CN103439650B - 一种继电器状态监测与故障诊断的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种通过监测和分析继电器控制***回路和被控制***回路的变化对继电器的状态进行监测与故障诊断的方法和装置,该方法采用模式识别算法对所选取的故障样本进行处理,获取用于继电器状态诊断的分类器,并求出每一类的判别函数,把状态分析和诊断结果以及维修、保养建议呈现给相关工作人员。该方法及装置克服了现有继电器检测技术的不足,不但不需要知道继电器闭合和断开的时序,而且还能预测故障的隐患,从而通过提前维修避免故障的发生。
Description
技术领域
本发明涉及电学领域,具体涉及通过监测和分析继电器控制***回路和被控制***回路的变化对继电器的状态进行监测与故障诊断的方法和装置。
背景技术
继电器是一种电控制器件,是当输入量(激励量)的变化达到规定要求时,在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制***回路(又称输入回路)和被控制***回路(又称输出回路)之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中,它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”,在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中,是最重要的控制元件之一。继电器一般由感测机构、中间机构和执行机构三个基本部分组成。感测机构把感测到的电气量传递给中间机构,将它与额定的整定值进行比较当达到整定值(过量或欠量)时,中间机构便使执行机构动作,从而接通或断开被控电路。
继电器的种类很多,按用途可分为控制继电器和保护继电器;按输入信号的性质可分为电压继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器、压力继电器和温度继电器等;按工作原理可分为电磁式继电器、感应式继电器、热继电器和电子式继电器等;按动作时间可分为瞬时继电器和延时继电器等。
由于继电器在控制电路中起着“自动开关”的作用,所以继电器的工作状态是否良好、开关动作是否正确直接关系着控制动作是否能够达到控制的目标。如果继电器工作状态不好,就有可能导致控制失败或错误控制,轻者造成质量事故,重者还有可能造成重大的安全事故。
中国专利“一种电动车高压***的继电器状态检测方法和装置”(申请号:201110041317.6)公开了一种按照电动车高压***中的继电器的闭合和断开的时序,根据继电器两端的电压和/或继电器线圈电流判断继电器是处于正常的工作状态还是处于故障状态。该发明较好的解决了电动车高压继电器的状态检测问题,但由于该发明需要预先知道继电器的闭合和断开时序,才能诊断继电器的状态,因而对很多继电器闭合和断开时序无法获取的工作场景则不能适用。另外该方法只能判断继电器的正常或故障两种状态无法诊断故障的种类更无法预测故障隐患,它无法避免事故的发生。
发明内容
针对现有继电器故障状态监测与故障诊断方法及装置的不
足,本发明提供了一种继电器状态监测与故障诊断方法及装置。通过
实时检测控制***回路和被控制***回路信号的变化并对其进行分析处理从而得出继电器状态和故障原因。该方法及装置克服了现有检测技术的不足,不但不需要知道继电器闭合和断开的时序,而且还能预测故障的隐患,从而通过提前维修避免故障的发生。
本发明的一种继电器状态监测与故障诊断方法包括以下步骤:
1.选取控制***回路的电流、电压、阻抗以及被控制***回路的阻抗作为继电器故障诊断用的信号特征;
2.根据人工经验或通过模式识别算法对所选取的故障信号特征样本进行处理,获取用于继电器状态诊断的分类器,并求出每一类别的判别函数;
3.采集控制***回路和被控制***回路的相关参数信号;
4.对检测到的控制***回路和被控制***回路信号进行分析、处理并提取信号特征,利用这些特征和利用步骤2获取的分类器对继电器状态进行分类得出诊断结果;
5.把状态分析和诊断结果以及维修、保养建议呈现给相关工作人员。
进一步地,上述模式识别算法算法监督模式识别、非监督模式识别、、支持向量机、人工神经网络、故障树中的任意一种。
本发明的一种继电器状态监测与故障诊断装置包括:用于完成继电器控制***回路信号采集功能的控制***回路信号采集单元、用于完成继电器被控制***回路信号采集功能的被控制***回路信号采集单元、用于完成继电器状态监测与故障诊断功能的继电器状态监测与故障诊断单元、用于完成继电器状态监控和呈现功能的继电器状态监控呈现单元;
所述控制***回路信号采集单元完成控制***回路电信号的采集和发送,其与继电器状态监测与故障诊断单元相连接,以与控制***回路直接连接或以与控制***回路非接触的电磁感应方式获取控制***回路信号;
所述被控制***回路信号采集单元完成被控制***回路信号的采集和发送,其与继电器状态监测与故障诊断单元相连接,以与被控制***回路直接连接或以被控制***回路非接触的电磁感应方式获取被控制***回路信号;
