一种弧形启闭闸门状态监测与综合诊断方法与流程

本发明属于在线检测与故障诊断技术领域，尤其涉及一种弧形启闭闸门状态监测与综合诊断方法。

背景技术：

弧形启闭闸门是目前水电厂常用的闸门类型，通常包含闸门本体结构部分和控制部分，其中的控制部分又包含闸门升降系统、闸门启闭系统、卷扬系统。这几个系统之间既存在一定的独立性，又相互之间有着较大的影响。任何一个系统的健康状态都不是单一的因素可以准确判断的。要对整个闸门进行状态诊断和健康状态判断更是具有非常大的难度。要对整个闸门进行状态诊断需要知道闸门各个部分以及系统内部的组成、内部各部件之间的关系，还需要知道不同系统和部分之间的区别和联系。只有了解这种联系，同时在状态诊断的过程中祛除这种联系之间的相互干扰才能保证其判断结果的准确性。而闸门的健康状态诊断能够根据一定的算法和数据关系来对闸门的健康状态进行判断，当闸门出现健康问题的时候还能给出缺陷位置的提示和最佳维修指导，因此，提出新的弧形启闭闸门状态综合诊断方法具有十分重要的意义。

传统的闸门没有进行状态监测，即使有少数的闸门系统存在监测的名义，实际所做的也仅仅是对闸门状态进行状态显示，如果没有专人时刻关注显示参数也没有起到监测的实际作用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够完整、准确、全方位的对弧形启闭闸门进行综合性的状态诊断和评估的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种弧形启闭闸门状态监测与综合诊断方法，弧形启闭闸门包括闸门控制系统和闸门本体结构，闸门控制系统包括闸门升降系统、闸门启闭系统和卷扬系统；闸门本体结构包括闸门门页、支臂和支绞；包括以下步骤：

步骤1、闸门控制系统的健康状态监测及诊断；直接从闸门控制系统读取对应的控制信号以及执行机构的反馈信号，根据信号之间的逻辑和耦合关系来判断闸门控制系统的健康状态；

步骤2、闸门本体结构的健康状态监测及诊断；首先判断闸门门页的健康状态，然后判断闸门支臂的健康状态，最后判断闸门支绞的健康状态，从而综合得出闸门本体结构的健康状态，对处于非健康的闸门部位，进行报警警告，同时给出闸门本体需要维修的部位；

步骤3、将闸门控制系统的健康状态数据与闸门本体结构的健康状态数据综合合成，得到弧形启闭闸门的健康状态数据；

步骤4、通过工控机接收健康状态数据，利用labview进行信号处理与数据计算，采用故障诊断算法得到弧形启闭闸门的健康状态监测结果。

在上述的弧形启闭闸门状态监测与综合诊断方法中，步骤1的实现包括以下步骤：

步骤1.1、通过modbus以太网通讯读取闸门控制系统中的提升、下降、停止、安全制动、工业制动控制输出，得到闸门升降系统的状态信号；

步骤1.2、将提升信号、下降信号、停止信号、安全制动信号、工业制动信号使用组合逻辑，完成升降系统健康状态的判断；当提升或下降信号与安全制动信号同时出现时，表示升降系统出现异常；当停止信号与安全制动信号同时出现时，表示升降系统正常；

步骤1.3、采用rs232通讯方式读取的闸门开度与闸门荷重数据得到闸门启闭系统的健康状态；

步骤1.4、根据闸门开度与闸门荷重数据之间的关系判断闸门启闭系统的健康状态；当闸门开度与闸门荷重呈正向比例关系时表示启闭系统正常，当闸门开度与闸门荷重呈反向比例关系时表示启闭系统异常；

步骤1.5、采用rs485通讯方式读取的卷扬控制变频器的输出电压、电流、频率、温度数据，得到卷扬系统的状态信号；

步骤1.6、根据卷扬控制变频器的输出频率与卷扬机输出电流进行比较判断卷扬系统的健康状态；当卷扬机输出电流与卷扬控制变频器输出频率成正向比例关系时，表示闸门卷扬系统正常；当卷扬机输出电流与卷扬控制变频器输出频率成反向比例关系或随机关系时，表示闸门卷扬系统异常；

步骤1.7、综合闸门升降系统、启闭系统、卷扬系统的健康状态，根据组合逻辑算法进行判断，得到闸门控制系统的健康状态；当闸门升降系统、启闭系统、卷扬系统中任何一个出现故障，则判断为闸门控制系统存在故障。

