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

背景技術(shù)：

1、裝卸料機(jī)是核電廠的關(guān)鍵設(shè)備之一，又稱換料機(jī)，用于執(zhí)行燃料組件的轉(zhuǎn)運(yùn)和裝卸。裝卸料機(jī)自身的健康運(yùn)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(jī)過往事件的分析統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)裝卸料機(jī)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(yù)判，且出現(xiàn)故障之后往往由人工根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)進(jìn)行故障狀態(tài)及原因的綜合判斷；裝卸料機(jī)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)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(huì)出現(xiàn)，平時(shí)演練過程和裝卸料進(jìn)程中出現(xiàn)的概率極低，但一旦出現(xiàn)就是安全級(jí)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(jī)因故障停機(jī)延誤大修進(jìn)程的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

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

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

3、步驟1：設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)

11、設(shè)計(jì)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(jī)電氣設(shè)計(jì)功能，包含驅(qū)動(dòng)、信號(hào)邏輯、安全、故障信號(hào)、聯(lián)鎖信號(hào)、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(jī)作業(yè)過程的管理、傳感器信號(hào)處理與存儲(chǔ)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)的工作流程及反饋處理、冗余信號(hào)處理、聯(lián)鎖保護(hù)功能、異常狀態(tài)信息提示、保護(hù)/聯(lián)鎖閾值設(shè)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(jī)作業(yè)過程及工藝流程，得到原有設(shè)計(jì)功能中部件、運(yùn)行參數(shù)、關(guān)鍵詞、部件之間聯(lián)鎖關(guān)系的關(guān)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(jì)裝卸料機(jī)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(jí)；

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(shí)現(xiàn)裝卸料機(jī)硬件檢測，其中內(nèi)測系統(tǒng)是指對裝卸料機(jī)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(jī)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(shè)計(jì)的plc硬件進(jìn)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(hào)反饋，實(shí)現(xiàn)對控制器進(jìn)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(jī)的控制器運(yùn)行數(shù)據(jù)、驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行數(shù)據(jù)、編碼器反饋數(shù)據(jù)、限位開關(guān)、手輪、剎車磨損、平衡梁檢測等信號(hào)、載荷傳感器信號(hào)、抓具嚙合和脫扣傳感器、面板操作區(qū)信號(hào)、各設(shè)備間通信信號(hào)、電機(jī)的振動(dòng)信號(hào)、設(shè)備噪聲信號(hào)；

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(jī)控制程序，其中用于控制和操作裝卸料機(jī)動(dòng)作的軟件模塊為邏輯控制系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)以及與其它設(shè)備，包括轉(zhuǎn)運(yùn)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(gè)在環(huán)檢測平臺(tái)，使用在環(huán)檢測設(shè)備替代真實(shí)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(shí)軟件檢測系統(tǒng)與待測控制器通信相連，實(shí)時(shí)讀取待測控制器內(nèi)置軟件程序的響應(yīng)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(jī)組成，測試上位機(jī)硬件通過總線與現(xiàn)場控制器連接；

31、內(nèi)測的上位機(jī)軟件和plc程序分別運(yùn)行在內(nèi)測系統(tǒng)的pc機(jī)和plc系統(tǒng)中，其中plc程序用于運(yùn)行驅(qū)動(dòng)程序，并將傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換，存入狀態(tài)變量表中；上位機(jī)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(jī)軟件使用獨(dú)立的設(shè)備和程序，外測系統(tǒng)新增的傳感器針對裝卸料機(jī)的主要部件大車電機(jī)、小車電機(jī)、主提升電機(jī)、主提升鋼絲繩，監(jiān)測各個(gè)電機(jī)的振動(dòng)、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(tái)，運(yùn)行待測對象，檢測系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模擬設(shè)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(shí)時(shí)讀取待測控制器內(nèi)置軟件程序的響應(yīng)，將輸出信號(hào)與測試用例數(shù)據(jù)庫對比，實(shí)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(dòng)模擬設(shè)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(shí)時(shí)讀取待測控制器內(nèi)置軟件程序的響應(yīng)，將輸出信號(hào)與故障注入數(shù)據(jù)庫對比，實(shí)現(xiàn)故障檢測；

39、步驟443：窮舉法檢測

40、檢測系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模擬設(shè)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(shí)時(shí)讀取待測控制器內(nèi)置軟件程序的響應(yīng)，將輸出信號(hào)與窮舉法數(shù)據(jù)庫對比，從而實(shí)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(yù)處理和連續(xù)屬性離散化

43、對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的目的是去除無效數(shù)據(jù)，運(yùn)用粗糙集理論處理決策表時(shí)，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(jìn)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(gè)數(shù)是無限多的，如在設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測中，通過各種傳感器采集到的信號(hào)；

45、離散屬性，屬性的取值范圍為有限集合，取值的個(gè)數(shù)是有限的；

46、運(yùn)用粗糙集理論處理決策表時(shí)，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(jìn)行離散化處理，對連續(xù)屬性離散化就是確定中間的斷點(diǎn)，在故障診斷過程中振動(dòng)和噪聲信號(hào)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(hào)為狀態(tài)量信號(hào)，采用布爾邏輯；

47、步驟52：知識(shí)獲取及診斷模型

48、實(shí)際診斷時(shí)，訓(xùn)練樣本集來自經(jīng)驗(yàn)知識(shí)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(jìn)行量化，如果是連續(xù)屬性，則進(jìn)行離散化，離散化屬性進(jìn)行賦值形成決策表，進(jìn)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(jìn)行評(píng)價(jià)，得到規(guī)則集并將其儲(chǔ)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(shí)來源，并依據(jù)所得到的最小條件屬性集，構(gòu)建實(shí)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(luò)算法建立映射

50、bp網(wǎng)絡(luò)是一種多層前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，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(shí)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(dòng)、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(hào)轉(zhuǎn)換為離散特征值信號(hào)；

55、步驟612：控制信號(hào)

56、由裝卸料機(jī)控制程序生成的控制類信號(hào)；

57、步驟613：狀態(tài)信號(hào)

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

59、步驟614：操作信號(hào)

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

61、步驟62：數(shù)據(jù)庫內(nèi)容

62、步驟621：實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)

63、該部分?jǐn)?shù)據(jù)來源于硬件檢測系統(tǒng)對驗(yàn)證平臺(tái)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?jǐn)?shù)據(jù)來源于硬件檢測平臺(tái)運(yùn)行異常工況時(shí)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(kuò)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(gè)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(guān)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(shí)時(shí)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(bǔ)齊、屬性約簡、值約簡及規(guī)則提取的方法進(jìn)行規(guī)則提取，將獲取的知識(shí)規(guī)則存入知識(shí)庫；

72、對于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸入到推理機(jī)，按一定推理機(jī)制經(jīng)過推理即可得到診斷結(jié)果；診斷樣本得到驗(yàn)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(jìn)行存儲(chǔ)，進(jìn)行增量式學(xué)習(xí)，如此往復(fù)；

73、步驟64：處理決策

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

75、本發(fā)明的有益效果在于：實(shí)現(xiàn)對裝卸料機(jī)系統(tǒng)的軟硬件邏輯檢測，建立數(shù)據(jù)集。實(shí)現(xiàn)對裝卸料機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測，并使用以粗糙集理論為基礎(chǔ)的故障診斷模型對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估以及對裝卸料機(jī)故障的診斷和定位，并給出維護(hù)建議。