1.本发明涉及电解加工自动化技术领域，具体是一种用于电解加工机床的故障诊断系统及诊断方法。
背景技术：2.目前，电解加工机床自动化程度不断提高，逐渐实现高产、高效。但是大多数电解机床障监测及诊断机制并不完善，只能识别简单故障。例如供液泵损坏、数控系统急停、加工电源故障等，而对于由加工电流、电导率、加工压力造成的故障不能有效识别，这无疑增加了事故和灾难的隐患，威胁着工作人员的人身安全。
3.在实际电解加工中，由于加工环境十分恶劣，当出现加工电流升高，电解液压力降低，电解液输送管道局部渗漏、过滤器堵塞等问题时，工人很难发现，往往是发生故障后才有所反应，这不仅给生产带来巨大损失,还造成原材料和能源的浪费。
4.因此，有必要设计一种用于电解加工机床的故障诊断系统及方法，以解决上述问题。
技术实现要素：5.本发明的目的在于提供一种用于电解加工机床的故障诊断系统及诊断方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于电解加工机床的故障诊断系统，包括监控单元、诊断单元和动作单元，所述监控单元包括传感器模块和数据采集模块，通过对电解过程中各个参数进行监测，并通过诊断单元对监测结果进行对比分析，判断各个加工阶段参数是否超限，进而保证诊断结果的准确性，所述诊断单元包括数据处理模块、故障诊断模块、故障追溯模块和模型训练模块，用于对出现的异常参数做出及时判断，所述动作单元根据诊断结果控制机床做出报警、停机、断电的相应动作。
7.作为本发明进一步的方案：所述传感器模块由液位传感器、电导率传感器、ph值传感器、分流器、电解液压力变送器和温度传感器组成，所述液位传感器安装于电解液储池的池盖上，所述液位传感器用于监测电解液储池中电解液的液位高低，所述电导率传感器安装于电解液储池的侧壁上，用于监测电解液的电导率，所述ph值传感器安装于电解液储池的侧壁上，用于监测电解液的ph值，所述分流器安装于机床阴极的供电线路中，用于监测加工过程中电流的变化，所述电解液压力变送器安装于电解液输送管过滤器进出口的位置，用于对过滤器进出口位置的电解液进行压力监测，所述温度传感器安装于电解液输送管的出水口，用于监测电解液的温度。
8.作为本发明进一步的方案：所述是对电解过程是否出现异常参数做出及时判断，即在加工过程中把监测的数据和数据库中存储的数据进行对比，若识别为加工故障，则把该数据作为故障模式存储，通过不断积累故障数据，将数据库不断丰富，从而提高诊断精度。
9.作为本发明进一步的方案：所述动作单元根据诊断单元得出的诊断结果判断故障严重程度做出及时响应，按故障严重等级从低到高依次做出报警、停止进给、切断电源等动作。
10.一种电解加工机床故障诊断方法，利用电解加工过程中加工电流、电解液工作压力等加工信息来识别电解加工过程故障发生，其包括以下步骤：
11.步骤一：采用多路传感器测量电解加工过程的加工信号，其中电解液池中的ph值通过ph值传感器监测；电解加工过程电流信号i通过分流器进行监测；电解液压力信号通过压力变送器监测；电解液的温度t通过温度传感器监测。
12.步骤二：对测得的信号进行信号处理，提取信息特征，其中从电流信号中提取的特征信息包括电流曲线、电流变化率di/dt，从电解液压力信号中提取的特征信息包括电解液瞬时工作压力p(t)、过滤器两端压力差δp(t)＝pi(t)-po(t)。
13.步骤三：通过多种识别和信息融合判定加工过程的状态，将采样数据建模并与数据库中存储的加工数据进行对比分析，为了使监控系统具有一定的鲁棒性在元素比较时设置一个偏置量，即系统的采样值在偏置量内则认为两者相似。
14.步骤四：若识别状态为故障状态，则按故障严重等级从低到高依次向诊断系统发出故障报警，控制机床停止进给，切断加工电源等动作信号。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于比对分析了电解加工中，电流变化率di/dt、电解液温度t、电解液ph值、电解液瞬时工作压力p(t)、过滤器两端压力差δp(t)＝pi(t)-po(t)、相似系数k等多个特征信息，综合多种信息从而判定故障状态更加快速且准确；因此当出现病槽、阳极故障、电解液输送管道堵塞、渗漏、电解电流过大甚至短路等故障时，通过该故障诊断系统及方法可以及时发现问题，能够有效避免故障的发生，不仅能保证安全生产和产品质量，而且还能减少因故障带来的材料浪费和能源消耗。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明诊断系统硬件连接示意图；
18.图2为本发明电解液存储池结构剖视图；
19.图3为本发明电解液存储池结构侧视图；
20.图4为本发明诊断系统结构框图；
21.图5为本发明诊断方法流程图。
22.图中：1、液位传感器，2、温度传感器，3、电导率传感器，4、ph值传感器，5、电解液进液口，6、电解液出液口，7、电解液压力送变器。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.如图1所示，一种用于电解加工机床的故障诊断系统的硬件连接图，由s7-300plc、模拟量输入模块、压力传感器、分流器、温度传感器、液位传感器、电导率传感器、tpo显示面板与数控系统ncu构建。
25.一种用于电解加工机床的故障诊断系统，包括监控单元、诊断单元与动作单元，其中监控单元包括传感器模块﹑数据采集模块；诊断单元包括故障诊断模块、故障追溯模块、模型训练模块；动作单元根据诊断结果控制机床做出报警、停机、断电等相应动作，各个模块分别执行相应的功能，可以分别对各个模块进行设计、调试,修改时也只需要根据要求修改对应的模块。
26.所述监控单元是对电解过程中各设备参数进行监控，各传感器安装位置分别如图2、图3所示，监控的参数包括：电解液液位高低、电解液瞬时工作压力、过滤器两端压力差、两极电流、电解液ph值、温度和电导率。
27.所述电解液压力信号通过压力变送器监测，如图4所示，在两条电解液输送管路上各安装了两个压力变送器，一个安装在过滤器的出口处，另一个安装在进口处，对过滤器进出口的压力进行监测。
28.所述电解加工电流信号通过分流器进行监测，图4所示，分流器串联在阴极供电线路中，它是根据电流通过电阻时在电阻两端产生压降的原理制成的，当有电流通过时产生压降，提供给直流电流表显示，分流器输出的最大电压一般为75mv，该信号为微弱信号，在分流两端接入毫伏信号处理模块，变换成4～20ma的标准电流信号。
29.所述电解液温度由温度传感器监测，如图2、图3所示，在诊断系统中，装有2个温度传感器，分别安装在电解液储存池和电解工作池的侧壁，监测两个池中的温度；测温时，应将测温探头电极完全与液体接触，不能让液面低于温度变送器的高度。
30.所述电解液ph值由ph值感器监测，如图2-4所示，在诊断系统中，装有2个ph值传感器，分别固定在电解液储存池和电解工作池的侧壁上，监测两个池中的ph值。
31.所述电解液液位由液位传感器监测，如图2所示，其安装与电解液储池的的池盖上，用于监测池中电解液的液位高低。
32.所述电解液电导率由电导率传感器监测，如图2-3所示，其安装于电解液存储池的侧壁上，用于监测电解液的电导率。
33.所述各传感器将测得的加工电流、电解液压力、温度、电导率、ph值等模拟信号，经模拟量输入模块，送入plc中经a/d转换后变成具体数值，与数据库中存储的参数进行比对分析，判断故障状态和类型，将诊断结果发送给机床控制单元，进而控制机床做出及时响应。
34.所述诊断单元在加工过程中把监测的实时数据和数据库中存储的正常加工数据进行对比分析，分析的过程也是训练的过程。若对比结果为加工故障，则把该数据作为故障模式存储，若对此无匹配结果且加工过程正常则把该加工过程存为一种新模式，通过不断积累故障数据，将数据库不断丰富，从而提高诊断精度。
35.所述数据库中存储的数据一部分来源于研究人员对试验中采集的数据的分析和归纳，另外一部分数据来源于的正式的电解加工。将每个加工过程对应的数据集以矩阵的