所述继电器状态监测与故障诊断单元完成对控制***回路信号、被控制***回路信号的处理,继电器状态分析和诊断功能,完成继电器状态、故障原因及处理建议信息的发送,其与控制***回路信号采集单元、被控制***回路信号采集单元、继电器状态监控呈现单元相连接;
所述继电器状态监控呈现单元完成继电器状态监控和呈现功能,其与继电器状态监测与故障诊断单元相连接。
进一步地,所述控制***回路信号采集单元、被控制***回路信号采集单元、继电器状态监测与故障诊断单元、继电器状态监控、呈现单元既可用软件实现,也可用硬件实现,既可与继电器集成在一个物理实体内组成智能继电器,也可一个或几个组合在一起形成一个或几个物理实体。
附图说明
图1是继电器原理示意图;
图2是本发明的一种继电器状态监测与故障诊断装置逻辑示意图;
图3是一种继电器状态监测与故障诊断装置实施例逻辑示意图;
图4是另一种继电器状态监测与故障诊断装置实施例逻辑示意图。
具体实施方式
下面以电磁继电器为例详述本发明实施例。
电磁继电器主要由线圈、铁芯、衔铁、轭铁、复位弹簧及两组或多组簧片等组成。
电磁感应继电器的被控制***回路有两种连接方法。一种是如图3所示,被控制***回路连接到继电器的常开端接线柱,另一种是如图4所示,被控制***回路连接到继电器的常闭端接线柱,两种接法的工作原理刚好相反。电磁继电器利用电磁感应原理进行工作:在控制***回路线圈两端加上一定的电压,线圈中就会有电流流过,从而产生电磁效应,衔铁就在电磁力吸引的作用下克服反弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与常开触点吸合,从而使继电器被控制***回路闭合(图3连接方式)或断开(图4连接方式)。当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力下返回原来的位置,使动触点与常闭触点吸合,从而使继电器被控制***回路断开(图3连接方式)或闭合(图4连接方式)。这样吸合、释放从而达到被控制***回路的导通/断开的目的。
对于继电器“常开”“常闭”可以这样来区分;继电器线圈未通电前处于断开状态的为静触点,称为“常开触点”,处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
如3、4图所示,基于电磁继电器的继电器状态监测与故障诊断装置包括:电磁继电器、控制***回路信号采集单元、被控制***回路信号采集单元、继电器负载、继电器状态监测与故障诊断单元、继电器状态监控单元。控制***回路信号采集单元、被控制***回路信号采集单元通过以太网接口和TCP/IP协议或无线网络与继电器状态监测与故障诊断单元进行通信,继电器状态监测与故障诊断单元通过以太网接口或无线网络与继电器状态监控、呈现单元进行通信。
控制***回路信号采集单元利用套装在控制***回路导线上的非接触电磁感应型电流传感器检测控制***回路中电流变化,利用非接触电磁感应型电压传感器检测控制***回路两接线端子间的电压变化;控制***回路信号采集单元把检测到的电流信号和电压信号经过A/D转换电路转换成数字信号后通过以太网或无线网络和TCP/IP协议发送给继电器状态监测与故障诊断单元。
被控制***回路信号采集单元通过套装在被控制***回路导线上的非接触电磁感应型电流传感器检测控制***回路中电流变化,通过套装在被控制***回路导线上的非接触电磁感应型电压传感器检测控制***回路两接线端子间的电压变化。被控制***回路信号采集单元把检测到的电流信号和电压信号经过A/D转换电路转换成数字信号后通过以太网或无线网络和TCP/IP协议发送给继电器状态监测与故障诊断单元;继电器状态监测与故障诊断单元接收到控制***回路和被控制***回路分别发送的电流和电压信号后对其进行处理求出同一时刻继电器输入端和输出端的阻抗、瞬时功率等参数。所述的利用电流和电压求取阻抗、瞬时功率等参数的公式和方法与普通物理或电路学教科书上所述方法相同。
为了叙述的方便,现设定检测到的继电器控制***回路电压为Vi,电流为Ii,阻抗为Ri,被控制***回路阻抗为Ro;根据理论推导和实测得到的继电器正常工作时的闭合状态下控制***回路电压为Vic,电流为Iic,电阻为Ric,被控制***回路阻抗为Roc,继电器断开状态下控制***回路电压为Vib,控制***回路电流为Iib,阻抗为Rib,被控制***回路电压阻抗为Rob。
下面,阐述该继电器状态监测与故障诊断方法的具体步骤:
1.选取控制***回路和被控制***回路的电流、电压、阻抗等参数作为对继电器状态进行诊断的信号特征;
2.利用SVM支持向量机算法对已有继电器状态样本进行处理获取继电器状态分类器。获取的分类器及边界如下:
(1)导通正常状态:如果Vi>Vc且Vi<1.5Vic且0.8Ric<Ri<1.2Ric则控制***回路状态正常,这时如果Ro<2Roc,则诊断继电器工作处于导通正常状态;