在上述的弧形启闭闸门状态监测与综合诊断方法中，步骤2的实现包括以下步骤：

步骤2.1、根据modbus232通讯规约读取的应力传感器数据得到闸门门页、支臂、支绞的状态信号；

步骤2.3、根据采集应力传感器数据与预先设定的阈值进行对比，分别判断闸门门页、支臂、支绞所处的健康、危险、失效阶段，综合三者的健康状态阶段得到闸门本体结构的健康状态阶段。

在上述的弧形启闭闸门状态监测与综合诊断方法中，判断闸门门页、支臂、支绞所处的健康、危险、失效阶段包括以下步骤：

步骤2.3.1、若闸门门页应力传感器综合数据超过闸门正常运行数据的20％，则闸门门页为失效状态；

步骤2.3.2、若闸门门页应力传感器综合数据超过闸门正常运行数据的10％，则闸门门页为危险状态；

步骤2.3.3、若闸门门页应力传感器综合数据不超过闸门正常运行数据，则闸门门页为健康状态；

步骤2.3.4、若支臂应力传感器综合数据超过闸门正常运行数据的25％，则支臂为失效状态；

步骤2.3.5、若支臂应力传感器综合数据超过闸门正常运行数据的15％，则支臂为危险状态；

步骤2.3.6、若支臂应力传感器综合数据有超过闸门正常运行数据，则支臂为健康状态。

在上述的弧形启闭闸门状态监测与综合诊断方法中，判断闸门本体结构的健康状态的阶段包括：当应力传感器数据小于或等于实际运行最大数据的100％时，闸门本体结构为健康；当应力传感器数据大于实际运行数据的100％，小于等于实际运行最大数据的115％时，闸门本体结构为危险；当应力传感器数据大于实际运行数据的115％，小于等于实际运行最大数据的130％时，闸门本体结构为失效。

在上述的弧形启闭闸门状态监测与综合诊断方法中，modbus以太网采用带屏蔽的网线进行数据传送，modbus232以及rs485均使用带屏蔽的同轴电缆进行信号传输，信号传输线路之间避免平行走线。

本发明的有益效果：实现了根据弧形启闭闸门控制系统采集的控制信号以及闸门本体结构上的安装的应力传感器，进行综合比较与判断，得到弧形启闭闸门整体健康状态的诊断。当弧形启闭闸门出现异常情况时，可以根据诊断系统的结果有针对性的进行故障处理与闸门修复。为弧形启闭闸门的正常运行监测以及弧形启闭闸门故障修理提供有效的指导性意见。能够完整、准确、全方位的对弧形启闭闸门进行状态监测，并对其健康状态实行综合性的诊断。这种方法将闸门控制系统和闸门本体结构分开，分别进行健康状态判断及诊断，可以有效避免不同部件之间的干扰和不同位置结构特点带来的判断不准确。所需要的硬件和软件资源较小，实用性高，可为其他类型闸门的健康状态综合诊断方法提供有效参考。

附图说明

图1为本发明一个实施例所涉及的弧形启闭闸门综合诊断流程图；

图2为本发明一个实施例所涉及的弧形启闭闸门健康状态判断以及综合诊断的逻辑结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本实施例将弧形启闭闸门划分为两大部分：闸门控制系统和闸门本体结构。其中，闸门控制系统分为闸门升降系统、闸门启闭系统和卷扬系统。对于闸门控制系统，直接从闸门控制系统读取对应的控制信号以及执行机构的反馈信号，根据信号之间的逻辑和耦合关系来判断闸门控制系统的健康运行状态。对于闸门本体结构，则根据闸门本身的结构特点，分别对闸门的不同部位和不同部件分别判断。首先判断闸门门页的健康状态，然后判断闸门支臂的健康状态，最后对闸门支绞的健康状态进行判断，综合之前的判断结果来得出闸门本体结构的健康状态，对于非健康的闸门结构部位，需要进行报警警告，同时给出需要维修的部位判断。这种方法将闸门控制系统和闸门本体结构分开，分别进行状态判断并进行健康状态诊断的方式可以有效避免不同部件之间的干扰和不同位置结构特点带来的判断不准确的缺点，同时需要的硬件和软件资源较小，方法实用性高，可为其他类型闸门的健康状态综合诊断方法提供有效参考。

