一种通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置的制作方法

1.本实用新型涉及液压系统技术领域，特别是涉及一种通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置。


背景技术：

2.随着工业自动化的发展，液压设备以它独特的优点在钻井顶驱装置得到越来越广泛的应用。然而液压元件和液压系统具有其完全不同于机械设备的特殊性。它的各元件和工作液体都在封闭的油路内工作，不像其它机械设备那样直观，而且不像电器设备那样用万用表、钳形表、示波器等常规电工使用仪表就可方便地测量出各种参数。液压设备中只靠有限的几个压力表和流量计等来指示系统的工作状态，它的故障具有隐蔽性、多样性、不确定性和因果关系复杂性等特点，故障出现后不易查找原因。液压系统一旦发生故障，不仅导致设备受损停机以及整个钻井工艺受到影响，而且可能危及人身以及设备安全，造成环境污染，带来巨大的经济损失。因此如何保证液压系统的正常运行，怎样及时发现故障，甚至提前发现故障的征兆，都是急待解决的问题。


技术实现要素：

3.为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置，该安全诊断装置通过设置电流采集单元对液压系统中液压泵驱动电机的出线端进行电流采集，并通过数据服务网关实时的将液压泵驱动电机的电流变化以及液压系统中控制器的控制信号及反馈信号传输至本地服务器，本地服务器通过分析上述信息对液压系统中设备的故障进行安全诊断，诊断的速度快、准确度高，从而使液压系统的安全性更高。
4.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
5.本实用新型提供了一种通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置，应用于液压系统中，所述液压系统包括控制器和液压泵驱动电机，包括电流采集单元及本地服务器，所述电流采集单元安装在液压泵驱动电机的出线端；
6.还包括数据服务网关，所述数据服务网关分别与电流采集单元和控制器连接，所述数据服务网关通过以太网交换机与本地服务器连接。
7.本实用新型的通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置在使用时，所述电流采集单元对液压系统中液压泵驱动电机的出线端电流进行检测，实时检测液压泵驱动电机电流变化值，并将电流数据通过数据服务网关、以太网交换机向本地服务器传输，同时，液压系统中的控制器对液压系统中各元件进行控制时，所发送的控制信号及反馈信号同样通过数据服务网关、以太网交换机向本地服务器传输。在本地服务器，通过scada系统对液压泵驱动电机的电流变化配合控制器的信号分析，分析出液压系统中可能存在的故障并展现在本地服务器的人机交互界面，为技术人员提供参考，方便技术人员快速发现故障以及快速定位故障，对提升液压系统的整体安全性具有重要意义。
8.本实用新型的安全诊断装置的特点是通过设置电流采集单元对液压系统中液压泵驱动电机的出线端进行电流采集，并通过数据服务网关实时的将液压泵驱动电机的电流变化以及液压系统中控制器的控制信号及反馈信号传输至本地服务器，本地服务器通过分析上述信息对液压系统中设备的故障进行安全诊断，诊断的速度快、准确度高，从而使液压系统的安全性更高。
9.在进一步的技术方案中，所述控制器为型号为s7300cpu315-2dp的plc控制器。
10.选用plc控制器可以很方便的对液压系统中各阀门及开关进行控制，同时还可将控制反馈信号向外传输，s7300cpu315-2dpplc通过接口转换模块能够进行网络接口连接，方便其与数据服务网关进行连接，满足对于控制和信号传输的需求。
11.在进一步的技术方案中，所述电流采集单元包括电流互感器和电流采集模块，所述电流互感器安装在液压泵驱动电机的出线端。
12.通过电流互感器对液压泵驱动电机出线端的电流进行实时检测，电流数据采用高频采样，数据在电流采集模块进行周期性计算，计算结果为电流有效值的均方根，电流检测精度高。
13.在进一步的技术方案中，所述电流采集模块的型号为hy02-06。
14.在进一步的技术方案中，所述电流互感器的型号为hl47。
15.hl47采集灵敏度高，精度高，电流测量范围0-15a。
16.在进一步的技术方案中，所述控制器通过profibusdp转以太网接口模块与数据服务网关连接。
17.在进一步的技术方案中，所述profibusdp转以太网接口模块型号为bcnet-s7300。
18.在进一步的技术方案中，所述数据服务网关的型号为hy01-02n-04s。
19.在进一步的技术方案中，所述电流采集单元通过rs485通讯电缆与数据服务网关连接。
20.rs485通讯方式采用双绞线，传输采用差分信号，现场方便布置，技术成熟，稳定性和安全性高，电流数据发送周期为500ms，使数据检测响应更加迅速。
21.有益效果在于：
22.1、本实用新型的安全诊断装置的特点是通过设置电流采集单元对液压系统中液压泵驱动电机的出线端进行电流采集，并通过数据服务网关实时的将液压泵驱动电机的电流变化以及液压系统中控制器的控制信号及反馈信号传输至本地服务器，本地服务器通过分析上述信息对液压系统中设备的故障进行安全诊断，诊断的速度快、准确度高，从而使液压系统的安全性更高。
