一种带动态健康状态指示的智能引导阀的制作方法

本发明涉及一种引导阀，尤其是一种带动态健康状态指示的智能引导阀。

背景技术：

1、引导阀在工业自动化控制中应用广泛，而且往往是控制系统中一个至关重要的关键环节。引导阀的健康状况决定着系统能否安全稳定运行，理应得到重点关注。而目前没有公开的成熟的带引导阀健康状态指示的智能引导阀产品和引导阀健康状态诊断方法及系统，只公开有几种水轮机调速器比例阀和主配压阀健康状态诊断方法及系统，它们分别是：

2、中国专利“水电站调速器液压随动系统健康状态诊断方法和控制系统”(zl:202011428926.2)；中国专利“一种水电站调速器比例阀健康状态诊断方法和控制系统”(zl:202011432317.4)，当主配压阀及比例阀健康状态下降，导致其所在的液压随动系统出现性能下降，或有出现故障趋势时，及时报警并将报警信号上送监控系统，提醒运行维护人员进行预防性检修和维护。而在引导阀健康状态诊断领域存在空白，故研究探索引导阀健康状态诊断方法及系统有巨大的实际意义。

技术实现思路

1、本发明提供一种带动态健康状态指示的智能引导阀，适用于使用引导阀作为液压放大单元的控制系统，用以取代常规引导阀，其在系统运行过程中，通过对自身的引导阀阀芯位置反馈信号和阀套位置反馈信号实时监测；同时运用引导阀动态健康状态计算方法，实时计算引导阀动态健康标志信号及其变比率，对自身及其所在的控制系统进行健康状态实时诊断，并实时指示自身的动态健康状态。当自身及其所在的控制系统出现性能下降或有发生故障前兆或趋势情况时，及时主动报警，提醒运行维护人员对其进行检查维护，避免对系统运行带来不利影响，保障系统安全稳定运行。

2、本发明采取的技术方案为：

3、一种带动态健康状态指示的智能引导阀，包括：

4、引导阀阀体、采集单元、计算单元、输出单元、设置单元、声光报警模块、健康状态指示灯组；

5、引导阀阀体分别连接采集单元，计算单元，输出单元；

6、输出单元分别连接设置单元、声光报警模块、健康状态指示灯组；

7、引导阀阀体，用于将电气控制信号转换为液压信号；

8、采集单元，采集控制信号输入通道输入的电气控制信号和阀位置反馈通道输出的引导阀阀芯和阀套位置反馈信号，经采集处理后送给计算单元；

9、计算单元，对采集单元送来的电气控制信号和引导阀阀芯和阀套位置反馈信号进行算法处理，然后输出计算结果k2给输出单元；

10、输出单元，根据计算单元输出结果k2和设置单元输出的引导阀健康标志信号变比率标准值k2，输出驱动信号给声光报警模块，以及健康状态指示灯组。

11、用户通过设置单元设置控制参数：引导阀动态健康标志信号变比率标准值k2。设置单元将引导阀动态健康标志信号变比率标准值k2输出给输出单元，该参数k2决定了健康状态诊断的灵敏度。

12、所述声光报警模块接受输出单元输出的驱动信号，当引导阀性能下降或引导阀有发生故障前兆或趋势时，输出单元输出的信号驱动指示灯点亮和蜂鸣器蜂鸣时，提醒运行维护人员对健康状态不佳的引导阀进行更换维护。

13、引导阀动态健康状态计算方法，包括以下步骤：

14、第1步：智能引导阀计算单元初始化，k2，k2*赋初始值，n＝1，进入第2步；

15、其中：n为采样计算周期序号，k2为主配压阀动态健康状态判据参数，k2*为主配压阀动态健康标志信号基准值初始值；

16、第2步：智能引导阀采集单元实时采集主配压阀位置给定m给定，当前周期引导阀阀芯位置反馈记作m引n和当前周期引导阀阀套位置反馈记作m套n，进入第3步；

17、第3步：若m给定＝0，进入第4步；否则，n＝1，返回第2步；

18、第4步：智能引导阀计算单元计算引导阀阀芯位置反馈m引n和引导阀阀套位置反馈m套n差值δmn＝m引n-m套n，进入第5步；

19、第5步：智能引导阀计算单元计算引导阀健康标志信号进入第6步。其中：m套n-1为上一周期引导阀阀套位置反馈；

20、第6步：智能引导阀计算单元计算引导阀健康标志信号变比率k2＝k2n/k2*，进入第7步；

21、第7步：若k2<k2，进入第9步；否则，进入第8步；

22、第8步：智能引导阀计算单元计算引导阀健康标志信号基准值进入第11步；

23、第9步：若k2<k2，保持5个采样周期，引导阀健康状态报警输出，进入第10步；否则，进入第11步；

24、采样周期为智能引导阀采集单元和计算单元执行一次采集数据和计算程序所需要的时间周期。

25、第10步：若用户发现故障，确认故障已处理，人为操作复归报警信息，则进入第11步；否则，返回本步骤即第10步；

26、第11步：n++，返回第2步，进入下一轮循环。

27、其中：n++表示对变量n进行加1的操作。在c语言中++主要是对变量值进行加1的操作，使用的时候直接在变量后面添加++即可。

28、采用智能引导阀的调速器电控系统闭环控制结构示意图如图5所示。导叶开度控制环控制目标是导叶开度反馈y跟随导叶开度给定y给定，其通过电气负反馈闭环实现；主配控制环控制目标是主配阀芯位置m主跟随主配给定m给定，其通过主配阀芯位置m主跟随引导阀阀芯位置m引的机械负反馈闭环，引导阀阀芯位置m引跟随主配给定m给定的电气负反馈闭环来共同实现。即根据主配阀芯位置给定m给定与引导阀阀芯位置反馈m引的差值大小控制步进电机位移，从而来控制引导阀阀芯位置m引，主配阀芯位置m主跟随引导阀阀芯位置m引的机械负反馈闭环来共同实现。

