致动器预测系统.pdf

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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201380032344.4 (22)申请日 2013.04.19 61/636,431 2012.04.20 US 13/838,253 2013.03.15 US F15B 15/28(2006.01) F15B 15/14(2006.01) (71)申请人肯特泰伯 地址美国威斯康星州 (72)发明人肯特泰伯 (74)专利代理机构上海专利商标事务所有限公 司 31100 代理人何焜 (54) 发明名称 致动器预测系统 (57) 摘要 一种致动器系统包括活塞-气缸配置，其包 括可相对于气缸移动的活塞。第一流动路径与活 塞气缸配置流体连通。

2、且第二流动路径与活塞气缸 配置流体连通。控制系统可作用以将第一流动路 径流体连接至高压流体源并将第二流体路径连接 至排管以沿第一方向移动活塞。压力传感器流体 地连接至第一流动路径并可作用以在活塞移动期 间测量足够的压力数据以产生压力相对于时间曲 线。控制系统可作用以将所产生的压力相对于时 间曲线与存储在控制系统中的已知标准压力相对 于时间曲线进行比较，以确定活塞气缸配置的状 态。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.12.18 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2013/037393 2013.04.19 (87)PCT国际申请的公布数据 WO201。

3、3/159008 EN 2013.10.24 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书8页 附图16页 (10)申请公布号 CN 104395615 A (43)申请公布日 2015.03.04 CN 104395615 A 1/2页 2 1.一种致动器系统，包括： 活塞-气缸配置，其包括可相对于气缸移动的活塞； 与所述活塞-气缸配置流体连通的第一流动路径； 与所述活塞-气缸配置流体连通的第二流动路径； 控制系统，其可作用以将第一流动路径流体连接至高压流体源并将第二流体路径连接 至排管以沿第一方向移动活塞； 压力传感器，其流体连。

4、接至第一流动路径并可作用以在活塞移动过程中测量足够的压 力数据以产生压力相对于时间曲线，所述控制系统可作用以将所产生的压力相对于时间曲 线与被存储在控制系统中的已知标准压力相对于时间曲线相比较以确定所述活塞-气缸 配置的状态。 2.如权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，所述气缸限定内部空间并且所述活 塞将所述内部空间分割成与所述第一流动路径流体连通的第一侧和与所述第二流动路径 流体连通的第二侧。 3.如权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，还包括耦合至活塞以抑制所述活塞 和所述气缸之间的流体流动的活塞密封件，所述控制系统可作用以基于所产生的压力相对 于时间曲线与存储在控制系统中的已知标准。

5、压力相对于时间曲线的比较而预测所述活塞 密封件的故障。 4.如权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，还包括轴，所述轴耦合至活塞并包括 抑制所述轴和所述气缸之间的流体流动的轴密封件，所述控制系统可作用以基于所产生的 压力相对于时间曲线与存储在控制系统中的已知标准压力相对于时间曲线的比较而预测 所述轴密封件的故障。 5.如权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，所述压力传感器可作用从而以至少 每秒1000个数据点的速率测量数据。 6.如权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，所述压力传感器可作用从而以 0.01psi的精度测量压力数据。 7.如权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，所述活塞-气。

6、缸配置是气压活塞-气 缸配置。 8.如权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，所述控制系统包括微处理器和存储 器设备，并且所述已知标准压力相对于时间曲线是在一个或多个最初工作循环期间针对所 述活塞-气缸配置产生的并被存储在所述存储器设备中。 9.一种致动器系统，包括： 气缸，所述气缸限定内部空间并包括被布置在所述空间的第一端附近的第一流体端口 以及在所述空间的第二端附近的第二流体端口； 活塞，所述活塞被设置在内部空间内并可作用以将所述空间分成第一侧和第二侧，所 述第一侧与第一流体端口流体连通而所述第二侧与第二流体端口流体连通； 工作部件，所述工作部件耦合至活塞并可作用以响应于所述活塞的移动而进。

