CN102619684B - 故障诊断方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种故障诊断方法及***，为了解决现有技术中设备频繁启停等问题而发明。本发明包括冗余测量数据的采集；冗余测量数据的处理和故障判断；故障程序的触发及再启动程序的运行；在故障判断中设限值和再启动滞环值。上述的方法，风机在故障停机后要想正常启动必须等待测量部位的实际测量值不触发加入再启动滞环值后的限值，这样既保证了设备的安全性，也避免了风机因相同的故障频繁启停；在风力发电机组关键量的测量中使用冗余技术能很好规避不必要的故障报警，避免人为误操作，降低由测量传感器硬件故障引起的报警停机，提高测量值的准确度，使风力机组可以在恶劣的状况下也发挥出较好的性能。

Description

故障诊断方法及***

技术领域

本发明涉及一种故障诊断技术，尤其涉及一种用于风力发电机组冗余测量的故障诊断方法及***。

背景技术

风力发电机组的故障诊断是其电气控制***的重要组成部分，电控***通过故障诊断来监控***中的各种***设备、接口模块及软件程序的状态，从而得到控制***的运行状态，如遇异常情况会自动给出报警提示，保护控制***中的硬件设备，从而保证了关键零部件的使用寿命，为操作人员提供了便捷的故障提示，便于相关调试与维护；目前，行业内针对风力发电机组关键量测量还没有广泛的采用冗余技术，只是使用单个传感器组成测量***对关键量进行测量；现有方案故障诊断技术主要采用的是循环扫描主故障标志位数组的方式，这种方式是指在软件程序中，机组电气控制***的所有故障的发生都将对应的触发一个故障标志位，将这些标志位统一定义为一个主故障标志数组，PLC控制器每次程序循环通过扫描这个数组，得到数组中被触发的标志位位置和相应的故障代码，并把它保存起来发送至操作屏和上位机进行显示。操作人员通过操作屏和上位机对故障进行复位时，故障处理程序被调用，此时***执行复位操作，并对主故障标志位数组进行逐位的清零复位。

上述方案主要有以下缺点：

1)在风机关键量测量方面，现有方案还没有大范围的使用冗余技术，致使***可能因为传感器的故障或测量误差而导致故障停机，降低了风机的平均无故障运行时间。

2)每次的故障处理都是通过对故障位进行复位，并没有给相应的设备调整至正常状态的时间，这样会导致故障复位后风机很快启动，但由于相同的错误又一次故障停机，这样频繁的启停会很大程度上的增大设备和部件的磨损，降低其使用寿命，从而降低风机的使用寿命和平均无故障运行时间，给风机的效益带来了很大的影响。

发明内容

本发明提供一种故障诊断方法及***，用以解决现有技术中的缺陷，实现降低因测量误差导致的故障停机频次、延长设备使用寿命和无故障运行时间。

本发明实施例提供一种故障诊断方法，包括：

步骤1，在每个测量部位均设至少一个传感器，对所述传感器的测量数据分别进行间隔采集；

步骤2，将上述采集的测量数据经数据处理程序判断该测量数据是否在所述传感器设定范围内；若在则得测量值并将该测量值输入故障判断程序；若不在则发出测量报警信号；

步骤21，判断设置在单个测量部位的所述传感器的个数；

步骤22，若所述传感器为一个则读取测量数据进入所述数据处理程序；该数据处理程序判断该测量数据是否满足设定范围；是，得到测量值进入故障判断程序；否，发出故障报警信号；

步骤23，若传感器为两个则分别读取测量数据进入所述数据处理程序；判断所述测量数据是否在各自的设定范围内及其差值是否在设定范围内；

步骤24，若两个所述测量数据中有一个在设定范围内，则以该测量数据为测量值进入所述故障判断程序并发出输出另一测量数据的传感器的测量故障报警信号；若两个所述测量数据均在各自设定范围内，则以两个所述测量数据的平均值为测量值进入故障判断程序；若两个所述测量数据均不在设定范围内或两个所述测量数据的差值不在设定范围内，则发出两个所述传感器的测量故障报警信号；