23.2、选用plc控制器可以很方便的对液压系统中各阀门及开关进行控制，同时还可将控制反馈信号向外传输，s7300cpu315-2dpplc通过接口转换模块能够进行网络接口连接，方便其与数据服务网关进行连接，满足对于控制和信号传输的需求。
24.3、通过电流互感器对液压泵驱动电机出线端的电流进行实时检测，电流数据采用高频采样，数据在电流采集模块进行周期性计算，计算结果为电流有效值的均方根，电流检测精度高。
25.4、hl47采集灵敏度高，精度高，电流测量范围0-15a。
26.5、rs485通讯方式采用双绞线，传输采用差分信号，现场方便布置，技术成熟，稳定
性和安全性高，电流数据发送周期为500ms，使数据检测响应更加迅速。
附图说明
27.图1是本实用新型实施例的通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置的电流采集单元与液压泵驱动电机处的电路图；
28.图2是本实用新型实施例的通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置的信号传输线路图；
29.图3是本实用新型实施例的通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置的控制器的第一部分数字量输入模块的电路图；
30.图4是本实用新型实施例的通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置的控制器的第二部分数字量输入模块的电路图；
31.图5是本实用新型实施例的通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置的控制器的第一部分数字量输出模块的电路图；
32.图6是本实用新型实施例的通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置的控制器的第二部分数字量输出模块的电路图；
33.图7是本实用新型实施例的通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置的控制器的接触器控制部分的电路图；
34.图8是本实用新型实施例的通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置的应用的液压系统的原理图。
35.附图标记：
36.101、电流采集单元；102、数据服务网关；103、本地服务器；104、以太网交换机；201、液压泵驱动电机；202、电源；203、地排；204、控制器。
具体实施方式
37.下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
38.实施例：
39.一种通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置，应用于液压系统中，液压系统包括控制器204和液压泵驱动电机201，如图1所示，包括电流采集单元101及本地服务器103，电流采集单元101安装在液压泵驱动电机201的出线端；
40.在图1中，还展现了系统的电源202，电源202的地线连接地排203。
41.如图2所示，还包括数据服务网关102，数据服务网关102分别与电流采集单元101和控制器204连接，数据服务网关102通过以太网交换机104与本地服务器103连接，具体的，数据服务网关通过serial1口与电流采集单元连接，数据服务网关102的net1接口与控制器连接，数据服务网关102的net2接口与交换机连接，通讯协议采用tcp/ip。
42.本实用新型的通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置在使用时，电流采集单元101对液压系统中液压泵驱动电机201的出线端电流进行检测，实时检测液压泵驱动电机电流变化值，并将电流数据通过数据服务网关102、以太网交换机104向本地服务器103传输，同时，液压系统中的控制器204对液压系统中各元件进行控制时，所发送的控制信号及反馈信号同样通过数据服务网关102、以太网交换机104向本地服务器103传输，在本地服
务器103，通过对液压泵驱动电机201的电流变化配合控制器204的信号分析，分析出液压系统中可能存在的故障并展现在本地服务器103的人机交互界面，为技术人员提供参考，方便技术人员快速发现故障以及快速定位故障，对提升液压系统的整体安全性具有重要意义。
43.本实用新型的安全诊断装置通过设置电流采集单元101对液压系统中液压泵驱动电机201的出线端进行电流采集，并通过数据服务网关102实时的将液压泵驱动电机201的电流变化以及液压系统中控制器204的控制信号及反馈信号传输至本地服务器103，本地服务器103通过分析上述信息对液压系统中设备的故障进行安全诊断，诊断的速度快、准确度高，液压系统的安全性更高。
44.在另外一个实施例中，如图2所示，控制器204为型号为s7300cpu315-2dp的plc控制器204。
45.选用plc控制器204可以很方便的对液压系统中各阀门及开关进行控制，同时还可将控制反馈信号向外传输，s7300cpu315-2dpplc通过接口转换模块能够进行网络接口连接，方便其与数据服务网关进行连接，满足对于控制和信号传输的需求。
46.本地服务器通过网络接口读写plc内部寄存器数据。
