提到的类型的方法，使得即 使在部件和子系统同时运行的情况下，也可以以清晰明了的方式确定 故障尤其是泄漏所在的特定部件或子系统。
这一任务可通过具有权利要求1的特征的方法来实现。 利用本发明的方法可以有利地逐步定位故障源，使得即使在多个 部件或子系统同时运行的情况下也可以以简单的方式发现故障源。这 显示出更加有利的优势，原因在于在流体装置尤其是大型流体装置中严格程序化的运行过程相对较少发生。另外的有利之处在于只需要促 动器设定信号和体积流量传感器来确定泄漏源，也就是说促动器上的 限位开关不是绝对必需的。轴线运动之间的差异越大，以及当子系统 或部件或它们的组合同时运动时产生的循环的差异越大，则使用基于 本发明的方法的优势就越大。在这一方面不仅试图发现导致泄漏的子 系统或部件，而且还将明显不涉及在内的子系统、部件或促动器室可 靠地排除。
通过在从属权力要求中描述的措施可对在权力要求1中所限定的 方法进行有利的进一 步的发展和改善。
由体积流量值积分得到的作为存储的流体消耗参考曲线，或者由
流导值(Leitwertgroesse)(Q/P)积分得到的流导参考曲线被证明是尤其 有用的，其中这些曲线与相应的测量值曲线进行比较。
通过体积流量值或流导值可参数化的补偿可使得诊断精确性以 及发现泄漏源的可靠性进一步提高，其中补偿尤其是以与用于不同操 作条件的温度和/或流体和/或湿度和/或流体的颗粒含量和/或时间或 事件相关的方式进行。
优选地与多个参数相关的流体消耗参考曲线或流导参考曲线，或 更确切地说以参数相关的方式进行补偿的流体消耗参考曲线或流导 参考曲线存储于选择矩阵中，并且可为相应的循环进行选择或更确切 地说进行设定，例如按顺序就与相应的操作循环的相关性对它们进行 检查。
参考曲线优选地以学习模式获取，尤其是在流体装置以后的操作 过程中。
为了排除由于时间故障而引起的测量曲线和参考曲线偏离的可 能性，优选地在关于泄漏的诊断之前就可能的时间偏移进行曲线对 比，使得在时间偏移超出公差值的情况下转换到为检测另外存储的参 考曲线，或者为进一步的泄漏诊断产生故障信息和/或停机指令。
在基于本发明的泄漏诊断中，为了特别有利地进行评测而在测量值曲线与参考曲线之间形成差值或差值曲线。该差值曲线优选地以频 率相关的方式通过积分器进行滤波，该积分器特别地包括-90。的相移， 以便滤除干涉信号及干涉波。通过计算差值或差值曲线的积分的增量 可得到滤波后的补偿曲线，这使得特别简单并且有明确目标的评测成 为可能。
本发明的一个工作示例显示在附图中并在以下进行描述。
图1显示在其上游侧带有流速测量仪器的气动装置，
图2显示了在测量曲线与参考曲线之间产生时间偏移的流导曲线
图，
图3显示了泄漏诊断的流导曲线图。
在图1中示意性地显示了气动装置，该气动装置在原理上还可以 操纵另 一个流体装置(诸如液压装置)。
气动装置包括五个子系统10至14,它们可以分别是促动器，例 如阀门、气缸、线性驱动器等等，或是它们的组合。这些子系统10 至14由压力源15进行供给，并且流速测量仪器17布置在公用的供 应管路16上，用于测量流速或更确切地说测量体积流量。子系统ll 和12在一方面利用公用的供应管路构成系统，子系统13和14在另 一方面利用7>用的供应管^各也构成系统。
电子控制装置18起到预设装置的运行过程的作用，并通过相应 的控制线与子系统10至14电连接。子系统10至14从电子控制装置 18接收控制信号，并将传感器信号传送回电子控制装置18。这些传 感器信号为(例如)位置信号、限位开关信号、压力信号、温度信号等 等，它们在最简单的情况下不是绝对必需的。
流速测量仪器17与电子诊断设备19连接，该电子诊断设备19 还接收温度传感器20和压力传感器21的信号，用于测量供应管路16 中的温度(T)和压力(P)，即测量流体的温度和压力。此外，检测所采用的流体类型的流体传感器23以及检测流体含湿量及颗粒含量的湿 度和/或颗粒传感器24与诊断设备19连接。诊断设备19附加地可以 访问电子控制装置18的进程程序。诊断结果被提供给显示器22，这 种诊断结果不言而喻地还可以被存储、打印、可视地和/或可听到地显 示，或通过有线或无线的方式传输给中央设备。
传感器22， 21以及还有23和24可在最简单的应用场合中被取 消，然而，至少一个温度传感器20和压力传感器21必须适当地设置。
诊断设备19还可以不言而喻地集成于电子控制装置18中，该电 子控制装置18(例如)可包括用于执行进程程序及可能用于诊断的微控 制器。
在子系统或更确切地说部件的数目非常巨大的情况下，部件可被 划分成多个组，各组具有各自的分配给该组的流速测量仪器，用于彼 此独立地诊断归入组中的装置的子区域，正如最初提及的先前的技术 中所描述的。
用于故障定位及诊断的方法将参照所描述的气动装置以及在图2 和3中显示的流导图进行说明。
诊断可在最简单的情况下通过比较所存储及选择的流体消耗参 考曲线和相应的测量值曲线来进行，其中流体消耗参考曲线通过体积 流量值积分或累加形成。通过使用诊断流导可得到更好的结果，其中 诊断流导为流体装置或更确切地说包括许多不同的子系统的流体系 统的特征值。流导在所限定的循环中可表征整个装置的动作。流导参 考曲线在最简单的情况下由积分的流导值Q/P形成，其中Q为相应的 体积流量值，而P为所测量的工作压力。这些流导参考曲线与相应的 测量值曲线进行比较，也就是说与由积分的流导值形成的测量值曲线 进行比较。流导值或更确切地说流导曲线及流导参考曲线可通过另外 的测量参数进行补偿和改进，例如通过测量的操作温度T、含湿量和/ 或流体的颗粒含量、流体的类型、以及相应的与时间相关或事件相关 的操作状态。这些操作状态为(例如)预热、长时间停机后的操作、更换设备后的再启动或预定的时间段之后的操作，即(例如)操作一个小 时、十个小时或多个小时之后的操作。以下对故障定位及诊断的说明 是以流导为基础，流体消耗值也可以相应地加以利用。
参考曲线的产生需要整个运行的重复循环，非循环的过程可表示 在部分循环中，然后诊断方法可应用于此部分循环。过程中的各种不 同的操作状态可通过在选择矩阵中注册并存储一组参考曲线而加以 考虑。这同样适用于不同参数的影响。
为了评测，必须使相应的测量曲线与所选择或待选择的参考曲线
同步，也就是说，在没有任何泄漏的情况下，两条曲线;波此一致，而 在有泄漏的情况下，它们在时间上同步，但是在幅度上表现出偏差。 因此，待比较的两条曲线必须就相关性进行;险查，即必须确定是否存 在时间上的偏移，例如由于在循环中的过程变化而引起的时间上的偏 移。如果时间偏移超出了设定的公差，则中断对泄漏进一步的评测， 并且产生关于子系统在时间上发生变化的信息。当在循环结束时，如 果空气消耗量处于公差范围内，但循环时间不同，如图2中所示，则 识别为时间偏差。在这种情况下，两条曲线一直同步运行到ta时刻， 并从该时刻开始在测量曲线Km与参考曲线Kref之间出现时间差△ t， 该时间差At —直到tb时刻循环结束保持不变。如果时间偏差在循环 进程中增加得越来越大，则试图选择另 一条参考曲线以产生相关性。 只有当所有存储的参考曲线完全进行了 ^r查并且没有获得相关性时， 才存在有故障的时间偏移或移位，并且不再进行随后的泄漏诊断。相 应的信息可进行显示、存储或进一步传输。
如果没有检测到时间偏差，则如图3中上面所示，在下一步骤中 由公称值或由测量值和参考值形成差值，即测量值曲线Km与参考曲 线Kref之间的差值。差值曲线由此形成，如在图3中下面所示，其定 义了测量值曲线在各时刻离开参考曲线的累加距离。泄漏的时刻显示 了差值中台阶状的增幅。在以下评测中，这些差值中的增幅被指定给 引起泄漏的子系统或部件或更确切地说促动器室。为了消除不希望有的波动、干涉波等，计算的差值或差值曲线可 进行滤波。在常规滤波步骤的情况下，相位和幅度是频率相关的。为 了进行频率不相关的滤波操作，可采用积分器，其具有固定的-90。的 相移。相应地在以后对信号进行的评测中不再考虑不同的相移。幅度 响应可通过改变采样时间而设定，使得在所需的频率范围内具有恒定 的幅度衰减，而其它频率则;陂滤出。