步骤3，在故障程序中输入故障字；所述故障程序包括主故障程序和模块程序，在所述模块程序中分别输入故障字，主故障程序从所述模块程序中分别获取所述故障字；

步骤4，根据上一次输入的测量值是否满足与所述故障字对应的限值及本次输入的测量值是否满足所述故障字对应的限值与再启动滞环值之和来判断是否触发所述故障程序和进入复位程序；

步骤41，判断上一次测量值是否已经触发了该故障字；

步骤42，如果该故障字没有被触发，则判断本次测量值是否满足该故障字对应的限值；满足则触发该故障字，不满足则进入程序循环；

步骤43，如果该故障字已经被触发，则判断本次测量值是否满足该故障字对应的限值与再启动滞环值之和；满足则锁定所述复位程序；若不满足则在接收到复位操作指令后执行复位程序对所述主故障程序中的该故障字进行复位，并在接收到再启动命令后执行再启动程序启动风机。

一种故障诊断***，包括至少两个传感器和分别通过数据采集通道与所述传感器连接的PLC控制器，每两个所述传感器对应一个测量部位设置，其特征在于，所述的PLC控制器包括：

故障单元，用于根据故障判断单元触发设置在该故障单元内的故障字来显示诊断故障；

复位单元，与所述故障单元和再启动单元连接，用于根据所述故障判断单元的判断结果动作；

所述再启动单元，用于根据所述复位单元的动作执行再启动命令；

数据处理单元，连接所述数据采集通道与故障判断单元，用于将所述数据采集通道采集的测量数据进行处理得到的测量值输入至所述故障判断单元；

所述故障判断单元，与所述故障单元连接，用于根据上一次输入的测量值是否触发该故障字及本次输入的测量值跟该故障字对应的限值与再启动滞环值之和的比较结果判断复位单元的动作。

其中，所述故障单元包括主故障单元和功能模块，所述功能模块连接所述故障判断单元和所述主故障单元；所述功能模块设置有用于输入所述故障字的输入端，所述主故障单元设置有用于显示被触发的所述故障字的显示模块。

进一步地，所述数据处理单元包括：

读取单元，与所述数据采集通道连接，用于读取所述传感器的测量数据；

判断单元，与所述读取单元连接，用于判断所述测量数据是否在所述传感器的设定范围内；

输出单元，与所述故障判断单元和判断单元连接，用于根据判断单元的判断结果输出测量值至所述故障判断单元；

报警单元，与所述判断单元连接，用于根据所述判断单元的判断结果发出报警信号。

本发明提供的故障诊断方法及***，在风力发电机组关键量的测量中使用冗余技术可以很好规避不必要的故障报警，避免人为误操作，例如在各种温度、压力和液位的变量检测中使用冗余技术既可以降低由测量传感器硬件故障引起的报警停机，又可以提高测量值的准确度，使风力机组可以在恶劣的状况下也发挥出较好的性能，冗余检测与故障诊断与在风力发电机组中的应用为风力发电机组的实时、精确控制提供了有力的保障，在故障判断程序中在故障字对应的限值中加入再启动滞环值进行判断，如果上一次没有发生该故障(如：发电机驱动侧轴温过高)报警则再启动滞环值不起作用，如果上一次已经触发了该故障则在风机启动故障判断时加入再启动滞环值，即：使发电机驱动侧轴温高限变为T2(T2＜T1)，这样风机要想正常启动必须等待发电机驱动侧轴温降至T2以下，这样既保证了设备的安全性，也避免了风机因相同的故障频繁启停。

附图说明

图1为本发明故障诊断方法实施例的流程结构框图。

图2为本发明故障诊断***实施例的结构示意图。

图3为本发明故障诊断方法中数据处理程序的流程图。

图4为本发明故障诊断方法中故障判断程序的流程图。

附图标记：

10-传感器；      20-数据采集通道； 30-数据处理单元；

40-故障判断单元；50-故障单元；     60-复位单元；

70-再启动单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示为本发明故障诊断方法流程图，本发明提供一种冗余测量故障诊断方法，步骤1，在测量部位设传感器，间隔采集该传感器的测量数据；