本实施例是通过对下技术方案来实现的：一种弧形启闭闸门状态监测与综合诊断方法，

1)根据modbus以太网通讯所读取的闸门控制系统的信号输出与反馈得到闸门升降系统的健康状态判断；2)使用rs232通讯方式读取的闸门开度与荷重数据得到闸门启闭系统的健康状态判断；3)根据rs485通讯方式读取的卷扬控制变频器输出数据，得到卷扬系统的健康状态判断；4)根据modbus232通讯规约读取的应力传感器数据得到闸门本体结构的健康状态判断；5)综合闸门升降系统、闸门启闭系统、卷扬系统、闸门本体结构的健康状态得到整个弧形启闭闸门健康状态监测结果。

通过数据采集与数据分析方式建立闸门状态诊断识别库：

如图1所示，步骤(1)根据提升/下降信号与安全制动/工业制动信号是否同时出现，停止信号与安全制动/工业制动信号是否同时出现，判断闸门升降系统运行是否正常。

步骤(2)根据闸门开度与闸门荷重之间的正向或反向比例关系，判断闸门启闭系统运行是否正常。

步骤(3)根据变频器输出频率与卷扬机电流之间的正向或反向比例关系，判断闸门卷扬系统是否运行正常。

步骤(4)综合升降系统、启闭系统、卷扬系统，判断闸门控制系统是否运行正常。

步骤(5)根据应力传感器判断闸门的门页、支臂、支绞所处于的健康、危险、失效的具体阶段，从而得到闸门本体结构的健康状态阶段。

步骤(6)根据闸门控制系统正常与否、闸门本体结构所处的健康状态阶段，判断整个弧形启闭闸门的健康状态以及故障所出现的位置。

如图2所示，具体实施时判断方法如下：

i.若提升/下降信号与安全制动/工业制动信号同时出现，则说明闸门控制部分的升降系统运行异常。

ii.若停止信号与安全制动/工业制动信号同时出现，则说明闸门控制部分的升降系统运行正常。

iii.若闸门开度与闸门荷重之间存在反向比例关系，则说明闸门启闭系统运行异常。

iv.若闸门开度与闸门荷重之间存在正向比例关系，则说明闸门启闭系统运行正常。

v.若卷扬控制变频器输出频率与卷扬机输出电流之间存在反向比例关系，则说明卷扬系统运行异常。

vi.若卷扬控制变频器输出频率与卷扬机输出电流之间存在正向比例关系，则说明卷扬系统运行正常。

vii.综合升降系统、启闭系统、卷扬系统的正常、异常情况，可以判断闸门控制系统的运行正常与否。

viii.若闸门门页应力传感器综合数据超过闸门正常运行数据的20％，则说明闸门门页为失效状态。

ix.若闸门门页应力传感器综合数据超过闸门正常运行数据的10％，则说明闸门门页结构为危险状态。

x.若闸门门页应力传感器综合数据不超过闸门正常运行数据，则说明闸门门页结构为健康状态。

xi.若支臂应力传感器综合数据超过闸门正常运行数据的25％，则说明支臂为失效状态。

xii.若支臂应力传感器综合数据超过闸门正常运行数据的15％，则说明支臂为危险状态。

xiii.若支臂应力传感器综合数据不超过闸门正常运行数据，则说明支臂为健康状态。

xiv.若支绞应力传感器综合数据超过闸门正常运行数据的30％，则说明支绞为失效状态。

xv.若支绞应力传感器综合数据超过闸门正常运行数据的15％，则说明支绞为危险状态。

xvi.若支绞应力传感器综合数据不超过闸门正常运行数据，则说明支绞为健康状态。

xvii.综合闸门门页、支臂、支绞的健康状态，可以得到闸门本体结构的健康状态。

xviii.综合闸门控制系统的运行状态以及闸门本体结构的失效、危险、健康状态，可以综合得到闸门整体系统的健康运行状态。

并且，①当升降系统、启闭系统、卷扬系统中任何一个系统出现故障，则判断闸门控制系统存在故障；

②当应力监测数据小于或等于实际运行最大数据的100％时，闸门本体结构为健康；

③当应力监测数据大于实际运行数据的100％，小于等于实际运行最大数据的115％时，闸门本体结构为危险；

④当应力监测数据大于实际运行数据的115％，小于等于实际运行最大数据的130％时，闸门本体结构为失效；

⑤最终将升降系统、启闭系统、卷扬系统是否异常，闸门本体健康/危险/失效的状态在监视界面上显示出来。

本实施例可实现弧形及其他类似形状的启闭闸门状态监测与健康状态综合诊断，为闸门的运行与维修提供有效参考。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。