一种汽车试验用工艺水故障自诊断系统研究与应用.pdf

凿燥蚤院员园援猿怨远怨辕 躁援 蚤泽泽灶援员远苑员 原缘源源远援 圆园圆猿援园圆援园员员一种汽车试验用工艺水故障自诊断系统研究与应用鄢何巍员袁李洪东圆袁李傲圆袁吉宏宇圆袁王学双圆渊员援 长春汽车工业高等专科学校袁吉林 长春 员猿园园员猿曰圆援 中国第一汽车股份有限公司袁吉林 长春 员猿园园圆员冤摘要院汽车动力总成试验室工艺水系统为试验室提供试验所用的冷冻水和常温水袁用于试验区恒温设备温度调控及办公区空调制冷袁完成试验室内外部能量交换袁保证试验室正常运行遥 通过自主设计一套故障自诊断系统袁针对工艺水管路中主要部件单元进行状态监测和故障预警袁当部件出现故障时袁系统可以自动确定故障位置袁对故障进行诊断分析袁同时发出报警信号袁运维人员接到报警信号后袁及时到达现场进行故障处理袁恢复设备功能袁保障工艺水系统正常工作袁提升系统数智化程度遥关键词院工艺水曰自诊断曰数智化中图分类号院栽运源园员 文献标志码院粤 文章编号院员远苑员 原缘源源远渊圆园圆猿冤园圆 原园园源愿 原园源砸藻泽藻葬则糟澡 葬灶凿 粤责责造蚤糟葬贼蚤燥灶 燥枣 葬 孕则燥糟藻泽泽 宰葬贼藻则 云葬怎造贼 杂藻造枣鄄阅蚤葬早灶燥泽蚤泽 杂赠泽贼藻皂 枣燥则粤怎贼燥皂燥贼蚤增藻 栽藻泽贼蚤灶早匀耘 宰藻蚤员袁蕴陨 匀燥灶早凿燥灶早圆袁蕴陨 粤燥圆袁允陨 匀燥灶早赠怎圆袁宰粤晕郧 载怎藻泽澡怎葬灶早圆渊员援 悦澡葬灶早糟澡怎灶 粤怎贼燥皂燥遭蚤造藻 陨灶凿怎泽贼则赠 悦燥造造藻早藻袁 悦澡葬灶早糟澡怎灶 员猿园园员猿袁 悦澡蚤灶葬曰圆援 悦澡蚤灶葬 云蚤则泽贼 粤怎贼燥皂燥遭蚤造藻 悦燥援 袁 蕴贼凿援 袁 悦澡葬灶早糟澡怎灶 员猿园园圆员袁 悦澡蚤灶葬冤粤遭泽贼则葬糟贼院 栽澡藻 责则燥糟藻泽泽 憎葬贼藻则 泽赠泽贼藻皂 燥枣 贼澡藻 灶藻憎 藻灶藻则早赠 造葬遭燥则葬贼燥则赠 责则燥增蚤凿藻泽 糟澡蚤造造藻凿 憎葬贼藻则 葬灶凿 则燥燥皂 贼藻皂责藻则葬贼怎则藻 憎葬贼藻则 枣燥则 贼澡藻 贼藻泽贼 则燥燥皂袁憎澡蚤糟澡 蚤泽 怎泽藻凿 枣燥则 贼藻皂责藻则葬贼怎则藻 糟燥灶贼则燥造 燥枣 贼澡藻 糟燥灶泽贼葬灶贼 贼藻皂责藻则葬贼怎则藻 藻择怎蚤责皂藻灶贼 蚤灶 贼澡藻 贼藻泽贼 葬则藻葬 葬灶凿 葬蚤则 糟燥灶凿蚤贼蚤燥灶蚤灶早 则藻枣则蚤早藻则葬贼蚤燥灶 蚤灶 贼澡藻 燥枣鄄枣蚤糟藻 葬则藻葬援 陨贼 糟燥皂责造藻贼藻泽 贼澡藻 藻灶藻则早赠 藻曾糟澡葬灶早藻 遭藻贼憎藻藻灶 贼澡藻 燥怎贼泽蚤凿藻 燥枣 贼澡藻 贼藻泽贼 则燥燥皂 葬灶凿 藻灶泽怎则藻泽 贼澡藻 灶燥则皂葬造 燥责藻则葬贼蚤燥灶 燥枣 贼澡藻 贼藻泽贼 则燥燥皂援 月赠蚤灶凿藻责藻灶凿藻灶贼造赠 凿藻泽蚤早灶蚤灶早 葬 枣葬怎造贼 泽藻造枣鄄凿蚤葬早灶燥泽蚤泽 泽赠泽贼藻皂袁 贼澡藻 泽赠泽贼藻皂 皂燥灶蚤贼燥则泽 葬灶凿 憎葬则灶泽 贼澡藻 泽贼葬贼怎泽 燥枣 贼澡藻 皂葬蚤灶 糟燥皂责燥灶藻灶贼 怎灶蚤贼泽 蚤灶 贼澡藻责则燥糟藻泽泽 憎葬贼藻则 责蚤责藻造蚤灶藻援 宰澡藻灶 葬 糟燥皂责燥灶藻灶贼 皂葬造枣怎灶糟贼蚤燥灶泽袁 贼澡藻 泽赠泽贼藻皂 糟葬灶 