步骤2，将采集的测量数据经数据处理程序判断；

若该测量数据在所述传感器设定范围内则得测量值并将该测量值输入故障判断程序；若不在则发出测量报警信号；

步骤3，在故障程序中输入故障字；

步骤4，根据上一次输入的测量值是否满足与所述故障字对应的限值及本次输入的测量值是否满足所述故障字对应的限值与再启动滞环值之和来判断是否触发所述故障程序和进入复位程序。

如图2所示为故障诊断***结构示意图，包括用于测量数据的***设备和PLC控制器，***设备包括至少两个传感器10，其中每两个传感器10对应一个测量部位(图2中为环境、机舱柜、发电机和齿轮箱)设置，传感器10分别通过数据采集通道20与PLC控制器连接，PLC控制器包括数据处理单元30、故障判断单元40、故障单元50、复位单元60和再启动单元70。

故障单元50，用于根据故障判断单元40触发设置在该故障单元50内的故障字来显示诊断故障；包括主故障单元和功能模块，功能模块连接故障判断单元和主故障单元；功能模块设置有用于输入故障字的输入端，主故障单元设置有用于显示被触发的故障字的显示模块；这里的功能模块可以按照***设备分类也可以按照控制功能分类，在此将其按照***设备来分类，例如：齿轮箱模块、发电机模块等，这些模块分别设有自己的故障字，每隔一段时间在通过采集测量数据以进行故障判断，在发生故障时触发功能模块的故障字同时在显示模块中显示该故障字，故障处理时仅对主故障单元的故障字进行复位操作，功能模块自己的故障字的操作仅由***设备的反馈来实时决定。

复位单元60与故障单元50和再启动单元70连接，用于根据故障判断单元40的判断结果动作。

再启动单元70，用于根据复位单元60的动作执行再启动命令。

数据处理单元30，连接数据采集通道20与故障判断单元40，用于将数据采集通道20采集的在传感器10设定范围内的测量数据进行处理得到的测量值输入至故障判断单元；经数据采集通道20采集的测量数据不在传感器10设定范围内时则发出测量故障报警信号；包括读取单元，与数据采集通道20连接，用于读取传感器10的测量数据；判断单元，与读取单元连接，用于判断测量数据是否在传感器10的设定范围内；输出单元，与故障判断单元40和判断单元连接，用于根据判断单元的判断结果输出测量值至故障判断单元40；报警单元，与判断单元连接，用于根据判断单元的判断结果发出报警信号。

故障判断单元40，与故障单元50连接，用于根据上一次输入的测量值是否触发该故障字及本次输入的测量值跟该故障字对应的限值与再启动滞环值之和的比较结果判断复位单元60的动作。

下面结合图2所示的故障诊断***结构、图3所示的数据处理程序流程图、图4所示的故障判断程序流程图来详细说明图1所示的故障诊断方法的具体实施过程。

本实施例中的传感器10均采用温度传感器，温度传感器将采集的测量数据(此处为环境温度I、环境温度II；机舱柜温度I、机舱柜温度II；发电机轴温I、发电机轴温II；齿轮箱油温I、齿轮箱油温II)经数据处理程序处理后输入设在PLC控制器内的故障判断程序，数据处理程序如图3所示以一个测量部位为例，首先判断单个测量部位的传感器的个数；若传感器为一个则通过读取单元读取数据采集通道20的测量数据，经判断单元判断该测量数据值是否在该传感器的设定范围内；是，以该测量数据位测量值经输出单元输送至故障判断单元40；否，经报警单元发出测量故障报警信号；

若传感器为两个则通过读取单元经数据采集通道分别读取其测量的数据I和数据II，判断单元判断数据I、数据II是否均在各自传感器的设定范围内，是，判断数据I和数据II之差是否在设定范围内，在则取数据I和数据II的平均值为测量值经输出单元输送至故障判断单元40；若数据I不在设定范围内，数据II在设定范围内，取数据II为测量值经输出单元输送至故障判断单元40，并经报警单元发送采集数据I的传感器的测量故障报警信号；数据I在设定范围内，数据II不在设定范围内范围，取数据I为测量值经输出单元输送至故障判断单元40，并经报警单元发送采集数据II的传感器的测量故障报警信号；数据I和数据II均不在合理范围，则经报警单元发送两传感器测量故障报警信号。

