[发明专利]一种基于粒子群优化的气动调节阀故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种基于粒子群优化的气动调节阀故障诊断方法，通过采用自适应变异的粒子群算法离线优化诊断专家系统步骤及在线故障诊断步骤，不仅实现气动调节阀故障自诊断的基础上提高了故障诊断的准确率，尤其减少了故障漏诊率，避免阀门故障运行；而且通用性较好；一般操作人员均可掌握，提高了气动调节阀故障诊断的自动化和智能化程度。

技术领域

本发明涉及阀门故障检测与诊断领域，特别涉及一种基于粒子群优化的气动调节阀故障诊断方法。

背景技术

气动调节阀作为工业自动化控制系统的终端执行设备，广泛应用于石化、冶金、轻工、食品等行业，其故障检测与诊断关系到安全与生产。传统的故障检修方式是根据经验定期排查，这不仅浪费了大量的人力物力，还造成了大量的正常阀门因检修拆装而故障。

目前市场上现有在线故障检测装置多为国外进口的智能定位器，而且必须有通讯协议，还需要专门的分析软件，成本高，通用性差。对于没有通讯协议和分析软件的阀门控制系统，即使配备了进口的智能阀门定位器，也无法进行故障诊断。

现有诊断方法主要依赖于工程师的经验进行诊断，主要思路是：在气动调节阀工作过程中，通过压力传感器和位移传感器采集压力和位移数据，并将数据同出厂时的数据作对比，工程师凭借经验分析对比结果，进而实现阀门的故障诊断。但是这种方法对专家知识储备要求较高，而且对于不同型号阀门，其故障状态有所偏差，仅靠工程师经验进行诊断，误诊漏诊严重。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于粒子群优化的气动调节阀故障诊断方法，可实现气动调节阀故障的自诊断，提高专家系统故障诊断的准确率，降低故障漏诊率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于粒子群优化的气动调节阀故障诊断方法，包括以下步骤：

A、采用自适应变异的粒子群算法离线优化诊断专家系统

A.1、数据采集：

在气动调节阀螺盖旁预留处和膜室外供气孔处分别安装位移传感器和压力传感器，按照百分比的阶跃信号给定4-20mA的电流输入信号，通过数据采集装置采集压力和位移数据，并通过串口通信将采集的数据传输至上位机。

气动调节阀故障分为C种，C是气动调节阀的状态类别数，包括C-1种故障状态及1种正常状态；在本专家系统参数优化部分，每个状态采集到的压力和位移数据作为一个原始样本，通过不同故障强度可以采集到同一状态不同的样本。每种状态都有Num个样本，样本总数T＝Num*6。

A.2、数据预处理以及离线诊断：

采集到的原始样本是一个包含压力和位移数据在内的2*N矩阵，N是采集的信号点数。将采集到的样本数据传输至上位机，并为每个样本添加标签1-C，标签1-C分别代表气动调节阀的状态类别：无故障、漏气、阀座异物、阀芯磨损、摩擦力增大、弹簧故障；使用专家系统对预处理的数据进行离线诊断，专家系统具体如下：

A.2.1、阀芯磨损故障:

给定信号4mA处(零位)，只要阀杆位移小于零，则认定为此时出现阀芯磨损故障；

A.2.2、阀座异物故障:

给定信号4mA处(零位)，阀杆位移大于x₁，则认定为此时出现阀座异物故障，其中x₁是阀杆位移全行程的5％；

A.2.3、弹簧刚性减弱故障: