一種繼電器狀態監測與故障診斷的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供一種通過監測和分析繼電器控制系統回路和被控制系統回路的變化對繼電器的狀態進行監測與故障診斷的方法和裝置，該方法采用模式識別算法對所選取的故障樣本進行處理，獲取用于繼電器狀態診斷的分類器，并求出每一類的判別函數，把狀態分析和診斷結果以及維修、保養建議呈現給相關工作人員。該方法及裝置克服了現有繼電器檢測技術的不足，不但不需要知道繼電器閉合和斷開的時序，而且還能預測故障的隱患，從而通過提前維修避免故障的發生。
【專利說明】一種繼電器狀態監測與故障診斷的方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及電學領域，具體涉及通過監測和分析繼電器控制系統回路和被控制系 統回路的變化對繼電器的狀態進行監測與故障診斷的方法和裝置。
【背景技術】
[0002]繼電器是一種電控制器件，是當輸入量(激勵量)的變化達到規定要求時，在電氣 輸出電路中使被控量發生預定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統回路(又稱輸入回 路)和被控制系統回路(又稱輸出回路)之間的互動關系。通常應用于自動化的控制電路中， 它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關”，在電路中起著自動調節、安全 保護、轉換電路等作用。廣泛應用于遙控、遙測、通訊、自動控制、機電一體化及電力電子設 備中，是最重要的控制元件之一。繼電器一般由感測機構、中間機構和執行機構三個基本部 分組成。感測機構把感測到的電氣量傳遞給中間機構，將它與額定的整定值進行比較當達 到整定值(過量或欠量)時，中間機構便使執行機構動作，從而接通或斷開被控電路。
[0003]繼電器的種類很多，按用途可分為控制繼電器和保護繼電器；按輸入信號的性質 可分為電壓繼電器、電流繼電器、時間繼電器、速度繼電器、壓力繼電器和溫度繼電器等；按 工作原理可分為電磁式繼電器、感應式繼電器、熱繼電器和電子式繼電器等；按動作時間可 分為瞬時繼電器和延時繼電器等。
[0004]由于繼電器在控制電路中起著“自動開關”的作用，所以繼電器的工作狀態是否良 好、開關動作是否正確直接關系著控制動作是否能夠達到控制的目標。如果繼電器工作狀 態不好，就有可能導致控制失敗或錯誤控制，輕者造成質量事故，重者還有可能造成重大的 安全事故。
[0005]中國專利“一種電動車高壓系統的繼電器狀態檢測方法和裝置”(申請號: 201110041317.6)公開了一種按照電動車高壓系統中的繼電器的閉合和斷開的時序，根據 繼電器兩端的電壓和/或繼電器線圈電流判斷繼電器是處于正常的工作狀態還是處于故 障狀態。該發明較好的解決了電動車高壓繼電器的狀態檢測問題，但由于該發明需要預先 知道繼電器的閉合和斷開時序，才能診斷繼電器的狀態，因而對很多繼電器閉合和斷開時 序無法獲取的工作場景則不能適用。另外該方法只能判斷繼電器的正?；蚬收蟽煞N狀態無 法診斷故障的種類更無法預測故障隱患，它無法避免事故的發生。
【發明內容】
[0006]針對現有繼電器故障狀態監測與故障診斷方法及裝置的不
足，本發明提供了 一種繼電器狀態監測與故障診斷方法及裝置。通過 實時檢測控制系統回路和被控制系統回路信號的變化并對其進行分析處理從而得出 繼電器狀態和故障原因。該方法及裝置克服了現有檢測技術的不足，不但不需要知道繼電 器閉合和斷開的時序，而且還能預測故障的隱患，從而通過提前維修避免故障的發生。
[0007]本發明的一種繼電器狀態監測與故障診斷方法包括以下步驟:1.選取控制系統回路的電流、電壓、阻抗以及被控制系統回路的阻抗作為繼電器故 障診斷用的信號特征；
2.根據人工經驗或通過模式識別算法對所選取的故障信號特征樣本進行處理，獲取 用于繼電器狀態診斷的分類器，并求出每一類別的判別函數；
3.采集控制系統回路和被控制系統回路的相關參數信號；
4.對檢測到的控制系統回路和被控制系統回路信號進行分析、處理并提取信號特征， 利用這些特征和利用步驟2獲取的分類器對繼電器狀態進行分類得出診斷結果；
5.把狀態分析和診斷結果以及維修、保養建議呈現給相關工作人員。
[0008]進一步地，上述模式識別算法算法監督模式識別、非監督模式識別、、支持向量機、 人工神經網絡、故障樹中的任意一種。
[0009]本發明的一種繼電器狀態監測與故障診斷裝置包括:用于完成繼電器控制系統回 路信號采集功能的控制系統回路信號采集單元、用于完成繼電器被控制系統回路信號采集 功能的被控制系統回路信號采集單元、用于完成繼電器狀態監測與故障診斷功能的繼電器 狀態監測與故障診斷單元、用于完成繼電器狀態監控和呈現功能的繼電器狀態監控呈現單 元;
所述控制系統回路信號采集單元完成控制系統回路電信號的采集和發送，其與繼電 器狀態監測與故障診斷單元相連接，以與控制系統回路直接連接或以與控制系統回路非接 觸的電磁感應方式獲取控制系統回路信號；
所述被控制系統回路信號采集單元完成被控制系統回路信號的采集和發送，其與繼 電器狀態監測與故障診斷單元相連接，以與被控制系統回路直接連接或以被控制系統回路 非接觸的電磁感應方式獲取被控制系統回路信號；
所述繼電器狀態監測與故障診斷單元完成對控制系統回路信號、被控制系統回路信 號的處理，繼電器狀態分析和診斷功能，完成繼電器狀態、故障原因及處理建議信息的發 送，其與控制系統回路信號采集單元、被控制系統回路信號采集單元、繼電器狀態監控呈現 單元相連接；
所述繼電器狀態監控呈現單元完成繼電器狀態監控和呈現功能，其與繼電器狀態監 測與故障診斷單元相連接。
[0010]進一步地，所述控制系統回路信號采集單元、被控制系統回路信號采集單元、繼 電器狀態監測與故障診斷單元、繼電器狀態監控、呈現單元既可用軟件實現，也可用硬件實 現，既可與繼電器集成在一個物理實體內組成智能繼電器，也可一個或幾個組合在一起形 成一個或幾個物理實體。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是繼電器原理示意圖；
圖2是本發明的一種繼電器狀態監測與故障診斷裝置邏輯示意圖；
圖3是一種繼電器狀態監測與故障診斷裝置實施例邏輯示意圖；
圖4是另一種繼電器狀態監測與故障診斷裝置實施例邏輯示意圖。
【具體實施方式】[0012]下面以電磁繼電器為例詳述本發明實施例。
[0013]電磁繼電器主要由線圈、鐵芯、銜鐵、軛鐵、復位彈簧及兩組或多組簧片等組成。
[0014]電磁感應繼電器的被控制系統回路有兩種連接方法。一種是如圖3所示，被控制 系統回路連接到繼電器的常開端接線柱，另一種是如圖4所示，被控制系統回路連接到繼 電器的常閉端接線柱，兩種接法的工作原理剛好相反。電磁繼電器利用電磁感應原理進行 工作:在控制系統回路線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會有電流流過，從而產生電磁效 應，銜鐵就在電磁力吸引的作用下克服反彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與 常開觸點吸合，從而使繼電器被控制系統回路閉合(圖3連接方式)或斷開(圖4連接方式)。 當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力下返回原來的位置，使 動觸點與常閉觸點吸合，從而使繼電器被控制系統回路斷開(圖3連接方式)或閉合(圖4連 接方式)。這樣吸合、釋放從而達到被控制系統回路的導通/斷開的目的。
[0015]對于繼電器“常開” “常閉”可以這樣來區分；繼電器線圈未通電前處于斷開狀態 的為靜觸點，稱為“常開觸點”，處于接通狀態的靜觸點稱為“常閉觸點”。
[0016]如3、4圖所示，基于電磁繼電器的繼電器狀態監測與故障診斷裝置包括:電磁繼 電器、控制系統回路信號采集單元、被控制系統回路信號采集單元、繼電器負載、繼電器狀 態監測與故障診斷單元、繼電器狀態監控單元?？刂葡到y回路信號采集單元、被控制系統回 路信號采集單元通過以太網接口和TCP/IP協議或無線網絡與繼電器狀態監測與故障診斷 單元進行通信，繼電器狀態監測與故障診斷單元通過以太網接口或無線網絡與繼電器狀態 監控、呈現單元進行通信。
[0017]控制系統回路信號采集單元利用套裝在控制系統回路導線上的非接觸電磁感應 型電流傳感器檢測控制系統回路中電流變化，利用非接觸電磁感應型電壓傳感器檢測控制 系統回路兩接線端子間的電壓變化；控制系統回路信號采集單元把檢測到的電流信號和電 壓信號經過A/D轉換電路轉換成數字信號后通過以太網或無線網絡和TCP/IP協議發送給 繼電器狀態監測與故障診斷單元。
[0018]被控制系統回路信號采集單元通過套裝在被控制系統回路導線上的非接觸電磁 感應型電流傳感器檢測控制系統回路中電流變化，通過套裝在被控制系統回路導線上的非 接觸電磁感應型電壓傳感器檢測控制系統回路兩接線端子間的電壓變化。被控制系統回路 信號采集單元把檢測到的電流信號和電壓信號經過A/D轉換電路轉換成數字信號后通過 以太網或無線網絡和TCP/IP協議發送給繼電器狀態監測與故障診斷單元；繼電器狀態監 測與故障診斷單元接收到控制系統回路和被控制系統回路分別發送的電流和電壓信號后 對其進行處理求出同一時刻繼電器輸入端和輸出端的阻抗、瞬時功率等參數。所述的利用 電流和電壓求取阻抗、瞬時功率等參數的公式和方法與普通物理或電路學教科書上所述方 法相同。
[0019]為了敘述的方便，現設定檢測到的繼電器控制系統回路電壓為Vi，電流為Ii，阻 抗為Ri，被控制系統回路阻抗為Ro ;根據理論推導和實測得到的繼電器正常工作時的閉合 狀態下控制系統回路電壓為Vic,電流為lie,電阻為Ric,被控制系統回路阻抗為Roc,繼電 器斷開狀態下控制系統回路電壓為Vib，控制系統回路電流為Iib，阻抗為Rib，被控制系統 回路電壓阻抗為Rob。
[0020]下面，闡述該繼電器狀態監測與故障診斷方法的具體步驟:1.選取控制系統回路和被控制系統回路的電流、電壓、阻抗等參數作為對繼電器狀態 進行診斷的信號特征；
2.利用SVM支持向量機算法對已有繼電器狀態樣本進行處理獲取繼電器狀態分類 器。獲取的分類器及邊界如下:
(1)導通正常狀態:如果Vi>Vc且Vi〈l.5Vic且0.8Ric〈Ri〈l.2Ric則控制系統回路狀 態正常，這時如果Ro〈2Roc，則診斷繼電器工作處于導通正常狀態；
(2)線圈短路引起的控制系統回路故障:如果繼電器控制系統回路間電阻Ri〈0.5Ric, 則診斷繼電器控制系統回路存在故障，原因可能是由于控制系統回路線圈漆包線破損引起 的線圈短路；
(3)線圈短路引起的控制系統回路故障隱患:如果繼電器控制系統回路間電阻
0.5Rsc<Ri<0.8Ric,則診斷繼電器控制系統回路存在故障隱患，隱患原因可能是由于控制 系統回路線圈漆包線破損引起的線圈短路；
(4)控制系統回路接觸不好故障:如果繼電器控制系統回路間電阻1.5Ric〈Ri〈2Ric， 則診斷繼電器故障，故障，隱患原因可能是由于焊點虛焊、引出線或漆包線斷裂等引起的控 制系統回路接觸不好；
(5)控制系統回路接觸不好或斷路故障:如果繼電器控制系統回路間電阻Ri>2Ric，則 診斷繼電器故障，故障原因可能是由于焊點虛焊、引出線或漆包線斷裂等引起的控制系統 回路接觸不好或斷路故障；
(6)多余物、沾污、簧片斷裂及間隙調整不當等引起的被控制系統回路故障隱患: 如果0.5Vsc <Vi<l.5 Vic且0.8Ric〈Ri〈1.5Ric則控制系統回路狀態正常，這時如果 2Roc<Ro<10 Roc,則診斷繼電器被控制系統回路故障隱患，隱患原因可能是多余物、沾污、 簧片斷裂及間隙調整不當等；
(7)被控制系統回路加電后常開點接觸不好或不吸合故障:如果0.5Vsc<Vi<1.5 Vic 且0.8Ric〈Ri〈1.5Ric則控制系統回路狀態正常，這時如果Ro>10Roc，則診斷繼電器被控 制系統回路故障，故障原因可能是觸點沾污或燒蝕后接觸壓力變小、鍍層損壞氧化等引起 的加電后常開點接觸不好或不吸合；
(8)觸點粘連、多余物卡滯、簧片位移等引起的斷電后被控制系統常開點不釋放故障: 如果Vi〈Vb且Ii〈Ib則判定繼電器控制系統發出斷開信號，這時如果繼電器被控制系統回 路間阻抗Ro〈0.5Rob，則診斷繼電器工作狀態故障，故障原因可能是觸點粘連、多余物卡 滯、簧片位移等引起的斷電后常開點不釋放；