葬怎贼燥皂葬贼蚤糟葬造造赠 凿藻贼藻则皂蚤灶藻 贼澡藻 枣葬怎造贼 造燥糟葬贼蚤燥灶袁 凿蚤葬早灶燥泽藻 葬灶凿 葬灶葬鄄造赠扎藻 贼澡藻 枣葬怎造贼袁 葬灶凿 蚤泽泽怎藻 葬灶 葬造葬则皂 泽蚤早灶葬造援 粤枣贼藻则 则藻糟藻蚤增蚤灶早 贼澡藻 葬造葬则皂 泽蚤早灶葬造袁 贼澡藻 燥责藻则葬贼蚤燥灶 葬灶凿 皂葬蚤灶贼藻灶葬灶糟藻 责藻则泽燥灶灶藻造 葬则则蚤增藻 葬贼 贼澡藻 泽蚤贼藻 蚤灶葬 贼蚤皂藻造赠 皂葬灶灶藻则 贼燥 澡葬灶凿造藻 贼澡藻 枣葬怎造贼袁 则藻泽贼燥则藻 藻择怎蚤责皂藻灶贼 枣怎灶糟贼蚤燥灶泽袁 藻灶泽怎则藻 贼澡藻 灶燥则皂葬造 燥责藻则葬贼蚤燥灶 燥枣 贼澡藻 责则燥糟藻泽泽 憎葬贼藻则 泽赠泽贼藻皂袁 葬灶凿 蚤皂责则燥增藻贼澡藻 造藻增藻造 燥枣 泽赠泽贼藻皂 凿蚤早蚤贼葬造 蚤灶贼藻造造蚤早藻灶糟藻援运藻赠 憎燥则凿泽院 责则燥糟藻泽泽 憎葬贼藻则曰 泽藻造枣鄄凿蚤葬早灶燥泽蚤泽曰 皂葬贼澡藻皂葬贼蚤糟葬造 蚤灶贼藻造造蚤早藻灶糟藻引 言 现代建筑物内各种设施如院供热尧制冷尧通风尧照明尧给排水等设备遍布整个楼宇袁要使这些设备高效运行袁靠传统的人工操作和仪表控制已不能满足要求咱员暂遥 当前的试验室装备运维管理工作已经逐步由机械化尧电气化向数字化尧智能化方向转变袁系统的自动控制和智能操作已成为行业趋势袁高效的设备运行是产品开发及试验工作正常开展的必要条件之一遥众所周知袁冷却水系统是企业正常生产运行不可缺少的系统之一袁根据生产工艺的实际需要袁可选择封闭式和开放式 圆 种遥 根据冷却需要袁可实现对单一对象和多元冷却系统进行冷却咱圆暂遥 某汽车动力总成试验室的冷热源工艺水系统为试验区提供苑 耀员圆 益的冷冻水以及 圆缘 耀猿圆 益 的常温水袁以满足试验区及办公区的研发工作需求袁该水系统为闭式循环冷却系统遥 目前工艺水系统运行过程中袁时常出现电加热管干烧尧结垢尧补水箱溢水尧气囊破损等各类故障袁严重时导致水系统停机袁影响试验正常进行遥 由于工艺水系统结构庞大袁分支较多袁管路连接复杂多样袁一旦出现漏水问题袁故障排查难度大袁同第 圆 期渊总第 员怨园 期冤 现 代 车 用 动 力 晕燥郾 圆渊泽藻则蚤葬造 晕燥郾 员怨园冤 圆园圆猿 年 缘 月 酝韵阅耘砸晕 灾耘匀陨悦蕴耘 孕韵宰耘砸 酝葬赠郾 圆园圆猿 鄢收稿日期院圆园圆猿 原园缘 原员远作者简介院何巍渊员怨愿员要冤袁女袁吉林长春人袁研究生袁主要从事汽车教学与科研工作遥时也给试验室带来一定的安全隐患遥 总体来看袁主要原因在于该冷热源工艺水系统自动化程度低袁主要部件不具备故障自诊断功能袁相关的问题排查工作仍然依靠人力现场完成遥针对以上痛点问题袁本文介绍了一种工艺水故障自诊断系统袁可以实时监测工艺水管路运行状态袁当管路主要部件出现漏水等故障时袁系统可以及时发现故障点并自动报警袁完成闭环监控和故障诊断分析遥员 系统架构如图 员 