一种带预测性维护的乳化液智能配比系统及控制方法与流程

本发明属于煤矿综采工作面液压支架供液系统，具体涉及一种带预测性维护的乳化液智能配比系统及控制方法。

背景技术：

1、现有乳化液自动配比系统普遍存在以下技术缺陷：

2、（1）、仅依靠浓度传感器实现闭环调节，控制滞后，易出现浓度超调与振荡。

3、（2）、水泵、油泵长期运行出现磨损、容积效率下降后，配比精度持续漂移，无法自动修正。

4、（3）、缺乏对泵磨损、滤芯堵塞、管路泄漏的预测性判断，只能事后报警。

5、（4）、维护依赖人工定期检修，无法实现预测性维护。

6、（5）、无法区分流量异常是由磨损、堵塞、泄漏还是工况波动引起，补偿精度低、可靠性差。

7、传统配比系统泵存在老化漂移、故障事后报警、配比精度易衰减的问题，不能实现全生命周期浓度稳定控制与预测性维护，煤矿井下无人化智能供液场景适配性较差。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决上述问题，提供一种实现泵全生命周期高精度稳定运行，自适应修正油配比系数，补偿泵磨损流量衰减，基于多物理量融合诊断、泵磨损健康评估、动态配比系数修正，带预测性维护的乳化液智能配比系统及控制方法。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种带预测性维护的乳化液智能配比系统，包括配比执行机构、多维度感知单元和边缘防爆控制系统，所述配比执行机构包括变频水泵、变频油泵、比例调节阀或计量泵中的至少一种；所述多维度感知单元为集成于井下防爆采集分站内部的模块化单元，其硬件包含乳化液浓度传感器、电磁流量计、压力变送器、温度传感器、液位变送器、电机电流互感器、运行计时模块及启停计数模块，多维度感知单元用于采集乳化液浓度、水/油流量、管路压力、过滤器压差、介质温度、液位、泵电机电流、累计运行时长及启停次数；所述边缘防爆控制系统包括边缘计算单元、预测维护单元和自适应配比控制单元，边缘计算单元用于对采集信号进行数据滤波、异常值剔除及特征值提取；所述预测维护单元用于泵磨损状态监测、过滤器堵塞预测、浓度漂移趋势预测及管路异常状态识别；所述自适应配比控制单元用于根据泵健康状态动态修正水油配比系数，实现流量补偿与浓度稳定控制。

3、优选地，所述泵磨损状态监测通过以下四项特征参数实现：流量衰减率，电流波动畸变率，出口压力脉动值，寿命累积损耗系数；泵磨损状态检测的具体过程为：在相同转速工况下，先读取泵的理论流量，再通过流量计采集实际流量计算流量衰减率；在同一个滑动采集窗口内，采集电机电流的最大值、最小值、平均值计算电流波动畸变率，同时采集泵出口压力的最大值与最小值得到压力脉动值；再读取感知单元记录的累计运行时长t、累计启停次数n，结合试验标定好的、，计算寿命累积损耗系数；最后综合四项参数共同判定泵的磨损程度。

4、优选地，所述泵的健康度模型为：，其中、、为非线性指数，~ 为通过泵全生命周期数据回归标定的加权系数，采用独立非线性变换以消除多重共线性并提升早期磨损识别灵敏度。

5、优选地，所述过滤器堵塞预测采用流量归一化判据：计算压差与平均流量的比值，再计算其变化率，以消除流量波动影响。

6、优选地，所述流量补偿采用前馈和反馈协同控制，将浓度偏差稳定控制在±0.2%以内。

7、优选地，所述浓度稳定控制采用预测和反馈双闭环，控制周期默认为200ms，可根据工况在100ms~500ms范围内调节。

8、本发明还公开了一种带预测性维护的乳化液智能配比控制方法，包括以下步骤：

9、s1、系统初始化：加载目标浓度（3%–5%）、额定流量、额定压力、传感器阈值等参数；

10、s2、实时采集多维度数据：通过多维度感知单元每200ms 采集一次全部参数；

11、s3、数据预处理：执行滑动窗口滤波、异常值剔除及特征值提取；

12、s4、泵磨损健康度计算：代入非线性模型计算泵健康度，判定磨损等级；

13、s5、浓度漂移预测：通过浓度漂移预测模型计算未来浓度变化趋势；

14、s6、动态修正配比系数：根据泵健康度计算补偿系数，修正水油配比系数；

15、s7、执行机构调节：基于修正后的配比系数，调节泵转速或阀门开度，实现前馈补偿+反馈微调；

16、s8、分级预警与维护提示：根据健康度评分输出绿灯（健康）、黄灯（注意）、橙灯（预警）、红灯（故障）分级预警，生成维护工单；

17、s9、循环执行：返回步骤s2，持续闭环控制。

18、本发明的有益效果是：

19、1、本发明所提供的一种带预测性维护的乳化液智能配比系统，在煤矿综采工作面连续运行6个月，现场运行统计显示，较原有传统配比系统，滤芯堵塞、泵磨损故障、浓度超标等总故障发生频次下降60%。

