專利名稱：在流體裝置中進行故障定位和診斷的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在流體裝置中，尤其在氣動裝置中進行故障定位和診斷的方法，其中測量裝置的至少一個區(qū)域的流體消耗并根據(jù)于工作循環(huán)同相應儲存的參考消耗進行比較。
DE 19628221 C2公開了一種這種類別的方法，其用于確定一個氣動裝置的工作裝置的工作位置，其中沒有使用傳感器，尤其沒有使用位置傳感器。主要在其中多個過程相互重疊的大型的裝置中，無法確切地推斷出一個工作裝置的位置或者在一個確定工作裝置內(nèi)的位置。如果工作裝置之一出現(xiàn)功能故障或者泄漏，那么不可能作出清楚的判斷和確定，并且根本不能查出裝置確切的異常工作的工作裝置或者部件。
本發(fā)明的任務在于，提供一種如前面所述類別的進行故障定位和診斷的方法，通過這種方法可以以簡單的方式識別出裝置的這一系統(tǒng)和/或子系統(tǒng)，即出現(xiàn)故障的系統(tǒng)和/或子系統(tǒng)，也即例如存在功能故障或者泄漏。
這一任務將通過具有權利要求1的特征的方法來完成。
根據(jù)本發(fā)明的用于進行故障定位和診斷的方法的優(yōu)點在于，硬件方面只需要一個安裝于裝置的輸入通道中的體積流量傳感器，用于測量流體消耗。此外要使用已有的位置控制信號、限位開關控制信號和致動器控制信號，用于能使在流體消耗測量中確定結果對應于確定的系統(tǒng)或者子系統(tǒng)并由此識別故障。其中既可以將在每個系統(tǒng)和/或子系統(tǒng)中的功能故障也可以將泄漏識別出，并歸于相應的系統(tǒng)或者子系統(tǒng)。由此可以將故障定位到裝置內(nèi)的確定的系統(tǒng)或者甚至定位到確定的子系統(tǒng)。這還可以非常迅速的在控制裝置的運行程序期間進行。
通過在從屬權利要求中描述的措施，權利要求1中的方法的有利的其他方案和改進是可能的。
測量出的流體消耗和儲存的參考消耗簡單地表示為曲線變化，它們尤其通過對流量值進行累加或積分產(chǎn)生。通過形成流體消耗和參考消耗之間的差值或者差值曲線變化，實現(xiàn)特別好的故障識別，因為根據(jù)這種偏差可以非常容易地進行故障識別。
為了確定出現(xiàn)故障的系統(tǒng)和/或子系統(tǒng)，在消耗偏差時刻或者在持續(xù)的消耗偏差結束時同控制裝置的運行程序以有利的方式執(zhí)行時間的比較。由此可以通過運行程序簡單地確定，哪個系統(tǒng)或者子系統(tǒng)在確定的時刻曾經(jīng)是活動的或者是活動的。選擇地或者額外地也可以檢驗，哪些用于系統(tǒng)或者子系統(tǒng)的控制信號和/或傳感器回饋直接在這一時刻之前出現(xiàn)，并且它們屬于哪些系統(tǒng)或子系統(tǒng)。由此也可以準確確定出現(xiàn)故障的系統(tǒng)或者子系統(tǒng)。
以有利地方式也額外在流體消耗診斷之前或者在此期間，系統(tǒng)和/或子系統(tǒng)的操作時間(Verfahrzeiten)和/或定位時間可借助存儲的參考值進行檢驗。如果確定了與儲存的操作時間和/或定位時間的偏差，那么由此可以推斷出出現(xiàn)故障的系統(tǒng)，并且如果這在消耗診斷之前執(zhí)行，并且如果出現(xiàn)故障的系統(tǒng)或者子系統(tǒng)已經(jīng)可以通過這種預先方法被查出，也可以將流體消耗診斷本身取消。
這尤其在大型流體裝置中更能體現(xiàn)出優(yōu)點，這時流體裝置的多個區(qū)域的流體消耗通過多個流量裝置進行測量和診斷。這提高了診斷可靠性和故障識別的唯一性，尤其在同一時間多個系統(tǒng)進行運動。例如也可以以這種方式額外地或者單獨地對裝置的安全上重要的區(qū)域進行監(jiān)視。
由于流量或者體積流量并由此流體消耗也不最終取決于壓力和溫度，有利地測量這些參數(shù)或者至少這些參數(shù)的一個并可以用于基于參數(shù)的流體消耗的修正。
本發(fā)明的實施例在附圖中示出并隨后進行詳細說明。附圖示出
圖1一個氣動裝置，在其輸入處連通有一個流量計；圖2用于差值形成的診斷級的部分區(qū)域圖3一個大規(guī)模的氣動系統(tǒng)，其分為三個部分區(qū)域并且每個部分區(qū)域設有一個流量計；圖4至6用于說明不同診斷結果的空氣消耗圖表。
圖1示意示出一個氣動裝置，其中原則上也可以是另一種流體裝置，如液壓裝置。
這個氣動裝置包括五個子系統(tǒng)10-14，其中可以分別是如閥門、缸體、線性驅動裝置和類似物的致動器以及它們的組合。這些子系統(tǒng)10-14由一個壓力源15供給壓力，其中，在共同的輸入管道16中設置有一個流量計17，用于測量流量或者說體積流量。通過對流量或者說體積流量或者質量流量的測量值進行累加或者積分得到空氣消耗。子系統(tǒng)11、12和子系統(tǒng)13、14又各自形成一個具有共同輸入管道的系統(tǒng)。