所示袁该故障诊断系统包括冷却水塔尧缓冲罐尧补水单元尧电磁阀尧加湿单元尧排水阀尧流量开关尧可编程逻辑控制器渊孕蕴悦冤以及各类型传感器等硬件袁各部分硬件功能如下院渊员冤冷却水塔院内部包含喷淋泵和冷却风机袁利用喷淋泵和冷却风机对水管路进行联合降温袁从而降低工艺水温度袁持续向试验室输送温度达标的工艺水遥渊圆冤缓冲罐院用于水系统进水压力控制袁缓解水压波动对供水的影响袁当水系统进水温度升高时袁水的体积增大袁同等容积管道前提下袁水压升高袁多余体积的水从主管路进入到缓冲罐的气囊中袁反之当水系统进水温度降低时袁水的体积缩小袁压力下降袁缓冲罐气囊中的水再次进入到系统主管路中袁循环往复袁动态调节主管路中工艺水压力在合理区间内遥该缓冲罐中包含液位电极和压力传感器遥渊猿冤补水单元院用于向加湿单元补水袁为进气空调湿度调节功能的实现奠定基础袁单元的输入端通过机械式浮球阀控制进水通断袁单元内部包含高液位电极尧工作液位电极尧低液位电极遥渊源冤电磁阀院用于控制主管路向补水单元补水电路的通断袁当电磁阀开启时袁系统经浮球阀向补水单元补水袁当电磁阀关闭时袁停止向补水单元补水遥渊缘冤加湿单元院用于为系统提供水蒸气袁满足研发试验外部条件需求袁该单元包含电加热管尧蒸汽电磁阀尧压力表尧正常液位电极遥渊远冤排水阀院用于排出加湿单元中带有水垢等杂质的污水袁避免杂质残留在加湿单元中且附着在电加热管上袁降低加热管干烧故障率遥渊苑冤流量开关院用于检测水系统主管路上是否有水流通过袁将信号反馈到 孕蕴悦 控制器袁进而判断是否启动加热单元中的电加热管遥渊愿冤孕蕴悦 控制器院该控制器是故障诊断系统的野大脑冶袁用于接收现场各个传感器反馈的信号袁根据反馈信号值自动进行分析处理袁向底层各个硬件下达相应动作指令尧控制阀门等袁实现故障自动诊断分析功能遥图 员 工艺水故障诊断系统示意图圆 工作原理系统运行时袁缓冲罐中的液位电极实时监测气囊与罐体之间的水位变化情况袁将信号反馈到 孕蕴悦控制器袁正常工作情况下袁气囊与罐体之间没有水袁液位电极没有信号输出遥 当气囊破损袁其内部工艺水泄漏到气囊外面时袁液位电极监测到水位变化袁向孕蕴悦 控制器发出报警信号袁同时缓冲罐内部的压力传感器同步监测气囊与罐体之间的压力变化袁即气囊与罐体之间压力出现骤降袁这时袁压力传感器将骤变的压力信号同步反馈到 孕蕴悦 控制器袁孕蕴悦 控制器发出警报袁提示气囊出现漏水故障遥工艺水根据补水单元中的水量情况袁适时分阶段补充到补水单元中遥 当补水单元中的水位低于工作液位电极高度时袁该电极向 孕蕴悦 控制器反馈补水信号袁孕蕴悦 控制器向电磁阀发出指令袁控制电磁阀开启袁补水泵向补水单元注水曰当水位达到工作液位电极高度时袁电磁阀关闭袁系统停止补水曰如果整个工艺水系统出现停水现象袁随着试验过程不断用水袁补水单元中的水位会下降至低液位电极以下袁且水系统主管路中的水位也会降低袁此时 孕蕴悦 控制器向补水泵发出停机指令袁补水泵停止补水袁避免补水泵出现干磨现象袁电磁阀同步关闭袁同时系统提示补水单元缺水故障遥 如果浮球阀门老化导致补水泵持续向补水单元补水袁则当补水单元中的水位高于报警液位电极时袁该电极向 孕蕴悦 控制器反馈报警信号袁孕蕴悦控制器提示补水单元出现溢水故障袁同时 孕蕴悦 控制器向补水泵下达停止运行指令袁立即停止补水袁电磁怨源 圆园圆猿 年第 圆 期 何巍袁等院一种汽车试验用工艺水故障自诊断系统研究与应用阀自动关闭遥工艺水流经补水单元后袁进入加湿单元袁孕蕴悦 控制器驱动电加热管动作袁加热工艺水袁为试验设备提供一定湿度的水蒸气袁产生的气体从蒸汽电磁阀排出遥 