(2)线圈短路引起的控制***回路故障:如果继电器控制***回路间电阻Ri<0.5Ric,则诊断继电器控制***回路存在故障,原因可能是由于控制***回路线圈漆包线破损引起的线圈短路;
(3)线圈短路引起的控制***回路故障隐患:如果继电器控制***回路间电阻0.5Rsc<Ri<0.8Ric,则诊断继电器控制***回路存在故障隐患,隐患原因可能是由于控制***回路线圈漆包线破损引起的线圈短路;
(4)控制***回路接触不好故障:如果继电器控制***回路间电阻1.5Ric<Ri<2Ric,则诊断继电器故障,故障,隐患原因可能是由于焊点虚焊、引出线或漆包线断裂等引起的控制***回路接触不好;
(5)控制***回路接触不好或断路故障:如果继电器控制***回路间电阻Ri>2Ric,则诊断继电器故障,故障原因可能是由于焊点虚焊、引出线或漆包线断裂等引起的控制***回路接触不好或断路故障;
(6)多余物、沾污、簧片断裂及间隙调整不当等引起的被控制***回路故障隐患:如果0.5Vsc<Vi<1.5Vic且0.8Ric<Ri<1.5Ric则控制***回路状态正常,这时如果2Roc<Ro<10Roc,则诊断继电器被控制***回路故障隐患,隐患原因可能是多余物、沾污、簧片断裂及间隙调整不当等;
(7)被控制***回路加电后常开点接触不好或不吸合故障:如果0.5Vsc<Vi<1.5Vic且0.8Ric<Ri<1.5Ric则控制***回路状态正常,这时如果Ro>10Roc,则诊断继电器被控制***回路故障,故障原因可能是触点沾污或烧蚀后接触压力变小、镀层损坏氧化等引起的加电后常开点接触不好或不吸合;
(8)触点粘连、多余物卡滞、簧片位移等引起的断电后被控制***常开点不释放故障:如果Vi<Vb且Ii<Ib则判定继电器控制***发出断开信号,这时如果继电器被控制***回路间阻抗Ro<0.5Rob,则诊断继电器工作状态故障,故障原因可能是触点粘连、多余物卡滞、簧片位移等引起的断电后常开点不释放;
(9)断开正常状态:如果Vi<Vb且Ii<Ib则判定继电器控制***发出断开信号,这时如果继电器被控制***回路间阻抗Ro>0.5Rob,则诊断继电器工作处于正常状态;
3.利用霍尔电流传感器和非接触式电压传感器采集控制***回路电流、电压和阻抗信号和被控制***阻抗信号;
4.对检测到的控制***回路和被控制***回路信号进行分析、处理提取信号特征并利用这些特征和利用步骤1得到的分类器对继电器状态进行分类;分类的过程就是对提取的继电器当前信号特征与2获取的分类器进行比较,特征值落到哪个类别的范围就判定为状态属于哪一类;
5.把状态分析和诊断结果以及维修、保养建议等呈现给相关人员。继电器状态监测与故障诊断单元得到继电器状态结果后,把状态结果和处理建议发送给继电器状态监控、呈现单元。继电器状态监控、呈现单元对状态结果进行存储并以声音、文本、图像、图表、视频等方式把结果和处理建议呈现给相关人员。
Claims (3)
1.一种用于继电器状态监测与故障诊断的装置,其特征在于包括:用于完成继电器控制***回路信号采集功能的控制***回路信号采集单元、用于完成继电器被控制***回路信号采集功能的被控制***回路信号采集单元、用于完成继电器状态监测与故障诊断功能的继电器状态监测与故障诊断单元、用于完成继电器状态监控和呈现功能的继电器状态监控呈现单元;
所述控制***回路信号采集单元完成控制***回路电信号的采集和发送,其与继电器状态监测与故障诊断单元相连接,以与控制***回路直接连接或以与控制***回路非接触的电磁感应方式获取控制***回路信号;
所述被控制***回路信号采集单元完成被控制***回路信号的采集和发送,其与继电器状态监测与故障诊断单元相连接,以与被控制***回路直接连接或以被控制***回路非接触的电磁感应方式获取被控制***回路信号;
所述继电器状态监测与故障诊断单元完成对控制***回路信号和被控制***回路信号的处理,继电器状态分析和诊断功能,完成继电器状态、故障原因及处理建议信息的发送,其与控制***回路信号采集单元、被控制***回路信号采集单元及继电器状态监控呈现单元相连接;
所述继电器状态监控呈现单元完成继电器状态监控和呈现功能,其与继电器状态监测与故障诊断单元相连接。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述控制***回路信号采集单元、被控制***回路信号采集单元、继电器状态监测与故障诊断单元以及继电器状态监控呈现单元中的每一个单元既可用软件实现,也可用硬件实现。
3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述控制***回路信号采集单元、被控制***回路信号采集单元、继电器状态监测与故障诊断单元以及继电器状态监控呈现单元既可与继电器集成在一个物理实体内组成智能继电器,也可一个单元或几个单元组合在一起形成一个或几个物理实体。
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