探究船閘液壓啟閉機故障診斷系統的研究與設計

【摘要】液壓啟閉機作為船閘當中一項至關重要的機電設備，因具有力矩較大、運行平穩性良好的優勢特點，而得到了廣泛使用。但在長時間的使用下，不僅液壓管路容易存在漏油問題，同時各項液壓設備也比較容易出現密封性不足、設備老化等問題，進而影響液壓啟閉機等正常運行使用，甚至極有可能影響船只的正常通行。因此本文將嘗試設計一種船閘液壓啟閉機故障診斷系統，從而有效達到控制故障發生的目的。

【關鍵詞】船閘；液壓啟閉機；故障診斷系統

引言：

在各領域自動化程度不斷加深下，船閘液壓啟閉機的故障診斷方面也需要盡快擺脫當前傳統老舊的人工診斷工作模式，通過積極構建自動化、現代化的船閘液壓啟閉機故障診斷系統。進而可以在有效豐富故障報警內容的同時，提升故障診斷成效，并有效抑制故障發生率，使得船閘液壓啟閉機能夠實現長時間的安全穩定運行?；诖?，本文將分別從軟件設計和硬件設計兩個角度出發，對船閘液壓啟閉機故障診斷系統設計進行初步探究。

一、船閘液壓啟閉機故障診斷系統的硬件設計

為了有效提高船閘液壓啟閉機故障診斷系統的運行效率，并盡可能減少系統設計和運行成本，同時為后續系統的運行維護以及升級提供便利。本文通過利用當前已經投入使用的船閘控制系統，在無需新增其他硬件設備的前提下，完成船閘液壓啟閉機故障診斷系統的硬件設計。目前上橋船閘控制系統硬件主要由機房設備以及集控室設備共同組合而成，通過對液壓啟閉機進行相應控制以此實現閘門和閥門運動。以太網則負責連接著液壓啟閉機機房以及樞紐中心。

在該系統當中，液壓啟閉機本身自帶傳感器，并且擁有包括系統壓力和油箱溫度等及其高低報警的模擬量和開關量。通過統一設定模擬量和開關量分別使用4mA到20mA直流電流信號以及直流24V電壓信號，當系統處于運行狀態時，液壓啟閉機中傳感器將實時采集各項相關工作數據，并統一傳輸至PLC站中。在將其存儲至工程師站之后，經過數據提取和Matlab處理之后獲取相應的基本期望及方差，對安全區間進行合理明確后即可獲得故障預警閾值。這一閾值將經由工程師站被統一存儲在PLC站當中，利用確定的故障預警閾值作為參考值，將其和液壓啟閉機的實時運行數據相互比較，如果液壓啟閉機的實時運行數據連續多次超出安全區間，則判斷其存在故障征兆。

與此同時，液壓啟閉機中各項運行數據均需要接受PLC系統的實時監測，包括常規警報信息以及經過數據分析處理后生成的警報信息。加入液壓啟閉機存在故障問題，此時工作人員需要在操作員站當中啟動故障診斷系統，在與相關工業組態軟件信息進行深入結合后，完成相關線索的準確填寫，此時故障診斷系統將準確鎖定具體故障位置，判斷出相應的故障原因并給出處理措施。進而使得操作人員能夠在短時間內完成液壓啟閉機故障處理工作。

二、船閘液壓啟閉機故障診斷系統的軟件設計

（一）故障預警

在實際的工作中，長時間的運行下，船閘液壓系統設備中的部分器件比較容易出現磨損、破損等問題，雖然在前期此類問題嚴重程度極其輕微，并不會對船閘液壓啟閉機的運行產生實質性影響，但隨著運行時間的不斷延長，故障嚴重程度將逐漸加劇。而由于目前船閘液壓啟閉機體積相對較大，并不方便隨時更換器件且通常需要較長的維修周期，因此一旦船閘液壓啟閉機出現故障問題，將極有可能影響正常的船只通行[2]。為此，在本文設計的船閘液壓啟閉機故障診斷系統當中，增加了故障預警功能，在及時獲取相應故障癥狀下對其進行精準的判斷處理，進而給出警報信息以提醒工作人員注意。

具體來說，系統在運行之后首先需要利用PLC對實時數據進行相應處理，如果處理結構在預警區當中，則將自動為預警值加1。反之如果處理結果不在預警區中，則將對預警值進行清零并重新進入PLC處理實時數據的環節中。當預警值至少為3時，系統將自動啟動預警功能。系統依照船閘液壓啟閉機的靜態運行和動態運行，對其閘門以及閥門油缸的位置進行相應的類別劃分，如果判斷啟閉機處于正常工作狀態，則只需對其進行常規維護。而系統如果判斷啟閉機存在部分器件老化或是有微小滲漏等問題，則將自動進入預警狀態，此時液壓故障診斷專家系統將自行啟動故障樹開始進行故障診斷，用以準確分析出故障名稱和故障原因。該項功能在啟動過程中，將依照設備性能相關數值與常規值的偏離大小，對設備老化等故障進行相應判斷。此后工作人員可以根據系統給出的預警信息，對電磁閥以及焊接點等關鍵部位進行加強檢查，進而有效控制故障范圍。

（二）故障診斷

本文所設計的船閘液壓啟閉機故障診斷系統中，主要通過依托專家系統，利用其具體的邏輯推理形式實現故障診斷功能?？紤]到船閘液壓動態方程具有極強的負載型，并且極易受到溫度以及機械變形磨損等因素的影響，因此最終確定利用故障樹的方式獲取故障診斷規則。將故障現象以及故障源分別作為故障樹的頂事件和底事件，前者通過利用獨立性較高的邏輯關系進行分類，例如液壓啟閉機油缸動作過快或是不動作[3]。在底事件中則需要對多方面因素進行充分考慮再進行故障分析，也就是說需要在明確導致故障出現的具體故障源的同時，需要保障故障源本身具有相互獨立性，否則無法將其作為同等級故障源。比如說系統單元和控制電源24V故障便不能視作同等級故障源。

結束語：

本文通過對船閘液壓啟閉機的故障診斷系統進行分析和設計，提出通過按照系統動作將其劃分成動態以及靜態，并對其進行進一步細化，使之可以細分為正常狀態、預警狀態以及故障狀態。系統在對PLC采集得到的相關運行數據進行分析處理下，通過利用故障樹對診斷規則進行相應獲取即可利用故障診斷專家系統完成對船閘液壓啟閉機的故障預警和故障診斷工作，以此有效控制船閘液壓啟閉機的故障發生率，提高其運行成效和運行安全性。

參考文獻：

[1]朱海，王黎輝.插裝閥式船閘液壓啟閉機故障診斷系統研究與開發[J].中國水運（下半月），2013，13（06）：95-96.

[2]趙新澤，張少慶，趙美云，李然，汪啟峰，汪杰.原子光譜分析法在大型閘門啟閉機液壓系統故障診斷中的應用[J].液壓與氣動，2012（09）：73-75.

作者簡介：張芝靈（1989），女，漢族，安徽皋陽，本科，助理工程師，機械工程及自動化