7、行工作； 控制系统，其可作用以选择性地将所述第一流体端口流体连接至压力源和排管之一并 将所述第二流体端口流体连接至排管和压力源中的另一个，以选择性地将活塞移离所述第 一端口以及移向所述第一端口；以及 权 利 要 求 书CN 104395615 A 2/2页 3 压力传感器，与所述第一侧流体连通并可作用以在活塞移动期间测量压力数据，所述 控制系统可作用以将测得的压力数据与已知标准相比较以确定系统的状态。 10.如权利要求9所述的致动器系统，其特征在于，所述测得的压力数据被编辑成所产 生的压力相对于时间曲线，并且所述已知标准包括被存储在控制系统中的已知标准压力相 对于时间曲线。 11.如权利要求9。

8、所述的致动器系统，其特征在于，还包括耦合至活塞以抑制所述活塞 和所述气缸之间的流体流动的活塞密封件，所述控制系统可作用以基于所述测得的压力数 据与所述已知标准的比较而预测所述活塞密封件的故障。 12.如权利要求9所述的致动器系统，其特征在于，所述工作部件包括延伸穿过所述气 缸的轴以及抑制所述轴和所述气缸之间的流体流动的轴密封件，所述控制系统可作用以基 于所述测得的压力数据与已知标准的比较预测所述轴密封件的故障。 13.如权利要求9所述的致动器系统，其特征在于，所述压力传感器可作用从而以至少 每秒1000个数据点的速率测量数据。 14.如权利要求9所述的致动器系统，其特征在于，所述压力传感器可作。

9、用从而以 0.01psi的精度测量压力数据。 15.如权利要求9所述的致动器系统，其特征在于，所述活塞和气缸限定气压活塞-气 缸配置。 16.如权利要求9所述的致动器系统，其特征在于，所述控制系统包括微处理器和存储 器设备，并且所述已知标准是在一个或多个最初工作循环期间产生的并被存储在所述存储 器设备中。 17.如权利要求9所述的致动器系统，其特征在于，还包括与所述第二侧流体连通并可 作用以在活塞移动期间测量第二组压力数据的第二压力传感器，所述控制系统可作用以将 测得的第二组压力数据与第二已知标准相比较以确定系统的状态。 18.一种预测致动器系统中的故障的方法，所述方法包括： 将高压流体端口接。

10、至活塞-气缸配置的第一侧； 将低压流体从所述活塞-气缸配置的第二侧排出以允许所述活塞朝所述第二侧相对 于所述气缸移动； 在所述活塞移动期间取所述第一侧附近的流体的多个压力测量值； 将所述多个压力测量值与已知的一组压力值进行比较；以及 基于所述多个压力测量值与所述已知的一组压力值的比较确定是否可能是故障。 19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括在所述致动器系统的一个或多个 最初工作循环期间产生所述已知的一组压力值并将所述已知的一组压力值存储在控制系 统中。 20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括在至少每秒1000个数据点的频率 下取所述多个压力测量值。 权 利 要 求 书。

11、CN 104395615 A 1/8页 4 致动器预测系统 0001 关联申请数据 0002 本申请要求2012年4月20日提交的美国临时申请No.61/636,431的优先权，该 申请的全部内容通过引用结合于此。 背景技术 0003 本发明涉及预测气缸状态的系统和方法。更具体地说，本发明涉及使用压力或另 一参数确定气压缸或液压缸的状态的系统和方法。 0004 气压缸和液压缸遍及产业地使用以运作生产线上的设备并提供对多种组件的原 动力。随时间的流逝，这些气缸的操作可能劣化。然而，性能的劣化通常不被检测到，直到 气缸的最终故障发生为止。如果用户对这类故障没有防备，则可能导致大量的停机时间或 成本。

