一种垃圾传输设备边缘状态关联故障诊断预警方法与流程

本发明涉及设备故障诊断，具体为一种垃圾传输设备边缘状态关联故障诊断预警方法。

背景技术：

1、垃圾传输系统通常利用抽吸动力设备在传输管道内形成负压或气流，使投入垃圾投放端的垃圾经阀门、支路管道和主管道输送至垃圾收集端。该类系统一般包括抽吸动力设备、垃圾投放端、传输管道、切换阀或隔离阀、密封门、压力测点以及控制设备。由于传输路径较长、管道分支较多且各投放端按照运行需求交替接入，不同阀门状态下形成的实际传输通路存在差异，其运行压力、压力响应速度和抽吸动力设备负载也随垃圾投放状态及环境条件发生变化。

2、垃圾传输系统运行过程中可能出现管道堵塞或流通阻力增大、阀门开闭不到位、投放端或管道接口密封失效、压力传感器故障以及抽吸动力设备驱动或性能异常等故障。不同故障可能表现出相近的压力降低、负压不足、抽吸动力设备电流变化或垃圾输送时间延长等现象。例如，管道堵塞和阀门未完全开启均可能导致局部压力差增大；密封泄漏和抽吸动力设备性能下降均可能导致抽吸能力不足；压力测点漂移或数据冻结还可能产生与真实设备故障相似的异常数据。因此，仅依据一个压力测点或单一设备参数是否超过固定阈值，通常难以准确区分故障原因。

3、现有垃圾传输设备监控方式主要包括在线阈值报警和离线人工检查。在线阈值报警通常将压力、电流、温度或阀门状态分别与预设阈值进行比较，在参数越限时生成报警。该方式虽然能够发现明显异常，但各监测参数之间缺少基于当前传输通路的关联分析，不能有效判断异常发生在抽吸动力设备、管道、阀门、密封部位还是传感器本身，也难以确定异常所在的管道区段。固定阈值还容易受到抽吸频率、垃圾投放状态、阀门组合和环境压力变化的影响，导致误报警或漏报警。

4、离线人工检查通常在输送能力明显下降或系统停机后，通过逐段检查管道、人工操作阀门或者更换疑似故障部件排查故障。对于具有多个支路和投放端的垃圾传输系统，人工排查范围大、耗时长，并可能需要停止多个投放端运行。当堵塞、阀门卡滞或密封泄漏处于早期阶段时，其参数变化可能尚未达到固定报警阈值，人工检查也难以及时发现，容易使异常进一步发展为完全堵塞或设备过载。

5、此外，垃圾传输系统在抽吸动力设备频率变化时，各压力测点会产生相应的动态压力响应。正常情况下，该压力响应沿当前连通的传输通路在相邻压力测点之间呈现与运行工况相对应的响应方向、幅度传递关系、响应时间关系和稳态压力差。发生管道阻力增大、阀门异常或密封异常后，上述关联关系会发生变化。然而，现有技术通常侧重于监测频率变化前后的单点稳态压力，未充分利用频率变化引起的多测点动态响应关系，也未针对不同频率变化方向和不同有效传输通路分别建立正常参照，因而容易将正常工况变化误判为故障。

6、部分监控系统依赖云端平台汇总和分析设备数据。当垃圾传输现场与云端之间发生通信中断或网络延迟时，异常判断、预警发送和安全处置可能无法及时完成。对于管道严重堵塞、抽吸动力设备异常或设备参数超过安全边界等情况，若不能在现场及时判断并执行投放限制、通路切换或停机处置，可能导致管道堵塞范围扩大、动力设备过载或者垃圾滞留。

技术实现思路

1、基于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种垃圾传输设备边缘状态关联故障诊断预警方法，以解决上述技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种垃圾传输设备边缘状态关联故障诊断预警方法，包括：

3、根据抽吸动力设备、垃圾投放端、管道、阀门和压力测点的连接关系建立设备拓扑，确定当前阀门状态对应的有效传输通路，按相邻有效压力测点划分监测区段；

4、根据有效传输通路和运行工况读取增频方向、减频方向各自的正常响应指纹，正常响应指纹包括源端状态响应范围及各监测区段的压力响应方向、幅度传递系数、响应时间增量和稳态有效压力差范围；

5、在被动监测参数持续异常且未达到停机边界时，选取基准工况匹配的自然增频事件和自然减频事件，或控制抽吸动力设备相对同一基准频率执行增频微扰和减频微扰，形成成对诊断事件；

6、采集两个方向诊断事件下的源端状态和压力响应；源端诊断条件不满足时进行源端异常归因，源端激励有效时提取各监测区段的压力响应方向，计算实际幅度传递系数、响应时间增量和稳态有效压力差；