47.在另外一个实施例中，电流采集单元101包括电流互感器和电流采集模块，电流互感器安装在液压泵驱动电机的出线端。
48.通过电流互感器对液压泵驱动电机201出线端的电流进行实时检测，电流数据采用高频采样，数据在电流采集模块进行周期性计算，计算结果为电流有效值的均方根，电流检测精度高。
49.在本实施例中进一步的介绍分析过程，首先，本装置应用的液压系统如图8所示，液压系统为钻井顶驱装置的液压设备，其中，图8中a处示意的是刹车部分的原理，b处示意的是平衡部分的原理，c处示意的是回转头部分的原理，d处示意的是背钳部分的原理，e处示意的是液压吊卡部分的原理，f处示意的是倾斜油缸部分的原理，g处示意的是防喷器ibop阀部分的原理。
50.如图3所示，液压泵启动开关sb1连接在控制器204的i0.0端口，液压泵停止开关sb2连接在控制器204的i0.1端口，防喷器ibop阀左位开关sa1连接在控制器204的i0.3端口，防喷器ibop阀右位开关sa2连接在控制器204的i0.4端口，左倾开关sb3连接在控制器204的i0.6端口，右倾开关sb4连接在控制器204的i0.7端口。
51.如图4所示，背钳夹紧开关sb5连接在控制器204的i1.0端口，背钳放松开关sb6连接在控制器204的i1.1端口，回转头正转开关sb7连接在控制器204的i1.2端口，回转头反转开关sb8连接在控制器204的i1.3端口，上跳开关sb9连接在控制器204的i1.4端口，刹车制动开关sb10连接在控制器204的i1.5端口，刹车放松开关sb11连接在控制器204的i1.6端口，刹车泵启动信号反馈接触器km1连接在控制器204的i1.7端口。
52.如图5所示，控制器204的q0.0端口连接接触器控制继电器ka1，控制器204的q0.1和q0.2端口分别连接防喷器ibop阀的yv1电磁阀和yv2电磁阀，控制器204的q0.3和q0.5端口分别连接倾斜控制阀的yv3电磁阀和yv4电磁阀，控制器204的q0.6和q0.7端口分别连接背钳控制阀的yv5电磁阀和yv6电磁阀。
53.如图6所示，控制器204的q1.0和q1.1端口分别连接回转头控制阀的yv7电磁阀和yv8电磁阀，控制器204的q1.2端口连接上跳控制阀的yv9电磁阀，控制器204的q1.4和q1.5
端口分别连接刹车控制阀的yv11电磁阀和yv12电磁阀。
54.如图1所示，总电源202的出线端设置有总断路器qf1，液压泵驱动电机201的出线端还连接有空气开关qf2、接触器km1、保护继电器fr1，如图8所示，接触器控制的线路上依次设有与控制器204连接的继电器ka1、保护继电器fr1和接触器km1。
55.具体分析过程举例如下：顶驱无液压动作时，泵为低压状态运行，此时的电流为最低，当有液压动作时，通过防喷器电磁阀的换向建立压力，此时泵为高压状态运行，此时电流为最高；
56.正常，有动作时，电流从8a增到10a，停止后电流先增到12a，q点有输出(q0.1/q0.2＝1)，各系统对应q点如下图所示，且15s后降为8a，如果电流没有变化，但是有q点输出，报防喷器液压故障，检查q1.0/q1.1，根据i0.3、i0.4＝1防喷器开信号则q1.0/q1.1输出，若q1.0/q1.1未接通防喷器关信号则检查防喷器电磁阀。
57.如果电流直接从8a升到12a，q1.0/q1.1＝1，且q1.0/q1.1＝1，此时判定为回转头电磁阀无动作，报回转头液压故障，检查电磁阀yv7/yv8(内正外反)。
58.如果电流直接从8a升到12a，q0.5/q0.3＝1，且q1.0/q1.1＝1，此时判定为倾斜电磁阀无动作，报回转头液压故障，检查yv3/yv4(内后外前)。
59.可以理解的是，上述示例仅为其中一种实施例，本实用新型还可应用于其他液压系统，分析过程不相同。
60.在另外一个实施例中，所述电流采集模块的型号为hy02-06。
61.在另外一个实施例中，所述电流互感器的型号为hl47。
62.hl47采集灵敏度高，精度高，电流测量范围0-15a。
63.在另外一个实施例中，如图1和图2所示，电流采集单元101通过rs485通讯电缆与数据服务网关102连接，通讯协议采用modbusrtu。
64.rs485通讯方式采用双绞线，传输采用差分信号，现场方便布置，技术成熟，稳定性和安全性高，电流数据发送周期为500ms，使数据检测响应更加迅速。
65.在另外一个实施例中，如图2所示，控制器204通过profibusdp转以太网接口模块与数据服务网关102连接。
66.在另外一个实施例中，profibusdp转以太网接口模块型号为bcnet-s7300。
67.在另外一个实施例中，所述数据服务网关的型号为hy01-02n-04s，支持modbusrtu、modbustcp/ip协议和tcp/ip转换和通讯数据转发。
68.plc控制器通过profibusdp转以太网接口模块与网关连接。网关数据通过net2接口通过以太网交换机将通讯数据传输到本地服务器，通讯协议采用tcp/ip,通讯数据包括电流有效值的均方根以及plc的i/o点的实时状态，本地服务器通过安装scada系统读取plc内部寄存器，反映当前设备个液压元件的状态以及逻辑关系，对电流数据及plc控制器逻辑状态进行数据分析，通过显示界面反映当前液压系统运行及故障状态。
69.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

