本發(fā)明屬于核電裝備檢測，具體涉及一種裝卸料機狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷的方法。

背景技術(shù)：

1、裝卸料機是核電廠的關鍵設備之一，又稱換料機，用于執(zhí)行燃料組件的轉(zhuǎn)運和裝卸。裝卸料機自身的健康運行、出現(xiàn)故障之后的快速診斷，對于核電廠安全可靠的執(zhí)行裝卸料工作不可或缺。通過對裝卸料機過往事件的分析統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)裝卸料機現(xiàn)場出現(xiàn)各類故障情況種類較多，絕大部分故障或事件在發(fā)生之前程序無法事先預判，且出現(xiàn)故障之后往往由人工根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)進行故障狀態(tài)及原因的綜合判斷；裝卸料機系統(tǒng)在設計過程中也可能存在各類控制邏輯上的缺陷，這類缺陷往往只有在非常特定的條件組合下才會出現(xiàn)，平時演練過程和裝卸料進程中出現(xiàn)的概率極低，但一旦出現(xiàn)就是安全級別較高的故障。

2、因此，有效的監(jiān)測手段和故障診斷方法能夠極大減少裝卸料機因故障停機延誤大修進程的情況。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種裝卸料機狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷的方法，能夠提高裝卸料機運行穩(wěn)定性，提高故障診斷效率，該方法可以實現(xiàn)對裝卸料機系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷和定位，給出維護建議。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種裝卸料機狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷的方法，包括如下：

3、步驟1：設計功能分析；

4、步驟2：搭建硬件檢測系統(tǒng)；

5、步驟3：搭建軟件檢測系統(tǒng)；

6、步驟4：軟硬件測試；

7、步驟5：數(shù)據(jù)集生成；

8、步驟6：故障診斷。

9、所述的步驟1包括：

10、步驟11：分析原始設計

11、設計功能分析包括電氣功能分析、軟件功能分析、作業(yè)過程及工藝流程分析，電氣功能分析包括分析裝卸料機電氣設計功能，包含驅(qū)動、信號邏輯、安全、故障信號、聯(lián)鎖信號、旁路操作；

12、軟件功能分析包括分析軟件功能中對裝卸料機作業(yè)過程的管理、傳感器信號處理與存儲、電機驅(qū)動的工作流程及反饋處理、冗余信號處理、聯(lián)鎖保護功能、異常狀態(tài)信息提示、保護/聯(lián)鎖閾值設置、異常狀態(tài)判斷；

13、作業(yè)過程及工藝流程分析包括分析裝卸料機作業(yè)過程及工藝流程，得到原有設計功能中部件、運行參數(shù)、關鍵詞、部件之間聯(lián)鎖關系的關鍵詞或參數(shù)，形成工藝流程分析記錄表；

14、步驟12：過往事件分析歸納

15、統(tǒng)計裝卸料機過往所發(fā)生的事件，總結(jié)歸納事件原因、事件現(xiàn)象、事件最終處理方法、事件影響大小等級；

16、步驟13：創(chuàng)建故障樣本數(shù)據(jù)庫

17、根據(jù)過往事件分析結(jié)果，故障樣本數(shù)據(jù)庫。

18、所述的步驟2包括：硬件檢測系統(tǒng)通過部署內(nèi)測及外測系統(tǒng)實現(xiàn)裝卸料機硬件檢測，其中內(nèi)測系統(tǒng)是指對裝卸料機自身的傳感器、執(zhí)行器的檢測；外測系統(tǒng)是通過部署外部傳感器、采集器以獲取裝卸料機更多狀態(tài)信息的檢測。

19、所述的步驟3包括：軟件檢測系統(tǒng)通過搭建一套在環(huán)檢測軟件與原設計的plc硬件進行通訊，使用在環(huán)測試系統(tǒng)模擬執(zhí)行器和傳感器的信號反饋，實現(xiàn)對控制器進行完全功能測試。

20、所述的步驟4包括：

21、步驟41：硬件檢測內(nèi)容

22、硬件檢測內(nèi)容為裝卸料機的控制器運行數(shù)據(jù)、驅(qū)動器運行數(shù)據(jù)、編碼器反饋數(shù)據(jù)、限位開關、手輪、剎車磨損、平衡梁檢測等信號、載荷傳感器信號、抓具嚙合和脫扣傳感器、面板操作區(qū)信號、各設備間通信信號、電機的振動信號、設備噪聲信號；