形式存储在数据库中，在每次加工结束后系统自动进行分析对比，不断更新数据集，进而使诊断更准确且高效。
36.所述诊断系统plc与机床控制单元ncu之间通过网络通讯转接模块连接通讯，从而根据诊断单元得出的诊断结果控制机床及时做出响应，按故障严重等级从低到高依次做出报警、停止进给、切断电源等动作。
37.所述一种用于电解加工机床的故障诊断方法，利用电解加工过程中加工电流、电解液工作压力、温度、电导率等加工信息来识别电解加工过程故障发生。
38.所述加工电流的主要特征信息是电流变化率，用di/dt表示，在正常加工过程中电流变化缓慢，当加工的间隙变小或发生加工短路时，加工电流会迅速上升，另外在加工中也会发生加工电流变小情况，这种情况多是故障产生的前兆，但在加工切入时，电流上升为正常现象，所以在设置阈值时根据不同的加工时间进行分段设计，在在加工切入阶段设定一个较高的阈值，在后面的加工过程中设定一个较小的阈值。
39.电解液特征信息主要有电解液工作压力、电导率、过滤器两端压力差等。
40.所述电解液工作压力包括：电解液输送管进口工作压力pi(t)和出口工作压力po(t)，其中pi(t)与po(t)在设定的压力值pi和po附近内微小波动时是系统正常现象，当电解液的压力下降或升高幅度大于一定值时说明电解液系统发生异常或加工间隙中发生了异常。
41.所述过滤器两端压力差即δp(t)＝pi(t)-po(t)，用于监控过滤器工作情况，电解液中的电解泥等电解产物就会附着在过滤网的表面，影响了电解液的通过造成电解液压力下降，严重时会影响电解加工进行。
42.诊断系统中利用这些特征信息作为分析电解液系统是否工作正常的依据。
43.具体诊断方法如下：
44.在数据库中以矩阵的形式存储了n个加工过程数据，用矩阵n表示为：
[0045][0046]
式中：xi(tj)表示加工过程n1的第i种特征信息在时刻j的正常加工参数；
[0047]
引入矩阵m来表示加工过程的采样数据，矩阵m表示为：
[0048]
[0049]
式中：yi(tj)表示加工过程m1的第i种特征信息在时刻j的采样数据；
[0050]
当系统采样一个数据yi(tj)时把该数据与数据库存储的矩阵ni进行数据匹配，若采样数据与ni中的xi(tj)数据相似时则把相似矩阵mi中的yi(tj)置1，不相似则置0，则比较后的矩阵m应为一个单位矩阵；由于加工系统稳定性的原因，加工参数具有一定的摄动性，为了使监控系统具有一定的鲁棒性，在元素比较时设置一个偏置量δx，即系统的采样值在yi(tj)-δx≤yi(tj)≤yi(tj)+δx内则认为两者相似。
[0051]
为了比较加工过程和模式的相似程度引入相似系数k,其计算公式为：
[0052][0053]ki
反映了加工过程中m个采样数据与已有加工数据之间的匹配程度，ki值应在0～1之间，数值越大说明相似度越高，存在越合理，故障出现的机率小，设置一个k的阈值，当ki≤k,时则判断为故障模式。
[0054]
在同一加工参数矩阵n中每个ki均同时运算对比，一但低于阈值则立即发出警报，根据故障严重程度采取报警、停止进给、切断电源等措施。
[0055]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0056]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