当加湿单元中的水位低于正常液位电极高度时袁该电极向 孕蕴悦 控制器反馈低液位信号袁与此同时袁孕蕴悦 控制器检测流量开关动作情况袁如流量开关处于关闭状态袁则说明加湿单元出现缺水故障袁系统控制电加热管停止加热袁防止电加热管干烧袁待水位重新上升到达正常液位电极高度以上时袁电加热管重新启动工作遥当加湿单元停止工作后袁孕蕴悦 控制蒸汽电磁阀关闭袁排水阀打开袁利用加湿单元内部 园援 圆缘 酝孕葬 的自然压力将污水排出袁压力表用于监测加湿单元中的压力变化情况遥猿 技术优势猿援 员 漏水诊断缓冲罐中的液位电极实时监测罐内水位变化情况袁同时缓冲罐内部压力传感器实时采集罐内压力并将压力值反馈到 孕蕴悦 控制器袁两者协同动作袁互为补充袁控制器根据两者反馈结果进行综合判断袁诊断精度有大幅提升袁实现了气囊漏水的野双重预警冶袁完成了系统功能集成和监控一体化遥 由于气囊位于缓冲罐内部袁无法直接观察其变化状态袁当出现破损漏水时袁运维人员无法及时发现并处理遥 该诊断功能的应用有效解决了由于气囊位置隐蔽而导致故障排查周期长的问题袁实现了气囊漏水故障的自动诊断遥猿援 圆 溢水报警补水单元中的 猿 个液位电极协调配合袁共同监测单元内水位变化情况袁根据水位所达到的不同高度袁执行不同控制策略遥 当水位超过报警液位电极时袁系统电磁阀关闭袁自动切断工艺水源袁电磁阀位于浮球阀前端袁可以有效缓解浮球阀承受的压力袁改善浮球阀密封效果袁降低浮球阀故障率遥 并且当补水单元出现溢水时袁系统可以第一时间锁定故障位置袁自动发出报警信号袁提醒运维人员关注设备状态袁防止故障影响面进一步扩大袁消除试验室安全隐患袁提高试验室安全性袁保障研发试验工作正常进行遥 同时袁系统可以实现连续水位监控袁节省了运维人员定期巡检的时间袁进一步提升运维效率遥猿援 猿 干烧监测系统根据加湿单元中液位电极和流量开关的反馈结果袁综合判定加湿单元中的储水情况袁两者相互验证袁避免单一信号输入错误导致判定结果出现误差袁提升系统自诊断的准确度遥 当单元内水量较低袁电加热管出现干烧时袁系统可以自动发出预警袁提示加湿单元内水位过低袁不具备电加热管工作条件袁从而实现了电加热管状态自动检测和故障报警袁该技术手段可以降低电加热管的故障率袁延长电加热管使用寿命袁减少配件采购及更换频次袁提高设备运行效率遥猿援 源 智能除垢系统接收加湿单元停机信号后袁启动除垢程序袁自动关闭蒸汽电磁阀袁同步开启排水阀袁利用加湿单元内部自身水压完成系统除垢袁保证电加热管有良好的工作环境袁节省了运维人员拆装电加热管的时间袁提升维修效率遥 整个除垢过程为全自动化运行袁无需人员现场作业袁同时该功能模块可以根据试验需要任意调节除垢频次袁有针对性地改善设备运行工况袁降低电加热管故障率遥 系统更加灵活多变袁交互性更强遥源 技术创新点该项研究创新性地将故障自诊断技术引入到工艺水系统中袁该诊断系统具备全天候状态监控功能袁可以 圆源 澡 动态监测工艺水系统变化情况遥 系统通过顶层核心控制器与底层传感器组件之间的信息交互设计袁构筑多层次尧多维度网络控制架构袁覆盖工艺水系统各个主要工作环节遥 