電子控制裝置18用于預先規(guī)定裝置的運行過程并且同子系統(tǒng)10-14電氣相連。子系統(tǒng)10-14從電子控制裝置18接收控制信號并將傳感信號再傳遞回其中。這種傳感信號是例如位置信號、限位開關信號、壓力信號和類似的信號。
流量計17同一個電子診斷裝置19相連，此外，該診斷裝置19還被輸入用于測量輸入通道16內(nèi)的溫度和壓力的溫度傳感器20和壓力傳感器21的信號。另外，診斷裝置19對電子控制裝置18的運行程序進行存取。診斷結果被輸入到一個顯示器22上，其中診斷結果當然也可以被存儲、打印或者通過線路或無線地被輸送到一個中心。
診斷裝置19當然也可以集成到電子控制裝置中18中，該控制裝置18例如可以含有微控制器，用于執(zhí)行運行程序和必要時進行診斷。
根據(jù)圖2，僅部分示出的診斷裝置19包含一個運行存儲器23，在執(zhí)行氣動裝置的運行程序期間，氣動的空氣消耗以參考空氣消耗曲線的形式儲存在該運行存儲器23中。如已經(jīng)示出的那樣，該參考曲線可以例如通過參考流量值在運行程序期間的累加或者積分形成。其可以被例如儲存在一個學習模塊中。在后面布置的也被輸入流量計17的傳感信號的減法級24中差值曲線變化ΔL由測量值形成的空氣消耗L和參考曲線Lref之間的差值形成。在顯示器22上然后也可以再給出差值曲線ΔL以及空氣消耗曲線L和參考空氣消耗曲線Lref，如這在同圖4至6中更詳細地說明。
圖3示出了根據(jù)圖1的實施例的擴展方案。這里壓力源15除了供應子系統(tǒng)10-14外，還要供應子系統(tǒng)25-32。附加的子系統(tǒng)25-32被分為兩個組，其各自通過自己的流量計33、34被供應壓縮空氣。因此通過三個流量計17、33、34，裝置的三個部分區(qū)域可以相互獨立地進行診斷。出于簡化，沒有示出電子控制裝置18、診斷裝置19和相應的溫度傳感器和壓力傳感器，顯而易見，這些也相應于圖1進行設置。其中將一個共同的控制裝置和一個共同的診斷裝置19設置為兩個單獨的單元，或者作為一個集成的單元。
進行故障定位和診斷的方法隨后借助描述的氣動裝置進行說明。
在圖4中示出了這樣一種情況，即直到t1時刻，參考空氣消耗曲線Lref同測量出的空氣消耗曲線L相一致，這說明差值或者差值曲線位于零點。在t1時刻出現(xiàn)故障，例如由于在子系統(tǒng)10-14之一中的致動器延遲的運動，這例如可能軸暫時的卡住而引起。由此，整個循環(huán)推遲并延長了延遲運動的時間Δt，其中空氣消耗在循環(huán)結束時同參考空氣消耗曲線Lref一致。這表明，此外沒有出現(xiàn)泄漏。由差值曲線變化可以精確檢測出t1時刻，由這一時刻開始出現(xiàn)偏差。診斷裝置19根據(jù)圖1從電子控制裝置18方面輸入運行程序，從中可以獲悉，哪個致動器或者哪個子系統(tǒng)在t1時刻處于活動狀態(tài)。由此故障可以限定在這個致動器或者子系統(tǒng)上。根據(jù)用于空氣消耗曲線或者用于參考空氣消耗曲線的運行程序，各個活動的子系統(tǒng)的分配可以在顯示器22上圖形地進行或者通過比較程序在診斷裝置19中測出。在偏差產(chǎn)生時刻活動的子系統(tǒng)也可以在需要時被圖形示出。
在圖5中示出了這樣一種情況，即在整個運行程序期間，也即在裝置的整個循環(huán)期間，差值ΔL直到t2和t3確定的小區(qū)域持續(xù)增大，從而在循環(huán)結束時整個空氣消耗L明顯大于參考空氣消耗Lref。這個曲線變化表明在一個子系統(tǒng)的致動器上的泄漏情況。這個致動器在循環(huán)期間部分地被加載壓力，部分是無壓力的。在無壓力的狀態(tài)，空氣消耗差值一直為零或者在這個時間段內(nèi)不再增大的空氣消耗差值。通過同運行程序進行比較可以確定，哪個致動器在這個時間段內(nèi)無壓力而在其他時間內(nèi)施加有壓力。由此泄漏可以限定在這個致動器上。
在圖6中，在由t4時刻開始的一個時間段內(nèi)出現(xiàn)相對于參考空氣消耗曲線Lref的空氣消耗差值，并且在由t5時刻開始的一個時間段內(nèi)再次出現(xiàn)。這里也必須同運行程序進行比較來確定，哪個致動器或者哪個子系統(tǒng)在由時刻t4和t5時刻開始的兩個時間段內(nèi)是活動的。其由此被識別為存在故障的，其中也可以是在運行程序期間兩次進行動作的那個致動器或者子系統(tǒng)。在由t4時刻開始的第一偏差之后，形成一個新的空氣消耗的參考值，其由原來的參考值(0)和新的空氣消耗的偏差得出。在隨后的循環(huán)中，測量出的空氣消耗同新的參考值考查偏差。由此可以在同一個子系統(tǒng)的或者另一個子系統(tǒng)的有新的故障時再確定該故障。允許的空氣消耗變化的范圍可以固定地選擇或者相應于當前的空氣消耗值保持變化。這樣，一方面可以在空氣消耗低的區(qū)域內(nèi)在循環(huán)開始選擇非常小的范圍，以便得到非常高的靈敏度，另一方面可以在空氣消耗高的區(qū)域內(nèi)在循環(huán)結束時選擇大的范圍，以便加強抗波動和測量誤差。