技术特征：1.一种用于电解加工机床的故障诊断系统，包括监控单元、诊断单元和动作单元，其特征在于：所述监控单元包括传感器模块和数据采集模块，通过对电解过程中各个参数进行监测，并通过诊断单元对监测结果进行对比分析，判断各个加工阶段参数是否超限，进而保证诊断结果的准确性，所述诊断单元包括数据处理模块、故障诊断模块、故障追溯模块和模型训练模块，用于对出现的异常参数做出及时判断，所述动作单元根据诊断结果控制机床做出报警、停机、断电的相应动作。2.根据权利要求1所述的一种用于电解加工机床的故障诊断系统，其特征在于：所述传感器模块由液位传感器、电导率传感器、ph值传感器、分流器、电解液压力变送器和温度传感器组成，所述液位传感器安装于电解液储池的池盖上，所述液位传感器用于监测电解液储池中电解液的液位高低，所述电导率传感器安装于电解液储池的侧壁上，用于监测电解液的电导率，所述ph值传感器安装于电解液储池的侧壁上，用于监测电解液的ph值，所述分流器安装于机床阴极的供电线路中，用于监测加工过程中电流的变化，所述电解液压力变送器安装于电解液输送管过滤器进出口的位置，用于对过滤器进出口位置的电解液进行压力监测，所述温度传感器安装于电解液输送管的出水口，用于监测电解液的温度。3.根据一种用于电解加工机床的故障诊断系统所衍生出的一种用于电解加工机床的故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：采用传感器模块测量电解加工过程中的加工信号；步骤二：对测量得到的信号进行信号处理，提取特征信息；步骤三：通过识别的信息融合判定加工过程的故障状态：步骤四：若识别状态为故障状态，则发出故障报警信号，控制机床停止进给，切断加工电源。根据权利要求3所述的一种用于电解加工机床的故障诊断方法，其特征在于：在步骤二中，通过提取电流变化率、电解液温度、电解液ph值、电解液瞬时工作压力、过滤器两端压力差的特征信息，来综合判定故障状态。4.根据权利要求3所述的一种用于电解加工机床的故障诊断方法，其特征在于：将加工过程中监测得到的参数与数据库中存储的正常加工参数进行对比，若识别为加工故障，则根据故障严重程度做出及时响应，按故障严重等级从低到高依次做出报警、停止进给、切断电源等动作。5.根据权利要求3所述的一种用于电解加工机床的故障诊断方法，其特征在于：所述诊断单元在数据库中以矩阵的形式存储n个加工过程数据，用矩阵n表示为：
式中：x
i
(t
j
)表示加工过程n1的第i种特征信息在时刻j的正常加工参数；引入矩阵m来表示加工过程的采样数据，矩阵m表示为：式中：y
i
(t
j
)表示加工过程m1的第i种特征信息在时刻j的采样数据；当系统采样一个数据y
i
(t
j
)时把该数据与数据库存储的矩阵n
i
进行数据匹配，若采样数据与n
i
中的x
i
(t
j
)数据相似时则把相似矩阵m
i
中的y
i
(t
j
)置1，不相似则置0，则比较后的矩阵m应为一个单位矩阵，由于加工系统稳定性的原因，加工参数具有一定的摄动性，为了使监控系统具有一定的鲁棒性，在元素比较时设置一个偏置量δx，即系统的采样值在y
i
(t
j
)-δx≤y
i
(t
j
)≤y
i
(t
j
)+δx内则认为两者相似；为了比较加工过程和模式的相似程度引入相似系数k,其计算公式为：其中，k
i
反映了加工过程中m个采样数据与已有加工数据之间的匹配程度，k
i
值应在0～1之间，数值越大说明相似度越高，存在越合理，故障出现的机率小，设置一个k的阈值，当k
i
≤k,时则判断为故障模式，在同一加工参数矩阵n中每个k
i
均同时运算对比，一但低于阈值则立即发出警报，根据故障严重程度采取报警、停止进给、切断电源等措施。
技术总结本发明公开了一种用于电解加工机床的故障诊断系统及方法，该系统分为监控单元、诊断单元与动作单元，监控单元对电解加工关键参数进行监测，其中包括传感器模块﹑数据采集模块；诊断单元对出现的异常参数做出及时判断，其中包括故障诊断模块、故障追溯模块、模型训练模块；动作单元根据诊断结果控制机床做出报警、停机、断电等相应动作，本发明的有益效果：通过该故障诊断系统及方法可以及时发现问题，能够有效避免故障的发生，不仅能保证安全生产和产品质量，而且还能减少因故障带来的材料浪费和能源消耗。能源消耗。能源消耗。
技术研发人员：王福元 顾聪聪
受保护的技术使用者：盐城工学院
技术研发日：2022.04.19
技术公布日：2022/7/5