技术特征：
1.一种通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置，应用于液压系统中，所述液压系统包括控制器和液压泵驱动电机，其特征在于，包括电流采集单元及本地服务器，所述电流采集单元安装在液压泵驱动电机的出线端；还包括数据服务网关，所述数据服务网关分别与电流采集单元和控制器连接，所述数据服务网关通过以太网交换机与本地服务器连接。2.根据权利要求1所述的通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置，其特征在于，所述控制器为型号为s7300cpu315-2dp的plc控制器。3.根据权利要求1所述的通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置，其特征在于，所述电流采集单元包括电流互感器和电流采集模块，所述电流互感器安装在液压泵驱动电机的出线端。4.根据权利要求3所述的通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置，其特征在于，所述电流采集模块的型号为hy02-06。5.根据权利要求3所述的通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置，其特征在于，所述电流互感器的型号为hl47。6.根据权利要求2所述的通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置，其特征在于，所述控制器通过profibusdp转以太网接口模块与数据服务网关连接。7.根据权利要求6所述的通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置，其特征在于，所述profibusdp转以太网接口模块型号为bcnet-s7300。8.根据权利要求1所述的通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置，其特征在于，所述数据服务网关的型号为hy01-02n-04s。9.根据权利要求1所述的通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置，其特征在于，所述电流采集单元通过rs485通讯电缆与数据服务网关连接。

技术总结
本实用新型公开了一种通过电流采集检测液压设备故障的安全诊断装置，应用于液压系统中，液压系统包括控制器和液压泵驱动电机，诊断装置包括电流采集单元及本地服务器，所述电流采集单元安装在液压泵驱动电机的出线端；还包括网关，所述网关分别与电流采集单元和控制器连接，所述网关通过以太网交换机与本地服务器连接。本实用新型的安全诊断装置通过设置电流采集单元对液压系统中液压泵驱动电机的出线端进行电流采集，并通过网关实时的将液压泵驱动电机的电流变化以及液压系统中控制器的控制信号及反馈信号传输至本地服务器，本地服务器通过分析上述信息对液压系统中设备的故障进行安全诊断，诊断的速度快、准确度高，液压系统的安全性更高。系统的安全性更高。系统的安全性更高。


技术研发人员：张光勇
受保护的技术使用者：慧油（成都）科技发展有限公司
技术研发日：2023.02.01
技术公布日：2023/7/17