為了避免由于溫度影響和壓力影響造成的參考空氣消耗曲線Lref的偏差，要對流量測量值或者空氣消耗值進行溫度修正和壓力修正，其中使用溫度傳感器20和壓力傳感器21的相應的測量值。在簡單的實施中，也可以只使用溫度補償或者只使用壓力補償，或者不使用補償，尤其在預期的壓力影響和溫度影響不是非常大的時候。
由于根據(jù)本發(fā)明的方法關于硬件只需要一個額外的流量計，也可以對已經(jīng)安裝的裝置簡單地地進行改裝。根據(jù)本發(fā)明的診斷方法也可以通過軟件補充進行實現(xiàn)。
權利要求
1.用于在流體裝置中進行故障定位和診斷的方法，其中裝置的至少一個區(qū)域的流體消耗(L)被測量并根據(jù)于工作循環(huán)同相應的儲存的參考消耗(Lref)進行比較，其中分別在消耗偏差(ΔL)時刻或者在持續(xù)的消耗偏差情況下在消耗偏差結束時刻確定在裝置的哪個系統(tǒng)和/或子系統(tǒng)(10-14，25-32)中在這一時刻發(fā)生對流體消耗有影響的過程，并且這個系統(tǒng)和/或子系統(tǒng)(10-14，25-32)由此被識別為有故障的。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述的測量出的流體消耗(L)和儲存的參考消耗(Lref)為曲線變化，其尤其通過對流量值進行累加或者積分產(chǎn)生。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于形成流體消耗(L)和參考消耗(Lref)之間的差值(ΔL)或者差值曲線變化。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于為了確定出現(xiàn)故障的系統(tǒng)和/或子系統(tǒng)(10-14，25-32)，在消耗偏差(ΔL)時刻或者在持續(xù)的消耗偏差結束時同控制裝置(18)的運行程序執(zhí)行時間的比較。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于為了確定出現(xiàn)故障的系統(tǒng)和/或子系統(tǒng)，在消耗偏差(ΔL)時刻或者在持續(xù)的消耗偏差結束時檢驗哪些用于系統(tǒng)或者子系統(tǒng)的控制信號和/或傳感器反饋直接在這一時刻之前出現(xiàn)，及它們屬于哪些系統(tǒng)和/或子系統(tǒng)。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于額外在消耗診斷之前或者在此期間，借助存儲的參考值對系統(tǒng)和/或子系統(tǒng)的操作時間和/或定位時間進行檢驗。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于在操作時間和/或定位時間出現(xiàn)錯誤的情況下，取消消耗診斷。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于通過多個流量測量裝置(17，33，34)對流體裝置的多個區(qū)域的流體消耗進行測量和診斷。
9.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于額外還要測量流體的溫度和/或壓力。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于測量出的流體消耗(L)根據(jù)于溫度和/或壓力進行修正。
全文摘要
在流體裝置中進行故障定位和診斷的方法，其中該裝置的至少一個區(qū)域的流體消耗被測量并根據(jù)于工作循環(huán)同相應儲存的參考消耗進行比較?？偸窃谙钠顣r刻或者在持續(xù)的消耗偏差情況下在消耗偏差結束時刻確定裝置的哪個系統(tǒng)和/或子系統(tǒng)(10－14)在這一時刻發(fā)生對流體消耗有影響的過程，并且在此這個系統(tǒng)和/或子系統(tǒng)(10－14)由此被識別為有故障的。
文檔編號F15B19/00GK1973136SQ200480043369
公開日2007年5月30日 申請日期2004年4月16日 優(yōu)先權日2004年4月16日
發(fā)明者J·布雷多, J·恩格爾哈德特 申請人:費斯托合資公司