电液控制系统的失效方式与故障诊断方法

    李美芳

    摘 要：电液控制系统是现代化生产必不可少的技术之一，为提高劳动生产效率，社会对于电液控制技术的要求越来越高。通过对电液控制技术主要组成和特点的研究，说明了电液控制系统的主要失效形式，并有针对性地总结了智能故障诊断方法和优化电液控制系统可靠性的有效措施。

    关键词：电液控制系统；失效方式；故障；诊断

    中图分类号：THB7 文献标识码：A

    doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.04.042

    电液控制技术是工业领域自动化控制的重要技术之一，随着各行各业设备的不断升级，电液控制技术受到的重视程度也逐渐升高。作为结构复杂的综合性系统，其技术内容包含了自动控制、液压、传感器技术、计算机技术以及通信技术等多个学科，且应用范围十分广泛。由于电液控制技术所应用的环境各异，复杂环境和元器件的污染很容易导致多种故障问题的发生，由于故障形式的多样性和电液控制系统故障诊断能力的薄弱，使故障诊断变得困难，常常需要技术人员的逐一排查才能修复，且部分特殊故障难以准确定位故障位置，影响了电液控制技术功能的发挥。随着相关研究的深入，电液控制系统的电液诊断技术也开始向精细化和智能化轉变，为电液控制过程的可靠性提升创造了有利条件。

    1 电液控制技术主要特点

    1.1 结构组成

    总体而言，电液控制系统主要包括了液压系统、机械系统、传感器、电源以及处理器等几大部分，常用的元器件包括了控制器、操作界面、处理器、耦合器、转换器、电源箱，以及压力、位置等多种传感器。采用自动控制代替传统人工控制的方式，能够实现制定功能的及时、准确、可靠执行。

    1.2 功能特点

    （1）有效控制。自动化的电液控制技术有效地融合了最先进的电子技术、液压技术、机械技术以及计算机技术，相对于传统的控制过程而言，在控制效率方面提升明显。

    （2）安全可靠。由于多种传感器技术的使用，不仅提升了电液控制系统的自动化程度，更为实时检测创造了可能，这显著提升了系统预判和预防故障问题的能力，也能大量规避提法问题产生的影响。

    （3）快速反应。电子控制技术与液压系统的结合能有效保证优良的反应速度，这使得相关设备的工作效率和速度都显著提升，更有利于实现各项资源的优化配置，同时也有利于机械系统结构的改进和特定功能的提升。

    2 电液控制系统的失效方式

    电液控制系统在使用过程中出现的失效方式是多方面的，主要包括功能失效、精确度不足、性能降低、突发性故障等。其表现为液压系统反应缓慢、传感器工作精度降低、工作位置不准确等，详见下表。

    （1）液压系统功能失效。液压系统在使用中可能由于冷却系统功能、液压油品质不良导致液压系统功能降低或失效。冷却系统的功能失效主要是由于冷却水质量问题导致的，由于水质不合格或直接以硬水添加入冷却系统，会导致冷却系统管路中进入了大量杂质或水垢，导致过滤系统发生堵塞故障，引起液压系统供液流量降低导致液压系统执行动作缓慢或失效。

    （2）电气控制程序紊乱。在不同行业中使用的电液系统，由于周围用电环境或自身大功率电机的影响，在使用过程中会形成空间场干扰现象。通常情况下高压供电系统因携带重型设备工作，因出现在设备启停的过程中对电网产生波动冲击的问题，这些因素的供电过程会对电液控制系统供电单元形成一定的电磁干扰现象，从而使电液控制系统的电气控制程序出现紊乱，失去正常工作的能力，严重时还可能导致程序丢失。由于电气控制程序紊乱的影响因素是随机的，很难提前进行预判，而控制系统易受干扰的主要原因还是抗电磁干扰能力较弱导致的。

    （3）漏电或短路故障。机械装备使用的环境是十分复杂的，常存在着潮湿、高温、粉尘等复杂条件，工作环境不良很容易引起电液控制系统相关产品的密封保护失效，导致控制器及其他电器元件老化、复式或进潮，引起电路系统漏电和短路等问题，这些问题在设备使用的初期相对较少，而在中后期会逐渐增多，多是由于维护不当导致的。

    （4）机械结构功能失效。电液控制过程会不可避免的需要一些机械结构进行辅助，在长期的工作过程中，机械零件可能因为疲劳、磨损或过载等问题发生损坏，从而影响系统功能的正常发挥，这也要求相关工作人员做好机械结构的养护与检修。