(9)斷開正常狀態:如果Vi〈Vb且Ii〈Ib則判定繼電器控制系統發出斷開信號，這時如 果繼電器被控制系統回路間阻抗Ro>0.5Rob,則診斷繼電器工作處于正常狀態；
3.利用霍爾電流傳感器和非接觸式電壓傳感器采集控制系統回路電流、電壓和阻抗 信號和被控制系統阻抗信號；
4.對檢測到的控制系統回路和被控制系統回路信號進行分析、處理提取信號特征并 利用這些特征和利用步驟I得到的分類器對繼電器狀態進行分類；分類的過程就是對提取 的繼電器當前信號特征與2獲取的分類器進行比較，特征值落到哪個類別的范圍就判定為 狀態屬于哪一類；
5.把狀態分析和診斷結果以及維修、保養建議等呈現給相關人員。繼電器狀態監測與故障診斷單元得到繼電器狀態結果后，把狀態結果和處理建議發送給繼電器狀態監控、 呈現單元。繼電器狀態監控、呈現單元對狀態結果進行存儲并以聲音、文本、圖像、圖表、視 頻等方式把結果和處理建議呈現給相關人員。
【權利要求】
1.一種繼電器狀態監測與故障診斷方法，其特征在于，具體包括以下步驟:步驟1.選取控制系統回路的電流、電壓、阻抗以及被控制系統回路的阻抗作為繼電器 故障診斷用的信號特征；步驟2.采用模式識別算法對所選取的故障信號特征樣本進行處理，獲取用于繼電器 狀態診斷的分類器，并求出每一類別的判別函數；步驟3.采集控制系統回路和被控制系統回路的相關參數信號；步驟4.對檢測到的控制系統回路和被控制系統回路信號進行分析、處理并提取信號 特征，利用這些特征和利用步驟2獲取的分類器對繼電器狀態進行分類；步驟5.把狀態分析和診斷結果以及維修、保養建議呈現給相關工作人員。
2.根據權利要求1所述的繼電器狀態監測與故障診斷方法，其特征在于，所述模式識 別算法包括監督模式識別方法、非監督模式識別方法、支持向量機、人工神經網絡、故障樹 中的任意一種。
3.一種實施權利要求1所述繼電器狀態監測與故障診斷方法的裝置，其特征在于包 括:用于完成繼電器控制系統回路信號采集功能的控制系統回路信號采集單元、用于完成 繼電器被控制系統回路信號采集功能的被控制系統回路信號采集單元、用于完成繼電器狀 態監測與故障診斷功能的繼電器狀態監測與故障診斷單元、用于完成繼電器狀態監控和呈 現功能的繼電器狀態監控呈現單元；所述控制系統回路信號采集單元完成控制系統回路電信號的采集和發送，其與繼電器 狀態監測與故障診斷單元相連接，以與控制系統回路直接連接或以與控制系統回路非接觸 的電磁感應方式獲取控制系統回路信號；所述被控制系統回路信號采集單元完成被控制系統回路信號的采集和發送，其與繼電 器狀態監測與故障診斷單元相連接，以與被控制系統回路直接連接或以被控制系統回路非 接觸的電磁感應方式獲取被控制系統回路信號；所述繼電器狀態監測與故障診斷單元完成對控制系統回路信號、被控制系統回路信號 的處理，繼電器狀態分析和診斷功能，完成繼電器狀態、故障原因及處理建議信息的發送， 其與控制系統回路信號采集單元、被控制系統回路信號采集單元、繼電器狀態監控呈現單 元相連接；所述繼電器狀態監控呈現單元完成繼電器狀態監控和呈現功能，其與繼電器狀態監測 與故障診斷單元相連接。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述控制系統回路信號采集單元、被控制 系統回路信號采集單元、繼電器狀態監測與故障診斷單元以及繼電器狀態監控呈現單元中 的每一個單元既可用軟件實現，也可用硬件實現。
5.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述控制系統回路信號采集單元、被控制 系統回路信號采集單元、繼電器狀態監測與故障診斷單元以及繼電器狀態監控呈現單元既 可與繼電器集成在一個物理實體內組成智能繼電器，也可一個或幾個組合在一起形成一個 或幾個物理實體。
【文檔編號】G01R31/327GK103439650SQ201310341099
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月7日 優先權日:2013年8月7日
【發明者】李雅婧 申請人:王巖
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