23、步驟42：硬件檢測方法

24、步驟43：軟件檢測內(nèi)容

25、軟件檢測對象為裝卸料機控制程序，其中用于控制和操作裝卸料機動作的軟件模塊為邏輯控制系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)以及與其它設備，包括轉(zhuǎn)運裝置、乏燃料水池吊車之間的通信系統(tǒng)；

26、步驟44：軟件檢測方法

27、軟件檢測系統(tǒng)的檢測方法是搭建一個在環(huán)檢測平臺，使用在環(huán)檢測設備替代真實被控對象，接收控制指令并模擬狀態(tài)信息返回給待測控制器，同時軟件檢測系統(tǒng)與待測控制器通信相連，實時讀取待測控制器內(nèi)置軟件程序的響應信息，形成在環(huán)測試閉環(huán)，軟件檢測中涉及的檢測內(nèi)容包括程序正常功能檢測、故障注入檢測、窮舉法檢測。

28、所述的步驟42包括：

29、步驟421：內(nèi)測方法

30、內(nèi)測系統(tǒng)的測試硬件由plc、高頻數(shù)據(jù)采集板卡、通訊接口轉(zhuǎn)換模塊、pc機組成，測試上位機硬件通過總線與現(xiàn)場控制器連接；

31、內(nèi)測的上位機軟件和plc程序分別運行在內(nèi)測系統(tǒng)的pc機和plc系統(tǒng)中，其中plc程序用于運行驅(qū)動程序，并將傳感器的數(shù)據(jù)進行單位轉(zhuǎn)換，存入狀態(tài)變量表中；上位機軟件則按照一定的頻率獲取plc的狀態(tài)變量表；

32、步驟422：外測方法

33、外測系統(tǒng)新增傳感器，其采集硬件和上位機軟件使用獨立的設備和程序，外測系統(tǒng)新增的傳感器針對裝卸料機的主要部件大車電機、小車電機、主提升電機、主提升鋼絲繩，監(jiān)測各個電機的振動、噪聲數(shù)據(jù)及主提升鋼絲繩健康狀態(tài)。

34、所述的步驟44包括：

35、步驟441：正常功能檢測

36、搭建在環(huán)檢測平臺，運行待測對象，檢測系統(tǒng)驅(qū)動模擬設備按照測試用例要求將模擬狀態(tài)信息返回給待測控制器，實時讀取待測控制器內(nèi)置軟件程序的響應，將輸出信號與測試用例數(shù)據(jù)庫對比，實現(xiàn)正常功能檢測；

37、步驟442：故障注入檢測

38、檢測系統(tǒng)驅(qū)動模擬設備按照故障注入檢測要求，將模擬狀態(tài)信息返回給待測控制器，實時讀取待測控制器內(nèi)置軟件程序的響應，將輸出信號與故障注入數(shù)據(jù)庫對比，實現(xiàn)故障檢測；

39、步驟443：窮舉法檢測

40、檢測系統(tǒng)驅(qū)動模擬設備按照窮舉法全邏輯檢測要求，將模擬狀態(tài)信息返回給待測控制器，實時讀取待測控制器內(nèi)置軟件程序的響應，將輸出信號與窮舉法數(shù)據(jù)庫對比，從而實現(xiàn)窮舉檢測。

41、所述的步驟5包括：

42、步驟51：數(shù)據(jù)的預處理和連續(xù)屬性離散化

43、對數(shù)據(jù)進行預處理的目的是去除無效數(shù)據(jù)，運用粗糙集理論處理決策表時，要求表中的數(shù)據(jù)為離散型，具體的形式為字符整型和枚舉型，對屬性進行離散化處理，在決策表中，根據(jù)條件屬性和決策屬性的取值情況分成兩種：

44、連續(xù)屬性，屬性的取值范圍為一連續(xù)區(qū)間，取值的個數(shù)是無限多的，如在設備運行監(jiān)測中，通過各種傳感器采集到的信號；

45、離散屬性，屬性的取值范圍為有限集合，取值的個數(shù)是有限的；

46、運用粗糙集理論處理決策表時，要求表中的數(shù)據(jù)為離散型，具體的形式為字符整型和枚舉型，對屬性進行離散化處理，對連續(xù)屬性離散化就是確定中間的斷點，在故障診斷過程中振動和噪聲信號特征頻率為連續(xù)屬性，采用等距離和等頻率方法；其他信號為狀態(tài)量信號，采用布爾邏輯；