当工艺水管路相关部件总成出现机械或电气故障时袁该系统可以迅速捕捉故障点位袁解析故障原因袁与控制器进行数据交换袁完成故障预警袁缩短了运维人员现场排查故障的时间袁有效提升设备运维管理效率袁节省大量人力物力袁有助于改善人力资源配置遥与此同时袁系统控制器可以将故障信息存储到数据库中袁自动完成各部件总成故障频次统计袁用于后期数据调用分析袁为后续设备状态鉴定及升级改造工作提供原始数据遥该故障诊断系统与现有工艺水系统结合统一袁相辅相成袁构筑运行诊断一体化平台袁圆 个系统之间可以进行资源互置袁信息互通袁优势互补袁实现了系统联动控制袁进一步优化控制策略袁完善控制体系袁激发水系统工作效能遥 通过 圆 个系统资源整合袁显著提升冷热源工艺水系统的数智化程度袁为装备系统物联奠定良好基础遥园缘现 代 车 用 动 力 圆园圆猿 年第 圆 期 缘 技术拓展冷热源工艺水系统在工业自动化行业中广泛应用袁该故障自诊断技术可以应用到其他冷热源温度控制领域中袁用于状态监测和故障诊断分析袁技术上具有通用性袁可以提高故障诊断效率袁降低运维人员成本袁具有良好的发展前景遥 同时袁系统可以在现有基础上进行二次开发袁根据实际需求增加相应功能模块袁完成系统功能升级袁适应不同工作场景袁未来开发潜能巨大遥远 结束语本文介绍了一种汽车试验用工艺水故障自诊断系统袁该系统可以实现工艺水系统故障的自动诊断分析袁降低设备运维人员工作强度袁提升工艺水系统的数字化和智能化程度遥 该系统的应用袁缩短了水系统故障诊断时间袁优化了故障诊断策略袁提升了故障诊断效率遥 节省了大量运维人员成本袁减少设备停机时长和台数袁提高设备可动率袁全面支撑产品研发试验工作顺利进行遥参考文献院咱员暂 李雅涛援 冷热源智能自动控制在某大厦的应用咱允暂援 区域供热袁圆园圆猿渊猿冤院员源怨鄄员缘愿援咱圆暂 李陈虎援 浅析闭式循环水系统在多元冷却需求上的应用咱允暂援 装备制造与教育袁圆园圆猿袁猿苑渊员冤院缘鄄怨援蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷蕷渊上接第 源苑 页冤下降 员援 缘豫左右遥圆援 缘援 圆 冷却方案由于采用无冒口浇注工艺袁缸盖部分远离浇注系统的螺栓孔区域难以保证补缩质量袁只能通过使用冷铁来改变局部冷却条件袁根据螺栓孔区域结构采用外冷铁配合内冷铁方案袁螺孔区域缺陷产生的报废品多以缩松渗漏为主袁因此内冷铁的作用主要为隔绝缺陷尧改善局部冷却状况袁为提高验证效果袁内冷铁采用多种结构对比验证袁如图 苑 所示遥图 苑 冷铁方案通过多个维度的优化袁批量生产蠕铁缸盖平均废品率不大于 缘豫袁有效减少了量产加工损失遥猿 结束语酝早 指数与抗拉强度尧硬度成正比关系袁与蠕化率成反比关系袁根据对比试验确定了高性能蠕铁郧允灾源缘园 材料用于缸盖生产的 酝早 指数控制范围遥酝早 指数作为 韵悦悦 法生产的关键参数袁根据产品需求选取合理的控制范围是控制产品缺陷率的关键袁但由于所生产零部件结构有差异袁需要根据所产生缺陷的特点袁采用适应性的优化方案袁希望本文的各项工艺试验为高性能蠕铁零部件工艺开发提供参考遥参考文献院咱员暂 邱汉泉援 国内外蠕墨铸铁牌号标准述评咱允暂援 铸造袁圆园园怨袁缘愿渊员园冤院员 园苑愿鄄员 园愿员援员缘 圆园圆猿 年第 圆 期 何巍袁等院一种汽车试验用工艺水故障自诊断系统研究与应用