12、。 发明内容 0005 在一个实施例中，本发明提供了一种系统，该系统使用一个或多个压力传感器以 监视气缸的状态。该系统包括微处理器/控制器，其将测得的压力数据与执行已知功能的 特定气缸的已知基准相比较以确定其操作是否可接受。系统可以是自立的或者是分布式控 制系统的一部分。在一些构造中，系统可包括检测活塞在气缸内的实际位置的位置传感器。 0006 在另一构造中，本发明提供致动器系统，该致动器系统包括活塞气缸配置，该活塞 气缸配置包括可相对于气缸移动的活塞。第一流动路径与活塞气缸配置流体连通且第二流 动路径与活塞气缸配置流体连通。控制系统可作用以将第一流动路径流体连接至高压流体 源并将第二流体路径。

13、连接至排管以沿第一方向移动活塞。压力传感器流体地连接至第一流 动路径并可作用以在活塞移动期间测量足够的压力数据以产生压力相对于时间曲线。控制 系统可作用以将所产生的压力相对于时间曲线与存储在控制系统中的已知标准压力相对 于时间曲线进行比较，以确定活塞气缸配置的状态。 0007 在另一构造中，本发明提供致动器系统，该致动器系统包括气缸，该气缸限定内部 空间并包括被设置在空间的第一端附近的第一流体端口以及在空间的第二端附近的第二 流体端口。活塞被设置在内部空间内并可工作以将该空间分成第一侧和第二侧，第一侧与 第一流体端口流体连通而第二侧与第二流体端口流体连通。工作部件耦合至活塞并可作用 以响应于活。

14、塞的移动进行工作，而控制系统可作用以选择地将第一流体端口流体地连接至 压力源和排管之一并将第二流体端口连接至排管和压力源中的另一个以选择地使活塞远 离第一端口移动和朝向第一端口移动。压力传感器与第一侧流体连通并可作用以测量活塞 移动期间的压力数据。控制系统可作用以将测得的压力数据与已知标准比较以确定系统的 状态。 0008 在又一构造中，本发明提供了预测致动器系统的故障的方法。该方法包括：使高压 流体通往活塞气缸配置的第一侧；从活塞气缸配置的第二侧抽取低压流体以允许活塞相对 于气缸朝第二侧移动；并在活塞移动期间取第一侧附近的流体的多个压力测量值。该方法 说 明 书CN 104395615 A 。

15、2/8页 5 还包括：将多个压力测量值与一组已知的压力值相比较并基于多个压力测量值与该组已知 的压力值的比较确定故障是否可能发生。 0009 通过参照详细说明和附图，本发明的其它方面将变得显而易见。 0010 附图简述 0011 图1是体现本发明的系统的一种可能配置的示意图； 0012 图2是示出对于无负载和无阻尼地处于水平位置的新致动器的测得压力值相对 于时间的标绘图； 0013 图3是示出与图2相同配置下的致动器的测得压力值相对于时间的标绘图，其中 致动器已知是损坏的； 0014 图4是示出对于无负载但有阻尼地处于水平位置的新致动器的测得压力值相对 于时间的标绘图； 0015 图5是示出与。

16、图4相同配置下的致动器的测得压力值相对于时间的标绘图，其中 致动器已知是损坏的； 0016 图6是示出直径比无负载但有阻尼地处于水平位置的图2-5的致动器更大的新致 动器的测得压力值相对于时间的标绘图； 0017 图7是示出与图6相同配置下的致动器的测得压力值相对于时间的标绘图，其中 致动器已知是损坏的； 0018 图8是示出对于有负载且有阻尼地处于垂直位置的新致动器的测得压力值相对 于时间的标绘图； 0019 图9是示出与图8相同配置下的致动器的测得压力值相对于时间的标绘图，其中 致动器已知是损坏的； 0020 图10是图1的配置的示意图并进一步包括位置测量系统； 0021 图11是包括分布。

17、式控制系统的多致动器系统的示意图； 0022 图12是用于监视一个或多个致动器的性能和状态的监视系统的屏幕图象； 0023 图13是用于监视一个或多个致动器的性能和状态的图12的监视系统的另一屏幕 图象； 0024 图14是已知致动器的基准测试结果的图像； 0025 图15是图14具有带缺陷的轴或杆密封的已知致动器的测试结果的图像； 0026 图16是图14具有带缺陷的杆侧活塞密封的已知致动器的测试结果的图像；以及 0027 图17是图14具有带缺陷的后端头(与杆相对)活塞密封的已知致动器的测试结 果的图像。 具体实施方式 0028 在详细讨论本发明的任何实施例之前，要理解本发明的应用不仅限于。