47、步驟52：知識獲取及診斷模型

48、實際診斷時，訓練樣本集來自經(jīng)驗知識或者原始數(shù)據(jù)，首先描述原始數(shù)據(jù)，將條件屬性值進行量化，如果是連續(xù)屬性，則進行離散化，離散化屬性進行賦值形成決策表，進行決策表的約簡，并利用約簡率、置信度和覆蓋度對規(guī)則進行評價，得到規(guī)則集并將其儲存在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)；這些規(guī)則成為故障診斷系統(tǒng)的知識來源，并依據(jù)所得到的最小條件屬性集，構(gòu)建實際的測試樣本，通過規(guī)則的推理直接得出故障的類型，輸出判斷結(jié)果；

49、步驟3：通過bp神經(jīng)網(wǎng)絡算法建立映射

50、bp網(wǎng)絡是一種多層前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡，其神經(jīng)元的傳遞函數(shù)是s型函數(shù)，輸出量為0和1之間的連續(xù)量，實現(xiàn)從輸入到輸出的任意非線性映射，中間層神經(jīng)元的傳遞函數(shù)為s型正切函數(shù)，輸出層神經(jīng)元的傳遞函數(shù)為s型對數(shù)函數(shù)。

51、所述的步驟6包括：

52、步驟61：數(shù)據(jù)采集

53、步驟611：振動、噪聲數(shù)據(jù)

54、使用頻域分析方法提取特征頻率參數(shù)，將連續(xù)信號轉(zhuǎn)換為離散特征值信號；

55、步驟612：控制信號

56、由裝卸料機控制程序生成的控制類信號；

57、步驟613：狀態(tài)信號

58、電機位置、速度、絕對值編碼器信號、限位開關信號、聯(lián)鎖信號；

59、步驟614：操作信號

60、操作人員在觸摸屏和面板上的操作輸入信號，包括手柄輸入信號、速度選擇信號、燃料選擇信號；

61、步驟62：數(shù)據(jù)庫內(nèi)容

62、步驟621：實時運行數(shù)據(jù)

63、該部分數(shù)據(jù)來源于硬件檢測系統(tǒng)對驗證平臺的檢測產(chǎn)生的數(shù)據(jù)或現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)；

64、步驟622：故障數(shù)據(jù)

65、該部分數(shù)據(jù)來源于硬件檢測平臺運行異常工況時產(chǎn)生的檢測數(shù)據(jù)、軟件檢測過程中使用故障注入數(shù)據(jù)得到的檢測數(shù)據(jù)、粗糙集算法診斷擴充和修正的故障數(shù)據(jù)；

66、步驟623：軟件檢測數(shù)據(jù)集

67、軟件測試過程中產(chǎn)生的整個數(shù)據(jù)集；

68、步驟624：過往事件數(shù)據(jù)

69、通過過往事件分析得到的關鍵詞和數(shù)據(jù)組合；

70、步驟63：數(shù)據(jù)分析

71、首先確定實時數(shù)據(jù)集和故障模式集，建立由樣本庫構(gòu)成的決策表，用粗糙集理論中數(shù)據(jù)補齊、屬性約簡、值約簡及規(guī)則提取的方法進行規(guī)則提取，將獲取的知識規(guī)則存入知識庫；

72、對于實時數(shù)據(jù)集，將實時數(shù)據(jù)輸入到推理機，按一定推理機制經(jīng)過推理即可得到診斷結(jié)果；診斷樣本得到驗證后，又將其作為案例，按一定原則輸入到原始樣本數(shù)據(jù)庫中進行存儲，進行增量式學習，如此往復；

73、步驟64：處理決策

74、如果診斷結(jié)果正確，則應按照故障類型進行給出運維意見，最終輸出診斷報告，對于故障征兆數(shù)據(jù)，如果程序預測即將發(fā)生故障，則進行故障預警提示。

75、本發(fā)明的有益效果在于：實現(xiàn)對裝卸料機系統(tǒng)的軟硬件邏輯檢測，建立數(shù)據(jù)集。實現(xiàn)對裝卸料機設備的運行狀態(tài)在線監(jiān)測，并使用以粗糙集理論為基礎的故障診斷模型對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行實時評估以及對裝卸料機故障的診斷和定位，并給出維護建議。