为了进行评测，以下构造计算差值的积分的补偿函数。相应的补 偿函数的选择可基于最小平方的高斯原理。在这一方面，必须确定最 适合计算的差值测量点的曲线。下面将选择补偿直线作为补偿函数的 最简单的可能的途径。显然其它补偿函数也是可行的。每次泄漏发生 均导致斜率的变化以及补偿直线离开横坐标的轴线距离的变化。在由 差值的积分确定斜率的过程中可得出对应于图3的差值曲线的表达
式，只不过是其产生了的-90。的相移。在根据差值的积分计算轴线距 离的过程中还可得出对应于图3中所示的差值曲线的表达式，只不过 是其产生了的-90°的相移并相对于横坐标成镜像对称。计算补偿直线 的有利之处在于，泄漏即时间斜率上的变化总是具有相同的效果。在 循环后面的时刻发生的泄漏比循环开始时的泄漏明显地具有更大的 影响。在参考时间后面的阶段具有比当前值更大的偏差，原因在于偏 差进行了累加。相应地，在循环后面的时刻发生的实际泄漏比任何相
对于参考值的偏差(例如由于装置的变化而引起)更明显地改变轴线距 离。以下所描述的评测既考虑斜率的变化也考虑轴线距离的变化。
通过本发明的补偿原理，在故障分析的过程中可将特定的区域从 故障检测中排除，使得与故障相关的子系统或部件或更确切地说促动 器室的数目越来越减少。在这一方面的有利之处是基于子系统的相同 的组从来不同时动作，即同时运行，换言之相同的促动器室从来不同 时处于压力之下。相应地，对相关的促动器室的限制越来越多，关于 泄漏的诊断越来越有意义或越来越明确。例如当促动器室在某一时刻 供入空气(beliiftet)而同时没有产生泄漏时，则它们可以不断地从进一步的关于泄漏的检测中排除。以下将参照(例如)附图3对诊断循环进 行说明。
在tO时刻发生了泄漏。在该时刻，子系统10的室A、子系统ll 的室B以及子系统12的室A供有空气。因此这三个室与泄漏源有关。 同时，子系统10的室B、子系统11的室A以及子系统12的室B不 运行，并且没有供有空气，因此这些促动器室可从进一步的检测中排除。
在tl时刻发生了进一步的泄漏。在该时刻，子系统10的室A、 子系统13的室B以及子系统12的室B供有空气。这意味着子系统 11的室B可从进一步的检测中排除，并且只有子系统10和12的室A 与泄漏有关。
在t2时刻，子系统10的室A、子系统14的室B以及子系统11 的室A供有空气。子系统11的室A已经从进一步的检测中排除。子 系统12的室A也已经被排除在泄漏源之外，使得可以确定是子系统 10的室A导致了泄漏。
通常可以基于AK中的单个增幅定位产生故障的系统，也就是说 在发生单次泄漏的情况下，可以基于AK中的单个增幅定位产生故障 的系统。例如作为上述示例的不同形式，泄漏只发生在在tO时刻，在 该时刻，子系统10的室A、子系统11的室B以及子系统12的室A 均供有空气，并且在以后的时刻子系统11的室B和子系统12的室A 再次供入空气，而子系统10的室A并没有涉及，并且没有泄漏发生， 则子系统11的室B和子系统12的室A可被排除在产生故障的部件之 外，并且子系统10的室A可以^皮;f见为故障源。
特别有用的评测方式，尤其是在子系统或更确切地说部件数目非 常多的情况下，包括为促动器的各室(即在一个驱动气缸(例如)两个室 的情况下)设置两个计数器。此外为各室设置计时器。计时器起到将促 动器室或部件排除在关于泄漏的观察之外。如果室或更确切地说部件 处于压力之下并且在计时器预定的时间段之内没有发生泄漏，则不再试图在该室中寻找泄漏。电动子组件(即计数器和计时器)处于(例如) 诊断装置19中。操作循环启动时，计时器开始计时，并且在发生泄 漏时分别归零，并保持在零位直到泄漏停止。