7、将实际响应特征与同工况、同方向的正常响应指纹比较，将两个方向均出现响应传递异常的监测区段确定为候选异常区段；近源压力测点形成有效响应而有效的远源压力测点未在规定时间内形成响应时，将对应监测区段确定为响应中断候选区段；

8、结合源端状态、阀门反馈、密封状态和压力测点有效性，对源端异常、候选异常区段和响应中断候选区段进行故障归因，输出故障区段、故障类型、异常等级和边缘处置指令。

9、本发明进一步设置为，设备拓扑以抽吸动力设备、垃圾投放端、阀门、压力测点和管道汇合位置作为节点，以节点之间的管道连接作为边；

10、有效传输通路为当前连通的垃圾投放端与抽吸动力设备之间的拓扑路径；

11、有效传输通路上不存在其他有效压力测点的两个压力测点为相邻压力测点，两个相邻压力测点之间的管道、弯头、接头和阀门构成一个监测区段；

12、靠近抽吸动力设备的压力测点为近源压力测点，另一压力测点为远源压力测点。

13、本发明进一步设置为，按照抽吸动力设备至垃圾投放端的方向排列监测区段并形成诊断遍历顺序，诊断遍历顺序独立于垃圾实际输送方向；

14、在一条有效传输通路存在连续多个候选异常区段时，将按照诊断遍历顺序最先出现异常的监测区段确定为首异常区段；

15、在多条有效传输通路的首异常区段位于共同管段时，将共同管段确定为公共候选异常区段，否则分别保留各支路的候选异常区段。

16、本发明进一步设置为，压力测点的有效压力为压力测量值与环境压力之差的绝对值；

17、压力响应方向为诊断事件后的稳定有效压力相对于诊断事件前基准有效压力的变化方向；

18、压力响应幅度为稳定有效压力与基准有效压力之差的绝对值；

19、响应时间为实际频率偏离基准频率达到频率变化识别阈值至压力响应达到稳定变化量预设比例的时间；

20、幅度传递系数为远源压力测点与近源压力测点的压力响应幅度之比；

21、响应时间增量为远源压力测点与近源压力测点的响应时间之差；

22、稳态有效压力差为同一稳定时间窗内两个相邻压力测点的有效压力差值的绝对值。

23、本发明进一步设置为，正常响应指纹按照有效传输通路、基准频率区间、垃圾投放状态、阀门组合和环境压力区间建立，增频方向和减频方向的正常响应指纹分别存储；

24、源端状态响应范围包括控制频率、实际频率、转速、电流和源端有效压力之间的正常对应关系；

25、正常响应指纹仅采用经确认的无故障运行数据更新，在异常、检修、部件更换及传感器失效期间冻结更新，在部件更换后重新建立对应正常响应指纹。

26、本发明进一步设置为，对于自然增频事件和自然减频事件，两个事件的有效传输通路、阀门组合、垃圾投放状态、基准频率、环境压力和源端负载分别处于对应匹配范围内，频率变化方向相反，频率变化幅值和持续时间处于预设配对误差范围内；

27、对于增频微扰和减频微扰，两个微扰相对于同一基准频率的变化幅值处于预设匹配范围内，第一方向微扰完成后恢复至基准频率，待源端有效压力、抽吸动力设备电流和近源压力恢复至各自基准容差范围并持续达到稳定时间后，执行第二方向微扰。

28、本发明进一步设置为，边缘网关验证源端诊断条件包括：

29、控制频率、实际频率、转速或近源压力数据存在通信中断、数据冻结、量程越限或自检故障时，确定为源端检测异常，不使用对应诊断事件进行监测区段诊断；

30、实际频率未达到目标频率范围或转速未跟随实际频率时，确定为源端控制响应异常；

31、实际频率和转速正常，近源压力响应方向与正常响应指纹不一致或压力响应幅度未达到可识别阈值时，确定为源端压力响应异常；

32、实际频率达到目标频率范围、转速跟随正常、近源压力响应方向一致且压力响应幅度达到可识别阈值时，确定源端激励有效。

33、本发明进一步设置为，在一个方向的有效源端激励下，满足以下任一条件时，判定监测区段出现响应传递异常：

34、近源压力测点或远源压力测点的压力响应方向与对应正常响应指纹不一致；

35、实际幅度传递系数低于对应正常范围下限、实际响应时间增量高于对应正常范围上限和实际稳态有效压力差高于对应正常范围上限三项中至少两项成立；

36、同一监测区段在增频方向和减频方向均出现响应传递异常时，确定为候选异常区段；仅在一个方向出现响应传递异常时，确定为待复核区段；响应中断的判定还要求近源压力测点已形成有效响应，远源压力测点处于有效状态且在正常响应指纹限定的最大响应时间内未形成可识别响应。