29、主配阀芯位置跟随引导阀阀芯位置的机械负反馈闭环结构如图6所示。图6中各个部件的序号、名称、代号、数量如表1所示：

30、表1部件的序号、名称、代号、数量

31、 序号 名称 代号 数量 备注 01 主配压阀 200dr 1 dn250 02 引导阀 201dr 1 dn250 03 步进电机 102eb 1 04 主配压阀位置传感器 111mn 1 05 引导阀位置传感器 112mm 1 06 导叶位置传感器 101mm 1 07 接力器 jlq 2 08 接力环 jlh 1 09 压油罐 yyg 1 10 回油箱 hyx 1  

32、由图6可知，引导阀2的阀套和主配压阀1的阀芯采用机械硬连接，当引导阀2的阀芯向下移动时，引导阀2的p油口和a油口连通，引导阀2的y端通压力油，主配压阀阀芯向下移动，导致引导阀2的阀套向下移动，当引导阀2的阀芯和阀套移动的位移相同后，引导阀2的p油口和a油口不连通，此时机械跟随系统进入稳态；

33、当引导阀的阀芯向上移动时，引导阀2的t油口和a油口连通，引导阀2的y端通无压力回油，主配压阀阀芯向上移动，导致引导阀2的阀套向上移动，当引导阀2的阀芯和阀套移动的位移相同后，引导阀2的t油口和a油口不连通，此时机械跟随系统进入稳态。

34、由上述过程可知，该机械结构实现了主配(阀芯)位置跟随引导阀(阀芯)位置的机械负反馈闭环结构。

35、根据图5，由主配阀芯位置m主跟随引导阀阀芯位置m引的机械负反馈闭环可知，主配阀芯位置m主和引导阀阀芯位置m引的位移偏差大小决定了引导阀开口大小，引导阀开口大小与主配阀芯位置移动速度大小成正比；主配阀芯位置移动速度大小与当前周期主配阀芯位置位移和上一周期主配阀芯位置位移差值成正比，故主配阀芯位置m主n和引导阀阀芯位置m引n的位移偏差与当前周期主配阀芯位置位移m主n和上一周期主配阀芯位置位移m主n-1差值成正比。由于引导阀2的阀套和主配压阀1的阀芯采用机械硬连接，故引导阀阀套位置m套n和引导阀阀芯位置m引n的位移偏差与当前周期引导阀阀套位置位移m主n和上一周期引导阀阀套位置位移m主n-1差值成正比。

36、即|(m套n-m套n-1)/(m引n-m套n)|＝k2；

37、理想情况下引导阀动态健康标志信号，若引导阀发生卡涩或者引导阀到主配控制油路发生漏油泄压等故障，则k2特征值相对于标准值k2*会发生明显变化。

38、引导阀动态健康状态计算方法，选取的引导阀动态健康标志信号为：本扫描周期引导阀阀套位置反馈与上一扫描周期变化值除以本扫描周期引导阀阀套位置反馈与引导阀阀芯位置反馈差值的商的绝对值。

39、输出单元采用以下控制逻辑驱动方法，驱动声光报警模块和健康状态指示灯组动作，具体算法处理步骤如下：

40、step1:若k2≧1，则驱动健康状态指示灯组中①号指示灯点亮；

41、step2:若0.1≦k2﹤1，则驱动健康状态指示灯组中①、②号指示灯点亮；

42、step3:若0.01≦k2﹤0.1，则驱动健康状态指示灯组中①、②、③号指示灯点亮；step4:若0.001≦k2﹤0.01，则驱动健康状态指示灯组中①、②、③、④号指示灯点亮；step5:若k2<0.001，则驱动健康状态指示灯组中①、②、③、④、⑤号指示灯点亮；

43、step6:若k2≦k2保持0.1秒，则驱动声光报警模块；

44、step7:返回step1。

45、本发明一种带动态健康状态指示的智能引导阀，技术效果如下：

46、1)本发明一种带健康状态指示的智能引导阀，不仅能诊断引导阀发生故障，而且能智能诊断引导阀及其所在的控制系统出现性能下降或者有发生故障前兆或趋势等情况，帮助运行维护人员实现引导阀预防性维护和检修。

47、2)本发明一种带健康状态指示的智能引导阀中，计算单元选取的引导阀动态健康标志信号及其变比率与引导阀及其所在的控制系统健康状态相关度更高。

48、3)本发明一种带健康状态指示的智能引导阀，采用的引导阀动态健康标志信号及其变比率计算方法和驱动控制逻辑更加科学合理，能准确量化且综合诊断引导阀及其所在的控制系统的健康状态，识别引导阀发生拒动、运动不畅、阀芯卡住、跟随故障等控制功能异常故障。

49、4)本发明一种带健康状态指示的智能引导阀，不仅能定性报警，而且还能实时定量指示引导阀的动态健康状态信号，让用户对引导阀及其所在的控制系统的健康水平有更全面的量化了解。

50、5)本发明一种带健康状态指示的智能引导阀，不仅采用一种更先进科学全面的综合故障诊断原理和方法，而且是一种成熟的产品能直接应用于生产现场。

51、6)本发明一种带健康状态指示的智能引导阀，无需调速器电控系统检测和诊断故障，自身即能诊断和发出报警信息引起运行维护人员注意。

52、7)本发明一种带健康状态指示的智能引导阀，不仅具有报警指示灯功能，而且带蜂鸣报警功能，更容易引起运行维护人员注意。