虽然每个关键部位的测量均采用的两套硬件测量设备，但是可以根据需要选择使用哪套设备进行测量，测量设备的选择可以通过操作屏和上位机的控制面板进行操作，数据采集后调用统一的数据处理程序进行数据筛选和处理。每一个测量传感器均具有测量值的正确范围(即为设定范围)，若只有一个测量数据值处于正确范围，则该测量数据值为测量值，并给出另一个传感器存在测量故障的警告，这个警告并不停机，只起警示作用；若两个所述测量数据值均处于正确范围，还需判断其差值是否在正确范围内，若在则两个所述测量数据值的平均值为测量值，若不在则给出相应的故障报警；正常情况下均使用两套设备对测量部位进行测量，数据处理程序根据其传感器类型和设置的不同对每一套设备的测量值进行筛查，筛查范围包括：其测量值是否在设定范围内、两组测量值差值是否在设定范围内；若测量值不在设定范围内，则会给出故障报警及相关提示信息，若确定测量设备存在问题可以将有问题的设备关闭，使用正常设备，若全部故障则需更换设备；若测量值在设定范围内，则取两组测量值的平均值用于程序运算。

在环境模块中设故障字T10；在机舱模块中设故障字T20；在发电机模块中设故障字T30；在齿轮箱模块中设故障字T40；以故障字T30的触发为例介绍故障判断单元40的具体动作过程，假设经设在发电机测量部位处的两个传感器10第一轮采集数据的发电机轴温I、发电机轴温II中发电机轴温I、发电机轴温II均在传感器10的设定范围内同时发电机轴温I与发电机轴温II之差也在设定范围内，则经数据处理程序后得到测量值为发电机轴温I和发电机轴温II的平均值并输送至故障判断单元40中，首先判断上一次是否触发故障字T30，因第一轮采集数据因此没有触发故障字T30，判断该测量值是否满足根据故障字T30对应的限值T3，若满足则触发故障单元50中的故障字T30，在主故障单元的显示模块中显示故障字T30，停机对被诊断设备进行故障处理，故障处理完后通过人为操作复位程序，此时故障判断程序判断则执行复位程序将主故障单元显示模块中的故障字T30复位清除，而设在发电机模块内的故障字T30则不会被复位清除，通过人为操作向再启动单元70发出再启动命令，再启动单元70执行该命令重新启动风机；在第二轮通过传感器10对发电机轴温采集数据时，假设发电机轴温I在传感器10设定范围内，在经数据处理程序后得到测量值为发电机轴温I，将发电机轴温I传输至故障判断单元40，下一个程序循环再扫描该故障判断程序时首先判断上一次故障字T30是否被触发，因第一论采集数据已触发故障字T30，因此，判断本次测量值发电机轴温I是否满足根据故障字T30对应的限值T3与再启动滞环值T3’之和(此处的T3’为负偏差，因此，(T3+T3’)＜T3，再启动滞环值也可设置为正偏差，根据具体的参数设置)，本次限值等于原限值加上再启动滞环值；若满足，则在故障处理停机复位后会立即再触发该故障字，该故障字无法复位清除，因此风机无法立刻启动；若不满足，执行复位程序进而通过再启动程序开机；这样，风机在故障停机后要想正常启动必须等待发电机轴温降低至(T3+T3’)以下，避免了现有技术中因相同故障造成的频繁启停，保障了设备的安全性。

为了避免风机因故障复位带来的频繁启停，在故障判断中加入了滞环控制，既可以是风机安全稳定的运行，又避免了发生故障时频繁的启停。在定义故障判断条件时，给每个判断条件加一个滞后环节。例如：发电机驱动侧轴温高于T1时风机故障停机，若像已有方案不加入滞后环节，风机复位后启机，很快发电机驱动侧轴温又会高于T1而造成再一次的停机。具体操作方法：在故障判断限值中加入滞环值，如果上一次没有发生该故障(如：发电机驱动侧轴温过高)报警则滞环值不起作用，如果上一次已经触发了该故障则在风机启动故障判断时加入滞环值，即：使发电机驱动侧轴温高限变为T2(T2＜T1)，这样风机要想正常启动必须等待发电机驱动侧轴温降至T2以下。这样既保证了设备的安全性，也避免了风机因相同的故障频繁启停。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种故障诊断方法，其特征在于，包括：