    3 智能故障诊断方法

    3.1 智能专家系统诊断法

    智能专家系统诊断法主要是当系统发生故障时，专家系统会通过获得的传感器数据结合系统结构和过往故障问题进行决策判断， 进而确定故障产生的位置和可能原因。利用专家系统的知识解决电液传动控制方面的故障问题，有效避免了传统故障诊断对刻板数学模型依赖性，逐渐成为电液控制系统故障检测的最有效方法之一，且得到了多个行业的推广和使用。专家系统由很多收集的规则组合而成，能更合理地表达知识与结果之间的关系，当遇到故障问题时，专家系统可以通过自身知识库进行有效推理并实现最终决策，但专家系统也存在着获取知识困难、自学能力欠缺的问题，现阶段的专家系统研究方向已经趋向于与其他诊断技术相结合的领域，以提高故障处理的合理性。

    3.2 模式识别诊断法

    模式识别诊断法属于静态故障诊断方法的一类，其主要的技术特点是对故障模式特征量的选择与提取。模式识别的诊断过程包括了离线分析和在线分析两步，离线分析能够明确电液控制系统故障状态的特征向量集，并得出以特征向量集所表示的故障模式向量，从而得到基准模式集并确定针对不同的故障模式向量的理论判定函数，再利用在线诊断技术及时的获得故障特征向量，并进行快速判断和对故障进行定位。

    3.3 模糊控制诊断法

    模糊控制诊断法主要通过寻找故障状态与模糊集合征兆之间的映射关系，以特定的征兆来诊断电液控制系统出现的故障，是一种具有显著潜力的诊断方式。因为模糊集合理论现阶段发展还不成熟，目前对于模糊控制中两个模糊集合之间的映射规律以及各个元素隶属度的判定仍缺乏统一的方式和标准，大多数情况下都只能凭借经验和实验结果确定。因为电液控制系统使用中的不确定因素影响，加之模糊控制诊断需对每个征兆及特征参数进行上下限确定与隶属度函数设计，导致现阶段的应用存在局限性，但随着模糊集合理论的不断研究与发展，该诊断方式也将具备更加科学的应用途径。

    3.4 人工神经网络诊断法

    人工神经网络故障诊断法近年来发展十分迅速且应用逐渐广泛，由于人工神经网络诊断具备联想、推理、存储、适应性强、自主学习以及处理复杂模式的众多功能，能够保证很多结构复杂、机型庞大、故障率高、环境恶劣的条件下发挥重要作用。人工神经网络诊断根据算法的不同具备不同的特点。基于BP算法的多层感知神经网络，具备相对成熟的理论基础，以液压泵故障问题的诊断为例，通过BP神经网络在线诊断产生故障液压泵的压力、流量、外壳振动等信号异常，从而分析并获得液压泵故障原因，并提供有针对性的解决方案。

    4 優化电液控制系统可靠性的有效措施

    4.1 优化电气设备布置

    为实现相关电液控制功能的可靠运转，技术人员应对电气设备进行合理的布置，保证低压电气设备尽可能的远离高压电气设备，采用屏蔽性能更好的双绞电缆，并在布设过程中保证屏蔽层可靠接地且离动力电缆有足够的距离，以避免电气设备在工作过程中出现相互之间的电磁扰动。

    4.2 加强设备维护力度

    由于电液控制技术具有显著的新技术特性，对其进行的维护管理也应从更加专业的角度出发，积极改变固有的和落后的管理思路及方式，通过主动防护来减少事故发生的概率，针对控制装置、液压系统、机械结构建立科学且及时的监控体系，以便于对控制系统的工作状态实现随时查看，并保证对安全隐患问题的提前发现和处理，实现电液控制系统的长久可靠运行。此外，维护工作人员还应重视对电液控制系统的污染情况建立合理的监控体系，做到定期对设备内乳化液浓度进行专业检测，并密切关注乳化液的清浊程度，若发现乳化液中含有过量杂质，应及时且彻底地更换乳化液。针对于机械结构，维护人员应定期进行全面检查，了解各零件的磨损情况，做到磨损零件的及时换新。

    4.3 采用抗电磁干扰设备

    电液控制系统应针对交流电源的输入端增加滤波设备，通过滤波设备减轻电源对支架控制器的干扰，进而避免交流电源对控制运行产生的影响。通常来说，滤波设备能够显著抑制和消除由电源线耦合产生的电磁扰动问题，对于保障电液控制系统运行十分有效。

    4 结束语

    电液控制技术作为新的控制方式之一，对于各行业的高效生产起着重要的基础性作用，为保证电液控制系统的可靠运行，应不断丰富系统故障检测的技术水平，并在日常使用中重视维护质量，以保证电液控制技术相关功能的全面开展。

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