18、下面的说明 中阐述或下面的附图中示出的组件的构造和配置的细节。本发明能胜任其它实施例并且能 以多种方式投入实践或执行。 0029 图1示出适用于预测或估计致动器15(例如气压、液压等)或阀的状态的系统10。 系统10包括气缸17、第一压力传感器20、第二压力传感器25和微处理器30。图示的致动 器15是典型的双作用致动器15，其具有在气缸17每一端的端口35、设置在端口35之间的 说 明 书CN 104395615 A 3/8页 6 活塞40以及从活塞40延伸并伸出气缸17一端的杆45。活塞40将气缸17分成第一腔室 50和第二腔室55。腔室50、55中的每一个提供可变体积，该可变体积允许活塞。

19、40移动。如 本领域内普通技术人员将理解的那样，本文描述的系统10可被应用于不同类型的致动器 (例如无杆式)并可与通过不同工作流体(例如液压流体、油、水、燃料、空气、其它气体、其 它液体等)供能的致动器一起使用。另外，尽管图示的致动器不沿任何方向偏压，然而该系 统也可应用于弹簧复位致动器。事实上，致动器或阀的实际设计很大程度地不相关，因为本 发明可适应许多设计。 0030 工作流体被导入一个端口35并被允许从另一端口35排出或逸出，从而将活塞40 和杆45移离其中正在容纳流体的端口35。由于在活塞40移动期间存在大压力差，因此在 活塞40和气缸17之间提供密封件60。在一些量的使用之后，该密封。

20、件60可能磨损或以其 它方式劣化，由此产生故障可能发生的一个点。第二密封件65被设置在杆45从中通过的 气缸17一端。该第二密封件65减少了在杆开启时逸出的工作流体的量。通过使用，该密 封件65可能磨损或以其它方式劣化，由此形成可能出现故障的第二点。 0031 典型地，使用一个或多个阀70来根据需要引导工作流体去往和离开端口35以产 生期望的移动。在一优选配置中，三通阀70在第一位置允许第一端口35向压力供给75开 启并使第二端口35向排管80开启。在第二位置，端口35被逆反以使第一端口35向排管 80开启而第二端口35向压力供给75开启。第一位置和第二位置造成活塞40和杆45沿相 反方向移动。

21、。阀70也提供第三工作位置，其中两端口35均关闭，由此将工作流体禁锢在活 塞40的两侧上。第三位置允许活塞40、45被定位并保持在两极端中间的某一点。另外，可 采用可变流率阀或其它流动控制设备以控制进入或离开端口35的流体流的速率，从而在 其移动时控制活塞40和杆45的速度、加速度和准确位置。 0032 继续参见图1，第一压力传感器20被定位以测量第一腔室50内的压力，而第二传 感器25被定位以测量第二腔室55内的压力。在图示构造中，第一传感器20被定位在第一 传感器端口85内，该第一传感器端口85与已设置在气缸17的第一腔室50内的流体端口 35间隔开。同样，第二传感器25被定位在第二传感器。

22、端口90内，该第二传感器端口90与 已设置在气缸17的第二腔室55内的流体端口35间隔开。在其它构造中，压力传感器25 可共线地连接于与气缸17或阀70相连的流体管线，或可连接至从馈给管线或气缸腔室50、 55延伸的分接管线，因为这可能是期望的。 0033 压力传感器20、25优选地具有超出150psi并具有大约0.01psi的精确度的感测 压力范围，更高或更低精确度的传感器也是可能的。当然，工作在250psi或更高的传感器 也是可能的。另外，传感器20、25的尺寸优选地被设计以提供允许在大约1000个数据点/ 秒的速率下的数据获取的响应时间。当然，如果期望，也可采用其它压力传感器。例如，在 。

