一种气动控制阀在线监测与智能诊断系统

本发明应用于过程工业自动化领域，涉及一种气动控制阀在线监测与智能诊断系统。

背景技术：

1、阀门是流程工业中使用广泛的流体控制元件，阀门的性能将会影响整个生产线的运行。不同于离散工业，倘若流程工业生产线阀门控制环节出现问题，将会导致全产线停车，给企业带来直接或间接的巨大经济损失。近年来由于阀门故障失效导致的安全生产事故频发，如何预防安全生产事故发生，是现代企业管理人员与科学研究人员所必须面临的问题。目前企业对阀门健康状态监测的主要手段是巡检，巡检存在着许多缺点，一方面，逐个检查阀门将会破坏原来正常阀门的工作状态，也会影响阀门和与之配合部件的磨合状态；另一方面，停车检修阀门将短时停产，给企业带来人力物力损失；最后，这类方法不能解决阀门突然失效的故障，不能提前预防和及时干预，所以巡检的效果并不理想。气动控制阀作为调节阀中的一种，由于其具有反应迅速、安全性高和维护成本低等优点，被广泛地应用于流体控制，倘若能开发一款基于气动控制阀的在线监测与智能诊断系统，对流程工业生产的安全性和经济性具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明搭建了一款气动控制阀在线监测与智能诊断系统。为实现上述目的，本发明利用到了damadics气动阀门故障诊断研究基准平台，该平台基于matlab/simulink平台搭建，可以在不破坏实际阀门结构情况下，对气动控制阀正常工况及19种故障进行仿真模拟，得到故障发生后的监测数据。利用该平台进行故障诊断具体方法如下：

2、s1、打开damadics中执行器故障仿真模块，根据气动控制阀实际使用工况，输入阀前压力、阀后压力和阀内介质流动速率。

3、s2、根据实际工况、输入阀门具体开度并在此添加小幅度噪声信号模拟实际生产的干扰。

4、s3、确定需要模拟的故障类型并在仿真模型的选择，给定故障峰值强度、故障发展时间和故障持续时间。

5、s4、在matlab/simulink中运行定义好各处参数的仿真模型，得到产生的故障数据，包括的监测量有：控制信号、阀前压力、阀后压力、阀内介质温度、阀内介质流速和阀杆位移。

6、s5、对步骤4得到的数据集进行处理、提取阀门发生故障稳定后的监测值，得到新的数据集。

7、s6、对其他类型的故障进行模拟、得到其他故障类型数据集。

8、s7、在matlab中利用随机森林分类算法对故障进行分类，查看测试集的混淆矩阵和分类准确率，评估分类效果。

9、s8、保存matlab工作区中训练好的分类模型、具体方式为保存工作区中net.mat和ps_input.mat两个函数。

10、s9、加载步骤8保存的net.mat和ps_input.mat两个函数，利用matlab中的predict函数即可对新的故障数据进行分类。

11、本发明搭建的气动控制阀在线监测与智能诊断系统，利用了labview和matlab联合编程的方式，具体包括用户登录、在线监测、数据采集、实时故障诊断、远程报警和附加功能。具体功能描述如下：

12、系统开始运行时，用户输入正确的用户名和密码登录进入系统主界面；在主界面中，气动控制阀的六个监测参数以波形图的方式直观显示给用户；系统可以保存所有的监测数据在tdms文档中，同时也支持保存片段数据在txt文档中；故障诊断模块中，系统将故障类型、故障总发生次数显示在界面上，同时每发生一次故障，故障信息会被记录在故障诊断报告中；系统检测到故障发生时，每隔一段时间可以向指定的用户邮箱发送报警邮件，实现远程提醒；附加功能中给出了系统的具体使用方法和开发者联系方式。

13、本发明搭建的气动控制阀在线监测与智能诊断系统具有以下优点：

14、1、系统搭建中采用了labview与matlab联合编程的方式，充分利用了labview图形化编程方式降低了系统开发难度的优点，同时利用了matlab强大的数据处理能力，弥补了labview在数据处理上的短板。

15、2、系统功能丰富多样，包括用户登录、在线监测、实时故障诊断和远程报警等功能。

16、3、系统在运行时获取气动控制阀监测数据并实时地送入故障诊断模块进行故障诊断，诊断结果可以及时显示给操作人员，以便及时采取补救措施。实时诊断功能有效地解决了传统巡检方式不能及时发现阀门故障的缺陷，这对流程工业生产安全经济运行具有重要意义。

17、4、系统可以产生一系列的文件数据，包括监测数据和故障诊断报告，这些资料对分析故障事故成因具有重要意义，同时，这些资料可以被有关研究人员所利用。

18、5、系统自带邮件发送功能，只要发生故障，就能够及时提醒有关人员。

19、6、该系统能够实现气动控制阀运行参数的监测、实时给出故障诊断结果和将报警信息发送给指定用户邮箱。

技术特征：

1.一种气动控制阀在线监测与智能诊断系统，其特征在于：提取阀门发生故障稳定后的监测值作为故障数据集，利用故障数据集去训练随机森林分类模型，提取并保存训练好的分类模型，将该分类模型利用matlab脚本嵌入labview诊断程序中，进而完成整个系统开发。

2.根据权利要求1所述的一种气动控制阀在线监测与智能诊断系统，其特征在于：气动控制阀门故障数据由damadics基准平台模拟得到，并且数据集中仅包含阀门发生故障监测稳定后的数据。

3.根据权利要求1所述的一种气动控制阀在线监测与智能诊断系统，其特征在于：基于labview搭建系统时采用了matlab脚本功能，利用该功能在labview中加载训练好的分类模型，进而完成故障诊断功能。

4.根据权利要求1所述的一种气动控制阀在线监测与智能诊断系统，其特征在于：所搭建的系统具有生成故障诊断报告功能，该故障诊断报告包含故障发生次数，故障发生时间、故障类型和操作人。

5.根据权利要求1所述的一种气动控制阀在线监测与智能诊断系统，其特征在于：所搭建的系统具有远程报警功能，该功能利用labview自带的邮件发送功能向指定用户邮箱发送报警信息。

技术总结本发明公开了一种气动控制阀在线监测与智能诊断系统，旨在解决现有阀门健康管理巡检技术检修不及时的难题。通过LabVIEW及Matlab联合编程进行系统搭建，主要包括用户登录、数据采集、在线监测、故障诊断、远程报警和附加功能等。用户利用该系统可以实时监测阀门状态，同时阀门运行的全部监测值会被保存；系统通过读取阀门监测值来实时判定阀门健康状态，将阀门故障类型显示在界面，指定邮箱可以收到报警邮件提醒，同时故障信息会被自动写入故障记录报告；为方便操作人员使用，操作人员在界面可以实时查看该系统操作手册。系统可以及时监测气动控制阀健康状态，有效解决阀门检修不及时难题，助力提升流程生产线运行的安全性和经济性。技术研发人员：陈富强,占泓坤受保护的技术使用者：北京化工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15