步骤1，在每个测量部位均设至少一个传感器，对所述传感器的测量数据分别进行间隔采集；

步骤2，将上述采集的测量数据经数据处理程序判断该测量数据是否在所述传感器设定范围内；若在则得测量值并将该测量值输入故障判断程序；若不在则发出测量报警信号；

步骤3，在故障程序中输入故障字；

步骤4，根据上一次输入的测量值是否满足与所述故障字对应的限值及本次输入的测量值是否满足所述故障字对应的限值与再启动滞环值之和来判断是否触发所述故障程序和进入复位程序。

2.根据权利要求1所述的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤21，判断设置在单个测量部位的所述传感器的个数；

步骤22，若所述传感器为一个则读取测量数据进入所述数据处理程序；该数据处理程序判断该测量数据是否满足设定范围；是，得到测量值进入故障判断程序；否，发出故障报警信号；

步骤23，若传感器为两个则分别读取测量数据进入所述数据处理程序；判断所述测量数据是否在各自的设定范围内及其差值是否在设定范围内；

步骤24，若两个所述测量数据中有一个在设定范围内，则以该测量数据为测量值进入所述故障判断程序并发出输出另一测量数据的传感器的测量故障报警信号；若两个所述测量数据均在各自设定范围内且两个所述测量数据的差值也在设定范围内，则以两个所述测量数据的平均值为测量值进入故障判断程序；若两个所述测量数据均在各自设定的范围内但两个所述测量数据的差值不在设定范围内或两个所述测量数据均不在设定范围内，则发出两个所述传感器的测量故障报警信号。

3.根据权利要求2所述的故障诊断方法，其特征在于，步骤3中，所述故障程序包括主故障程序和对应所述测量部位设置的模块程序，在所述模块程序中分别输入故障字，主故障程序从所述模块程序中分别获取所述故障字。

4.根据权利要求3所述的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤4包括：

步骤41，判断上一次测量值是否已经触发了该故障字；

步骤42，如果该故障字没有被触发，则判断本次测量值是否满足该故障字对应的限值；满足则触发该故障字，不满足则进入程序循环；

步骤43，如果该故障字已经被触发，则判断本次测量值是否满足该故障字对应的限值与再启动滞环值之和；满足则锁定所述复位程序；若不满足则在接收到复位操作指令后执行复位程序对所述主故障程序中的该故障字进行复位，并在接收到再启动命令后执行再启动程序启动风机。

5.一种故障诊断***，包括至少两个传感器和分别通过数据采集通道与所述传感器连接的PLC控制器，每两个所述传感器对应一个测量部位设置，其特征在于，所述的PLC控制器包括：

故障单元，用于根据故障判断单元触发设置在该故障单元内的故障字来显示诊断故障；

复位单元，与所述故障单元和再启动单元连接，用于根据所述故障判断单元的判断结果动作；

所述再启动单元，用于根据所述复位单元的动作执行再启动命令；

数据处理单元，连接所述数据采集通道与故障判断单元，用于将所述数据采集通道采集的测量数据进行处理得到的测量值输入至所述故障判断单元；

所述故障判断单元，与所述故障单元连接，用于根据上一次输入的测量值是否触发该故障字及本次输入的测量值跟该故障字对应的限值与再启动滞环值之和的比较结果判断复位单元的动作。

6.根据权利要求5所述的故障诊断***，其特征在于，所述故障单元包括主故障单元和功能模块，所述功能模块连接所述故障判断单元和所述主故障单元；所述功能模块设置有用于输入所述故障字的输入端，所述主故障单元设置有用于显示被触发的所述故障字的显示模块。

7.根据权利要求6所述的故障诊断***，其特征在于，所述数据处理单元包括：

读取单元，与所述数据采集通道连接，用于读取所述传感器的测量数据；

判断单元，与所述读取单元连接，用于判断所述测量数据是否在所述传感器的设定范围内；

输出单元，与所述故障判断单元和判断单元连接，用于根据判断单元的判断结果输出测量值至所述故障判断单元；

报警单元，与所述判断单元连接，用于根据所述判断单元的判断结果发出报警信号。

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