23、一种构造中，采用声压传感器、音频传感器或其它振动传感器以测量致动器15期望的工作 特性。 0034 在优选构造中，压力传感器20、25可移除地连接至致动器15以使它们可通过后继 的致动器15再利用。可替换地，压力传感器20、25可被制造成致动器15的一部分并用致 动器15取代。 0035 压力传感器20、25将它们相应腔室内的测得压力转化成压力信号，该压力信号被 发送至微处理器/控制器30。在优选构造中，微处理器/控制器30专门用于捕捉数据、将数 说 明 书CN 104395615 A 4/8页 7 据流化和/或分析故障或控制数据。另外，可提供数据记录功能以捕捉工作循环数、最低和 最高温度、最。

24、大压力等。每个微处理器/控制器30可包括唯一ID。在图1所示的构造中， 示出有线连接。然而，诸如红外、射频之类的无线连接也是可能的。微处理器/控制30接 收压力信号并将这些信号与致动器15的已知信号作比较以作出关于其连接至的致动器15 的性能和状态的决策。微处理器/控制器30可包括诸如光或音频设备之类的指示器，当检 测到特定状态时其可被致动。例如，当检测到对致动器15过度的磨损或损坏时可提供并发 出红光。微处理器/控制器30可具有额外的输入(例如环境温度、压力、控制信号等)并 被提供有多个输出选项(例如以太网、RS-485/422,RS-232,USB,RF,IR、LED闪烁代码等)。 如提到。

25、的，微处理器/控制器30可执行必要的比较并作出关于致动器15的操作、维护或状 态的决策，或者能够将原始数据或决策信息转移至中央计算机，该中央计算机随后将一个 或多个致动器15的信息显示给用户。另外，微处理器/控制器可执行数据记录功能并存储 关联于实际上任何测得参数的数据，例如但不限于循环数、最大和中最小压力或温度、故障 次数等。 0036 在操作中，本系统10可被应用至实际上执行任何操作的任何致动器15。然而，如 本领域内普通技术人员将理解的那样，任何给定致动器15的性能将随着所施加的负载、致 动器15和负载的定位、致动器15的尺寸、与压力源75的距离以及任何数量的其它变量而 改变。因此，优选。

26、方法是测量特定应用中已知致动器15的性能并使用该测得的数据作为基 准。基准代表可接受的运动轮廓并通过微处理器/控制器30与测得轮廓进行比较。然后 使用这种比较以确定故障状态和报告。 0037 图2示出一个这种示例性基准测量的例子并包括相对于时间测量和绘制的压力。 如所见那样，压力在大约10psi和95psi之间变化，其它压力范围也是可能的。附加地，活 塞40沿第一方向的整个冲程取大约100ms，更快或更慢的冲程也是可能的。另外，由于杆 45造成的减小活塞面积，沿一个方向的冲程可比相反方向上的冲程更快。 0038 继续参见图2，这里有两条曲线95、100，其中每条曲线95、100代表来自压力传感。

27、 器20、25中的一个的数据。第一压力传感器20正在测量略大于10psi的压力并因此被连 接至排管80。第二压力传感器25正在测量略高于90psi并连接至高压源75。由此，活塞 40被位移至最接近第一压力传感器20的极端。在第一时间，控制阀70移动至第二位置以 使第一腔室50并因此使第一压力传感器20暴露于高压流体75，并且使第二腔室55并因此 使第二压力传感器25开放于排管80。第二腔室55内的压力立即开始下降，之后是基本指 数曲线。同时，第一腔室50内的压力基本线形地上升至第一压力水平。一旦到达第一压力 水平，由高压流体在活塞40上产生的力克服活塞的机械惯性和任何粘着摩擦，并且活塞40 开。

