一种超高真空气动阀故障检测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种超高真空气动阀故障检测系统及方法，包括：最上层的EPICS层、中间的控制层和底层的设备层；设备层在光束线站上设置有超高真空阀以及需要监测的振动加速度、电压、气压和温度的多路传感器；控制层包括数据采集系统模块和输入/输出控制器IOC；EPICS层，包括数据库、数据分析模块、数据处理模块、系统规则模块、OPI和状态显示与报警模块；EPICS层的OPI与IOC依据客户

【技术实现步骤摘要】
一种超高真空气动阀故障检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种超高真空气动阀故障检测系统及方法，属于超高真空，阀门故障诊断和检测技术。

技术介绍

[0002]在同步辐射装置中，沿着电子储存环外侧分布的光束线两端分别连接着储存环和用户实验站，它是两者的桥梁和纽带。光束线站设备安全状态是实验站正常实验和储存环安全运行的重要保障。光束线站的真空系统与储存环真空系统是相通的，为了防止光束线站暴露大气而影响储存环的正常运行，在线站某处发生真空泄漏时，有效隔离线站与储存环，隔离泄漏源处与线站其他段的真空，根据线站长短及实际需求，每条光束线站都含有3
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10个超高真空气动闸板阀门，用来切断或接通光束线真空管路气流，该超高真空气动阀门主要型号为瑞士VAT公司的10.8系列DN63的超高真空标准气动阀，漏气速率小于1*10
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9mbar.L.s
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1，关闭和开启时间为1s。如图1所示的阀功能原理与实体图，它的主要工作原理是用压缩空气为动力，通过电磁换向阀改变气路方向，推动气缸活塞驱动阀板做上下运动，从而实现阀门的开启或关闭，实现对光束线站真空管道不同段的气流隔离。光束线站用光实验时，通过加载在电磁换向阀上220或24V电压，0.6MPa气压，可驱动开启超高真空阀门，用光结束或者阀门联锁的受控真空点差，阀门关闭。
[0003]在实际的光束线运行中出现过超高真空气动阀的工作条件气压或电压未满足要求，阀门不能有效开启或关闭。这种情况如果不能及时发现，一旦出现真空泄漏事故，会影响整条光束线乃至储存环的正常运行。除此之外，超高真空阀顶侧面的电磁换向阀内部电磁线圈过热、老损等各种因素造成阀门动作不了，也是最易出现的安全故障。而对于阀本体的故障，目前来说是一个黑匣子，没有一套快速的行之有效的方法对它进行故障报警和预警，一般都是出现大问题后直接更换部件，再恢复真空，需花费很长的时间，且严重影响该条光束线的供光时间和用户实验。在初步调研的国内的光源，束线控制系统的监测大部分仅限于对真空度和阀门位置的监测
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4]，对这种超高真空气动阀综合状态监测很少。
[0004]总体来说，目前相对缺乏对光束线超高真空阀的多状态的综合监控，故障报警、预警等机制。超高真空阀出现任何故障都需要事后诊断、事后维修，既费时费力，还影响了光束线的用光效率及用户满意度。
[0005]北京卫星环境工程研究所的研究人员对高真空阀ZBS
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800进行了基于位移、声音的监测方法研究，对阀的状态进行故障预警。这种方法需要在阀座内壁上安装位移传感器同时安装要求比较严格，既需要保证传感器的激光发射器、接收元件表面与阀门密封阀板表面平行，还需要传感器与阀座之间固定的可靠性。而光束线上在线的超高真空阀都在密封的超真空管道内，无法安装位移传感器，即使是新建的线站也需要尽量避免在阀座内壁安装传感器，一方面会造成真空污染，另一方面也不便后期的维护更换传感器等。
[0006]而日本Spring
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8同步辐射相关光束线开始进行模拟光束线真空爆破大气产生冲击波，监测快阀FCS和超高真空阀PV的关闭时间来进行更为安全的光束线系统设计。其主要
方法是插入真空元件，有效地延迟了冲击波的传播时间，在快阀FCS完全隔离之前延迟冲击波传播，实现快阀FCS系统的良好性能。这种方法是为了最大化利用设备的性能，提高光束线设备的可靠性，确保光束线的安全。但是需要尽早介入，适合光束线设计的初始阶段，对于已经在线运行的各条光束线很难再进行真空元件的插入。
[0007]对在线设备的性能监测、故障诊断和故障预警是降低设备疲劳使用，提高寿命的有效方法，同时也是转化运维理念，由事后维修到事前维护的判断依据。

