[发明专利]基于驱动端电流变化的电磁控制元件故障诊断方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及检测技术，特别涉及电磁控制元件故障诊断、预测的方法及装置。

背景技术

电磁继电器作为一种自动和远距离操纵用电器被广泛应用于自动控制系统、遥测系统、电力保护系统、通讯等系统中，电磁阀作为一种将电信号转换为液压等控制信号的设备被广泛的应用于各行业的液压系统、气压等系统中。作为各应用行业的关键设备，电磁继电器与电磁阀具有相似的电气特性及机械运动特性，其安全性及可靠性直接影响其所在系统的安全性及可靠性。现有对电磁继电器和电磁阀的故障判别方法主要有：

1)从被控端及其相关物理量的变化检测其电磁继电器或电磁阀的故障，如检测电器阻抗、回路功率、气体或液体压力及检测压力、温度、浓度等相关物理量。该方法需要添加额外传感器、电气隔离线路，从而增加系统成本并降低系统可靠性，其被控端相关物理量测量困难，且易受到其它非电磁继电器或电磁阀故障因素带来的影响，从而不能准确判定电磁继电器或电磁阀故障引起误判。

2)检测驱动端线圈稳态电流有无或与期望值的偏差判断电磁继电器或电磁阀的故障状态，该方法仅对电磁继电器或电磁阀的驱动端线圈的短路及断路故障作出判定，无法对电磁继电器或电磁阀的动作过程的正确性作出准确判定。

现有电磁继电器及电磁阀的故障检测方法无法实现对其动作过程正确性的检测以及长期使用过程的疲劳程度判定及故障预测，所以在大多数应用中，主要依靠定期更换或使用过程中出现问题后进行检测和维修，从而降低了生产效率并为安全生产带来隐患。

发明内容

本发明提供一种基于驱动端电流变化的电磁控制元件故障诊断方法及装置。该方法采用在电磁控制元件的驱动端采集电流的变化，根据电流的变化，判断电磁控制元件是否正常工作，解决现有技术中不能准确判断电磁控制元件动作过程正确性的技术问题，并实现对电磁控制元件长期使用过程的疲劳程度判定及故障预测。

本发明解决上述技术问题的方法是：利用基于驱动端电流变化的电磁控制元件故障诊断装置，该装置包括串联连接的电流检测单元、信号调理单元、阈值比较单元和MCU控制单元，所述电流检测单元连接到电磁控制单元驱动端线圈上，所述MCU控制单元控制信号输出连接电磁控制元件，所述信号调理单元连接MCU控制单元。

该装置的诊断方法包括以下步骤：

A.由检测装置中的MCU控制单元向电磁控制元件发送控制信号，开启电磁控制单元，电磁控制元件包括电磁继电器或电磁阀；MCU控制单元还包括有计时电路。

B.通过连接到电磁控制单元驱动端线圈上的电流检测单元检测电磁控制元件工作电流的变化曲线；电磁控制元件工作电流使阈值比较单元输出信号出现第一次电平翻转时，MCU控制单元开始计时。

C.将电磁控制元件工作电流的数据处理后输入阈值比较单元比较，阈值比较单元输出相应波形的信号；步骤B中，电磁控制元件工作电流中出现波动时，步骤C中阈值比较单元转换信号时出现二次电平翻转，输出脉冲信号；电磁控制元件工作电流呈单调升降曲线时，步骤C中阈值比较单元转换信号时不出现二次翻转，输出阶梯信号。

D.MCU控制单元根据输入信号判断电磁控制元件的工作状态，步骤D中，MCU控制单元根据阈值比较单元输出信号波形以及在设定时间内是否出现第二次电平翻转判断电磁控制元件的工作状态。步骤D中，MCU控制单元根据阈值比较单元输出信号波形以及在设定时间内是否出现第二次电平翻转以及AD采样曲线是否为单调曲线判断电磁控制元件的工作状态。

本方法在不添加额外传感器的情况下，通过检测驱动端电流的变化实现对电磁控制元件的故障诊断和故障预测，为电磁控制元件(电磁继电器和电磁阀)的维护和维修提供依据，降低系统成本提高生产效率、可靠性、可维护性以及安全性。

步骤C中还包括以下步骤：设于电流检测单元与阈值比较单元之间的信号调理单元对电流检测单元输出的信号进行处理，MCU控制单元从信号调理单元进行电磁控制元件工作电流AD采样。步骤D中，MCU控制单元根据步骤C1采样信号曲线判断电磁控制元件的工作状态。MCU控制单元根据步骤C1采样信号曲线在工作过程中的变化状况预先判断电磁控制元件未来的工作状态。

本发明在故障预测过程中所有变化检测方法均可用于电流波形特征量的变化特性提取；可以通过一个特征量的变化特性实现故障预测，也可以通过多个特征量的变化特性通过数据融合、神经网络等方法实现故障预测。从而实现在未发生故障的情况下对故障进行预测，提高生产效率、可靠性、可维护性以及安全性。

附图说明

图1是电磁控制元件发生故障时的电流波形图。