37、本发明进一步设置为，故障归因包括：

38、压力测点出现通信中断、数据冻结、量程越限、自检故障或阶跃突变，且跨越该压力测点的其他有效压力测点之间保持连续响应关系时，判定为压力测点故障；

39、阀门控制指令与位置反馈不一致，或阀门动作时间或驱动电流超出正常范围时，判定为阀门故障；

40、密封门位置、密封压力或泄漏流量中的至少一项超出正常范围时，判定为密封故障；

41、实际频率未跟随控制频率或转速未跟随实际频率，且对应检测信号有效时，判定为抽吸动力设备驱动故障；

42、实际频率和转速正常，源端有效压力响应低于正常范围且电流、振动或温度中的至少一项偏离正常范围，在排除压力测点故障、阀门故障和密封故障时，判定为抽吸动力设备性能故障；

43、排除抽吸动力设备故障、压力测点故障、阀门故障和密封故障后，候选异常区段在两个方向下的稳态有效压力差均高于对应正常范围时，判定为管道流通阻力异常；响应中断候选区段在两个方向均出现响应中断时，判定为严重管道堵塞；

44、不能满足任一完整归因条件时，输出未确定故障。

45、本发明进一步设置为，根据响应特征偏离程度、异常持续时间、重复诊断结果和故障影响范围，将异常划分为提示级、预警级和紧急级；

46、单方向异常确定为提示级并等待复核，同一归因结果经两次成对诊断事件确认时确定为预警级，严重管道堵塞、设备参数超过安全边界或安全联锁触发时确定为紧急级；

47、对于预警级异常，限制对应垃圾投放端继续投放，或在存在经验证的备用通路时切换至不经过故障区段的备用通路；

48、对于紧急级异常，仅在设备参数未超过继续抽吸安全边界且有效传输通路具备清空条件时执行管道清空，否则停止垃圾投放并停止抽吸动力设备；

49、边缘网关在云端通信中断时继续执行本地诊断和安全处置，校验每一步处置的设备状态反馈，未取得预期反馈时停止后续动作并发送处置失败信息。

50、本发明提供一种垃圾传输设备边缘状态关联故障诊断预警方法，通过根据抽吸动力设备、垃圾投放端、管道、阀门和压力测点的连接关系建立设备拓扑，确定当前阀门状态对应的有效传输通路，按相邻有效压力测点划分监测区段；根据有效传输通路和运行工况读取增频方向、减频方向各自的正常响应指纹，正常响应指纹包括源端状态响应范围及各监测区段的压力响应方向、幅度传递系数、响应时间增量和稳态有效压力差范围；在被动监测参数持续异常且未达到停机边界时，选取基准工况匹配的自然增频事件和自然减频事件，或控制抽吸动力设备相对同一基准频率执行增频微扰和减频微扰，形成成对诊断事件；采集两个方向诊断事件下的源端状态和压力响应；源端诊断条件不满足时进行源端异常归因，源端激励有效时提取各监测区段的压力响应方向，计算实际幅度传递系数、响应时间增量和稳态有效压力差；将实际响应特征与同工况、同方向的正常响应指纹比较，将两个方向均出现响应传递异常的监测区段确定为候选异常区段；近源压力测点形成有效响应而有效的远源压力测点未在规定时间内形成响应时，将对应监测区段确定为响应中断候选区段；结合源端状态、阀门反馈、密封状态和压力测点有效性，对源端异常、候选异常区段和响应中断候选区段进行故障归因，输出故障区段、故障类型、异常等级和边缘处置指令，产生的有益效果包括：

51、1、通过依据当前阀门状态重构有效传输通路，并对相邻有效压力测点之间的响应传递关系进行区段化分析，能够将系统级参数异常定位至对应监测区段，缩小故障排查范围，提高管道流通阻力异常及严重堵塞的定位效率；

52、2、通过将同一基准工况下增频方向和减频方向的压力响应方向、幅度传递系数、响应时间增量及稳态有效压力差进行关联验证，并结合源端、阀门、密封和压力测点状态实施排除式归因，能够减少工况波动及传感器异常引起的误判，提高不同故障类型的识别准确性；

53、3、通过边缘网关在现场完成诊断、分级预警和处置决策，并根据异常等级执行投放限制、备用通路切换、管道清空或安全停机，使系统在云端通信中断时仍保持本地自治能力，提高故障处置的及时性和垃圾传输设备的运行安全性。

54、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。