如果相应的室在计时器 重新设置的状态下或至少在一部分重新设置的时间内处于压力之下， 则可考虑该室为泄漏源，并且有必要检查补偿直线或一些其它补偿函 数的斜率和轴线距离是否增大了可预定的数值或可预定的百分比(相 对于(例如)先前循环(或其中的一个循环)的相应的最大值)。在这种情 况下，用于斜率的计数器和/或用于轴线距离的计数器递增1。在多个 同时动作的子系统或部件的情况下，轴线动作越不相同，并且越不相 同的循环发生，则该方法越精确。在每次泄漏的情况下，在泄漏的过 程中相应的部件或部件的室处于压力之下，则计数器取决于斜率和/ 或轴线距离的增幅而递增另外相应的计数。室或部件的两个计数器的 计数在循环结束时相加到一起。在操作循环结束时具有最高总计数的 室将是最有可能泄漏的室。具有第二高的总计数的室或部件将以第二 高的可能性涉及泄漏。当系统中发生几处泄漏时这将是很有意义的。
如果检测到引起泄漏的室高于一个设定的百分比，例如高于50%,则 这将定义为系统泄漏。该方法包括逐步的评测，其目的在于即使在无 明确的泄漏位置指示的情况下也至少为维修人员提供一些线索。
为了提高分析精度，可以考虑多个循环。根据多个分析的总和可 得到关于引起泄漏的室或部件的更确切的信息。
在较简单的系统结构中，还可以为所有的室或部件只提供一个计 时器，该计时器总是在发生泄漏时归零，并在泄漏发生期间保持在零 位。在该时段中进行检查，以确认哪个室或部件在运行，即被置于压 力之下。
在该方法4交简单的形式中，还可以(例如K又对轴线距离或仅对斜 率或其中的变化进行评测。对于各室，或对于各部件或对于各子系统 则只需一个计数器。如果根本不确定轴线距离或斜率，并且如果只有 一个室或一个部件在一部分泄漏时段中供入空气时其计数器递增1， 则该方法可以进 一 步简化。
权利要求
1. 一种在流体装置中进行故障定位及诊断的方法，其中整个装置或装置的至少一个子区域中的流体体积流量或与之相关的数值均作为测量值在操作循环过程中的各种情况下进行检测，并与存储的参考值进行比较，并且总是在产生偏差的时刻或与所述参考值相比所述偏差发生变化的时刻，确认在所述装置的哪个部件或哪些部件中发生了影响流体消耗量的过程，以便识别把该部件作为有故障的部件识别出来，该方法的特征在于，在产生这种偏差或所述偏差发生变化以及多个部件(10-14)影响所述流体消耗的多个动作同时发生的情况下进行排除处理，在该处理过程中，在这些部件(10-14)中的至少一个部件所涉及的随后的动作中，总是在进一步的检查步骤中进行检查，以便确认是否再次产生偏差或偏差发生变化，其中在各进一步的检查步骤中，如果没有产生偏差或偏差没有发生变化，则所述涉及的部件总是作为无故障的部件从所述进一步的检查中排除。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，总是在进一步的 检查步骤中，在进一步产生偏差或偏差发生变化的情况下，在该时刻查中排除。
3. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所存 储的参考为由积分的体积流量值(Q)得出的流体消耗参考曲线，或由积 分的流导值(Q/P)得出的流导参考曲线，P表示测量的工作压力，这些 曲线与对应的测量值曲线进行比较。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述体积流量值(Q) 或所述流导值(Q/P)以参数相关的方式进行补偿，尤其是以用于不同操 作状态的温度相关的和/或流体相关的和/或湿度相关的和/或流体的颗 粒含量相关的和/或时间相关或事件相关的方式进行。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，多个参数相关的流体消耗参考曲线或流导参考曲线存储在选择矩阵中。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述参考曲线以 学习模式获得，尤其是在所述流体装置以后的操作过程中。
7. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在关 于泄漏的诊断之前就可能的时间偏移进行曲线对比，使得在时间偏移 超出公差值的情况下转换到为其检测所另外存储的参考曲线，或者为 进一步的泄漏诊断引发故障信息和/或停机指令。
8. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了 进行故障检测，在测量值曲线(Km)与参考曲线(Kref)之间产生差值或 差值曲线(AK)。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述差值曲线(AK) 通过积分器以频率相关的方式进行滤波，该积分器尤其具有-90。的相移。
10. 根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，产生所述计 算的差值曲线或所述差值曲线的积分的补偿函数，该补偿函数与所述 差值的所计算的须'J量点最好地吻合。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述补偿函数 基于最小平方的高斯原理进行计算。
12. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在产 生偏差或偏差发生变化的过程中，计时器以可预定的计凄b殳定，并就 该时段的至少 一个子时段中哪个部件处于运行状态进行比较。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，各部件(10-14) 或部件的各室设有至少一个计数器，当所述部件(10-14)或所述部件的 室在所述计时器的所设定的计数中的至少一个子时段中处于压力之 下，则该计数器的计数递增l。
14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，各部件或部件 的各室设有递增计数器，只有当所述补偿函数的斜率在所述计时器的所设定的计数中或在该设定的计数存在的过程中该部件或室处于运 行状态期间递增至少预定的数值或百分比时，该计数器的计数才递增。
15. 根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，各部件或 部件的各室设有轴线距离计数器，只有当所述补偿函数的所述轴线距 离在所述计时器的所设定的计数中或在该设定的计数存在的过程中 该部件或室处于运行状态期间递增至少预定的数值或百分比时，该计 数器的计数才递增。
16. 根据权利要求14和15所述的方法，其特征在于，在操作循 环结束时，对于各部件或部件的各室，所述斜率计数器的所述计数与 所述轴线距离计数器的所述计数相加，对于所述各部件或对于部件的 各室，最高的总计数被评定为最高的泄漏可能性。
全文摘要
本发明提出了在流体装置中进行故障定位及诊断的方法，其中整个装置或其中至少一子区域中的流体体积流量或与之相关的数值均作为测量值在操作循环过程中的各种情况下进行检测，并与存储的参考值进行比较。总是在产生偏差的时刻或与参考值相比偏差发生变化的时刻，确认在装置的哪个部件或哪些部件中发生了影响流体消耗量的过程，以便识别该部件为有故障的。在产生这种偏差或偏差发生变化以及多个部件(10-14)影响流体消耗的多个动作同时发生的情况下进行排除处理，在该处理过程中，在这些部件(10-14)中的至少一个部件所涉及的随后的动作中，总是在进一步的检查步骤中进行检查，以便确认是否再次产生偏差或偏差发生变化，其中在各进一步的检查步骤中，如果没有产生偏差或偏差发生变化，则涉及的部件总是作为无故障的部件从进一步的检查中排除。
文档编号F15B19/00GK101427033SQ200780013439
公开日2009年5月6日 申请日期2007年2月14日 优先权日2007年2月14日
发明者J·布雷多, R·凯勒 申请人:费斯托股份有限两合公司