28、始朝向第二压力传感器25移动。活塞40的移动增加了第一腔室50内的体积，由此使得 压力下降至低于第一压力的水平。同时，第二腔室55内的体积减小并且压力以一加速度朝 向较低水平下降。一旦活塞40到达其行进末端，第一腔室50内的压力增加至大约等于高 压源75的压力的水平并且第二腔室55内的压力下降至大约等于排管压力80的水平。 0039 如图2所示，相反方向上的移动产生具有略为不同的压力值和持续时间的相似曲 线。压力和持续时间的变化主要由于腔室50、55的非对称配置。例如，克服惯性和粘着摩 擦所需的第一压力沿图2的第一方向较低，因为在活塞40的第二腔室侧上省去杆45而导 致活塞面积略大。活塞40上。

29、的总作用力沿两个方向大致相同。当然，如果施加负载，这种 说 明 书CN 104395615 A 5/8页 8 关系和值将至少部分地基于该负载而改变。 0040 图3示出执行与图2的致动器15相同操作的相同类型致动器15。然而，图3的 致动器15已知是有缺陷的。与图2的曲线95、100对应的图3的曲线110、115的比较表现 出若干不同点。例如，发起活塞40的移动所需的第一压力的大小120在图3中显著地高于 图2中的大小。另外，一旦活塞移动开始，则第一腔室50内的压力比图2中的致动器更为 显著地下降。因此，当与图2的良好致动器15相比较时，对于图3的损坏致动器15，在活塞 运动期间第一腔室50内。

30、的压力变化更大。 0041 代表由相反压力传感器测得的数据的曲线在图2和图3之间也是不同的。例如， 在移动阀70之前维持的高压值125在图3中比图2中更低。另外，当向排管开启时，与图 2的气缸相比较，第二腔室55内的压力在图3的气缸内下降更快。 0042 两条曲线110、115之间的差也可以是气缸可能存在问题的展示。例如，在切换阀 70之前第二腔室55内的最大压力与发起活塞40的移动120所需的第一压力之间的差在 图2和图3中显著不同。另外，与图2的致动器15相比较，图3的致动器15在活塞40运 动期间和在活塞冲程结束时两个腔室50、55之间的压力差小得多。 0043 如所提到的，致动器15的。

31、负载和定位以及许多其它因素极大地影响到由压力传 感器20、25采集的压力数据。图4和图5分别示出与图2和图3的致动器15类似的致动 器15，但其额外具有阻尼以使活塞40的移动变慢。同样，在曲线中存在许多差异，这些差 异可被识别并可用于评估致动器15的状态，然而这些曲线与图2和图3的那些曲线大为不 同。 0044 图6和图7示出在无负载和无阻尼的水平操作期间的同一致动器15。致动器15 具有比用于产生图2-5的致动器15更大的直径。图6是来自新致动器15的数据而图7示 出来自已知损坏的致动器15的数据。 0045 图8和图9示出具有负载和阻尼的垂直安装致动器15。图8是来自新致动器15 的数据，。

32、而图9示出来自已知损坏的致动器的数据。 0046 除了测量第一腔室50和第二腔室55内的压力，系统10也能测量冲程的总持续时 间并对活塞40的总循环或冲程进行计数。这些值均可用于维护循环目的或评估致动器15 的状态。例如，微处理器/控制器30可启动彩色光以指示预定数量的循环已发生并且例行 维护应当被执行或致动器15应当被更换。系统10也可测量和监视最大工作压力并且如果 超出工作压力中的一个或多个则发出警报。 0047 可使用第一传感器20和第二传感器25监视其它参数，或者可提供额外的传感器 以监视其它参数。例如，温度传感器可耦合至致动器15以监视工作流体温度、气缸金属温 度或期望的任何其它温度。

33、。温度数据可用来补偿温度对工作压力的影响。 0048 除了前述监视功能外，系统10也可用来更直接地控制致动器15的操作。例如，微 处理器/控制器30可将控制信号提供至阀70或控制流体流动至致动器15的阀，以控制活 塞40移动的速度或由活塞40产生的总作用力。另外，当前系统10能够检测行程终点并在 该点停止活塞40或根据需要在该点之前停止活塞40。 0049 系统150的另一构造包括位置测量系统155，该位置测量系统155能够确定活塞 40在气缸17内的实际位置。示意地示出在图10中的气缸17与图1的气缸相同但包括位 置测量系统155。位置测量系统155包括沿气缸17的长度间隔的多个磁传感器16。