技术实现思路

[0008]本专利技术技术解决问题：克服现有技术对光束线超高真空阀在线监测和故障快速诊断的不足，提供一种超高真空气动阀故障检测系统及方法，在光束线站正常用光实验情况下，在超高真空阀的顶端或其电磁换向阀的侧面即可安装该检测系统，实时监测超高真空闸板阀的各种参数，包含工作环境、工作条件、开关闭时间、开关的振动加速度波形，通过对数据进行的分析和特征提取，快速判断超高真空阀的工作和性能状态，达到在本地或远程终端对超高真空阀常规故障快速报警。同时基于建立的全周期的超高真空阀多参数据库，采用超高真空气动阀开关运动的振动波形及开启关闭时间对阀本体的性能健康状态的预判并给出阀本体状态的趋势图，以此提高光束线关键设备的运维水平。
[0009]本专利技术技术解决方案：超高真空阀的检测系统，包括：EPICS层、控制层和设备层，底层的设备层是光束线站上的超高真空阀设备以及其需要监测的振动、电压、气压和温度的多路传感器信号；
[0010]控制层包括数据采集系统模块和输入/输出控制器IOC；数据采集系统模块包括阀的振动加速度、电压、气压和温度的多路传感器信号输入模块、A/D转换、隔离电路、微控制单元MCU、状态显示及通讯模块；输入模块对超高真空阀多路传感器信号的采集，经信号调理及A/D转换，通过SPI接口送入MCU，MCU对A/D转换后的数字信号进行分析处理后，经过隔离电路，传送给IOC；IOC将超高真空阀门的开关过程的振动加速度、电压、气压、温度状态信息以及报警信息保存到实时的数据库中，在IOC的数据记录包含光束线站不同位置超高真空闸板阀门开关过程的振动波形记录、工作条件电压与气压的记录、工作环境的温湿度记录以及报警记录；IOC数据库中的数据能够共享，OPI或者客户端的任意计算机上均能进行访问；
[0011]EPICS层是系统的最上层，为系统软件平台，包括数据库、数据分析模块、数据处理模块、系统规则模块、OPI和状态显示与报警模块。EPICS层的OPI与IOC依据客户
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服务者模型，在TCP/IP协议上建立Channel Access(CA，通道访问)的通道访问机制，实现对控制层IOC实时动态数据库共享，利用实时数据库，对数据进行在线分析。数据分析模块，对数据库的振动加速度数据进行变换和特征分析后生成系统故障诊断的判断规则，结合工程经验设计判定设备故障状态的系统规则，将规则存放在专门的系统规则模块，并将从系统规则模块读取的最新系统规则反馈给数据处理模块；数据处理模块，对获取的数据按照获取的规则进行处理，提取出对应阀的状态，主要是通过对超高真空阀门运动过程振动信号的监测，提取阀门开关时间的特征，建立光束线超高真空阀门本征开关时间特征数据库，对不同类型超高真空阀使用寿命的全周期数据进行监测；根据阀门开关运动过程振动加速度信号的特征并结合开关时间的变化，快速判断在线阀的健康趋势，给予一定的预警，实现阀本体性
能健康状态的趋势预警；数据处理后将获取的超高真空阀的状态及报警信息通过局域网传送到用户界面OPI上，用户查看、分析对应故障相关的实时数据，历史数据的信息，并采取图表或曲线形式进行直观显示，以方便操作人员确认相关故障报警和预警信息的有效性，并作进一步分析处理；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高真空气动阀故障检测系统，其特征在于，包括：最上层的EPICS层、中间的控制层和底层的设备层；设备层，在光束线站上设置有超高真空阀以及需要监测的振动加速度、电压、气压和温度的多路传感器；控制层，包括数据采集系统模块和输入/输出控制器IOC；数据采集系统模块包括多路传感器信号输入模块、A/D转换、隔离电路、微控制单元MCU、状态显示及通讯模块；输入模块对超高真空阀多路传感器的信号进行采集，经信号调理及A/D转换，通过SPI接口送入MCU，MCU对A/D转换后的数字信号进行分析处理后，经过隔离电路，传送给IOC；IOC将超高真空阀门的开关过程的振动加速度、电压、气压、温度的状态信息保存到实时的数据库中，在IOC的数据记录包含光束线站不同位置超高真空闸板阀门开关过程的振动波形记录、工作条件电压与气压的记录、工作环境的温度记录以及报警记录；IOC数据库中的数据能够共享，在EPICS层上的操作员接口OPI(Operator Interface)或者客户端的任意计算机上均能进行访问；EPICS层，为EPICS的系统软件平台，包括数据库、数据分析模块、数据处理模块、系统规则模块、OPI和状态显示与报警模块；EPICS层的OPI与IOC依据客户
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服务者模型，在TCP/IP协议上建立Channel Access(CA)的通道访问机制，实现对控制层IOC实时动态数据库共享，利用实时数据库，对数据进行在线分析；数据分析模块，对数据库的振动加速度数据进行变换和特征分析后生成系统故障诊断的判断规则，结合工程经验设计判定设备故障状态的系统规则，并将规则存放在专门的系统规则模块，同时将从系统规则模块读取的最新系统规则反馈给数据处理模块；系统规则模块，存储数据分析模块生成的判断规则以及设定的最新故障状态判断规则；数据处理模块，对获取的数据按照获取的规则进行处理，提取出对应阀的状态，主要是通过对超高真空阀门运动过程振动信号的监测，提取阀门开关时间的特征，建立光束线超高真空阀门本征开关时间特征数据库，对不同类型超高真空阀使用寿命的全周期数据进行监测；根据阀门开关运动过程振动加速度信号的特征并结合开关时间的变化，快速判断在线阀的健康趋势，给予一定的预警，实现阀本体性能健康状态的趋势预警；数据处理后将获取的超高真空阀的状态及报警信息通过局域网传送到用户界面OPI上，用户查看、分析对应故障相关的实时数据，历史数据的信息，并采取图表或曲线形式进行直观显示，以方便操作人员确认相关故障报警和预警信息的有效性，并作进一步分析处理；OPI和状态显示与报警模块，可对光束线上的超高真空闸板阀常规故障的及时报警显示，所述常规故障包含阀的工作电压异常、气压异常和电磁线圈损坏；在O...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘群，汪啸，陈留国，徐帆，刘功发，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：