20、2、本发明采用解耦非线性健康度模型，无多重共线性问题，早期磨损识别灵敏度高，实现泵磨损的非侵入式、高精度监测。

21、3、本发明流量补偿采用前馈加反馈双闭环协同控制，浓度控制精度稳定在±0.2%，解决传统系统“泵一旧、浓度即飘”的行业痛点。

22、4、本发明实现乳化液浓度在泵全生命周期内的稳定控制，不受泵老化、磨损、效率下降的影响。

23、5、本发明整合过滤器堵塞预测、管路异常识别等功能，实现预测性维护，显著降低突发故障与停机风险，减少人工维护成本。

24、6、本发明所有预测、计算、控制逻辑均通过边缘计算在本地完成，断网状态下仍可稳定运行，适配煤矿井下无网络或弱网络环境。

25、7、本发明可有效区分泵磨损、管路堵塞、泄漏等不同异常工况，避免误动作，提升系统运行可靠性。

1.一种带预测性维护的乳化液智能配比系统，其特征在于：包括配比执行机构、多维度感知单元和边缘防爆控制系统，所述配比执行机构包括变频水泵、变频油泵、比例调节阀或计量泵中的至少一种；所述多维度感知单元为集成于井下防爆采集分站内部的模块化单元，其硬件包含乳化液浓度传感器、电磁流量计、压力变送器、温度传感器、液位变送器、电机电流互感器、运行计时模块及启停计数模块，多维度感知单元用于采集乳化液浓度、水/油流量、管路压力、过滤器压差、介质温度、液位、泵电机电流、累计运行时长及启停次数；所述边缘防爆控制系统包括边缘计算单元、预测维护单元和自适应配比控制单元，边缘计算单元用于对采集信号进行数据滤波、异常值剔除及特征值提取；所述预测维护单元用于泵磨损状态监测、过滤器堵塞预测、浓度漂移趋势预测及管路异常状态识别；所述自适应配比控制单元用于根据泵健康状态动态修正水油配比系数，实现流量补偿与浓度稳定控制。

2.根据权利要求1所述的一种带预测性维护的乳化液智能配比系统，其特征在于：所述泵磨损状态监测通过以下四项特征参数实现：流量衰减率，电流波动畸变率，出口压力脉动值，寿命累积损耗系数；泵磨损状态检测的具体过程为：在相同转速工况下，先读取泵的理论流量，再通过流量计采集实际流量计算流量衰减率；在同一个滑动采集窗口内，采集电机电流的最大值、最小值、平均值计算电流波动畸变率，同时采集泵出口压力的最大值与最小值得到压力脉动值；再读取感知单元记录的累计运行时长t、累计启停次数n，结合试验标定好的、，计算寿命累积损耗系数；最后综合四项参数共同判定泵的磨损程度。

3.根据权利要求1所述的一种带预测性维护的乳化液智能配比系统，其特征在于：所述泵的健康度模型为：，其中、、为非线性指数， ~ 为通过泵全生命周期数据回归标定的加权系数，采用独立非线性变换以消除多重共线性并提升早期磨损识别灵敏度。

4.根据权利要求1所述的一种带预测性维护的乳化液智能配比系统，其特征在于：所述过滤器堵塞预测采用流量归一化判据：计算压差与平均流量的比值，再计算其变化率，以消除流量波动影响。

5.根据权利要求1所述的一种带预测性维护的乳化液智能配比系统，其特征在于：所述流量补偿采用前馈和反馈协同控制，将浓度偏差稳定控制在±0.2%以内。

6.根据权利要求1所述的一种带预测性维护的乳化液智能配比系统，其特征在于：所述浓度稳定控制采用预测和反馈双闭环，控制周期默认为200ms，可根据工况在100ms~500ms范围内调节。

7.一种根据权利要求1-6所述一种带预测性维护的乳化液智能配比控制方法，其特征在于，包括以下步骤：