34、0。每个 说 明 书CN 104395615 A 6/8页 9 传感器160能够准确地测量它和另一磁体170(例如布置在活塞40内或耦合至活塞40的 磁体170)之间的角度165。指示角度165的信号从每个传感器160被送至微处理器/控制 器30。微处理器/控制器30使用各个角度进行三角测量并计算活塞40的精确位置。该位 置数据随后可被用来控制阀70以在任何时间准确地控制活塞40的位置。该位置信息也可 独立地使用或作为其它传感器的附加以实现控制和/或监视目的。 0050 本文描述的系统10、150可被单独使用以监视和控制单个致动器15的操作。当致 动器15的状态显著改变时，当需要维护时以及当需。

35、要更换致动器15或密封时，系统可发信 号。另外，系统可用来控制各致动器15的操作。 0051 在另一配置中，各微处理器/控制器30如图11所示与中央计算机170通信。中 央计算机170是能够如期望那样从一个位置监视和控制各个致动器170的分布式控制系统 (DCS)的一部分。 0052 图14-17示出处于良好状态的已知致动器以及具有三个不同已知缺陷的相同致 动器的实际测试结果。图14-17示出其中可采用当前系统的一种可能的方式。其它类型的 致动器可具有不同故障模式并因此可能需要略为不同的分析。另外，本文披露的绝对压力、 时间和循环是示例性的并且可根据包括应用场合或所使用致动器的许多因素而改变。。

36、然 而，图14-17是系统的一种可能使用的示例。 0053 图14示出已知处于良好或可接受状态的已知致动器的基准测量。致动器包括轴 或杆密封件、杆侧活塞密封件以及位于活塞的与杆侧密封件相对的一侧上的头端活塞密封 件。这些密封件中的任一个可能在致动器使用过程中出现故障，并且当前系统能够在致动 器变得不可使用之前检测该故障。如所见那样，系统基于从活塞两侧取的压力测量值产生 波形(或曲线)。如图示那样，三个特定数据点301、302和303被标识。下面将参照图15-17 讨论这三个数据点，随着这些数据点响应于特定故障移动。另外，应当注意气缸每侧的最大 压力是基本相等的。这是良好的气缸的特征，但其因变于。

37、可位于流体端口上游的任何压力 或流动调节器。另外，每个波形的低压大约等于大气压力，这是良好的致动器的特征。 0054 图15示出与图14的致动器相同但具有已知缺陷的致动器的相似波形。具体地说， 杆密封件已知受损。如所见那样，两个波形不再在第一数据点301相交。相反，如今在两个 数据点301a、301b之间存在2psi的差，并且它们从原始57psi值向上平移。另外，第二点 302从62psi向下平移至53psi并且第三点303从55psi向下平移至48psi。另外，两个波 形的最大压力因缺陷而不同。这些差中的任一个或全部不仅可用来确定致动器正在异常工 作，而且还可用来确定异常工作的起因可能是带缺。

38、陷的杆密封件。 0055 图16示出与图14的致动器相同但具有已知缺陷的致动器的相似波形。具体地 说，杆侧活塞密封件已知是受损的。如所见那样，两个波形现在包括许多差异。例如，第一 点301已向上平移大约3psi。另外，第二点302已从62psi向下平移至55psi并且第三点 303已从55psi向下平移至49psi。这些改变类似于参照图15的波形讨论的那些。然而， 两个波形的最大压力如今具有大约3.5psi的差。这是被视为由于损坏的杆密封件造成的 较大差异。此外，与损坏的杆密封件不同，图16的波形也示出最小压力之间的压力差。具 体地说，1.5psi的差是清楚可见的。该差不因带缺陷的杆密封件而出。

39、现。由此，这些差不仅 可用来确定致动器正在异常工作，而且还可用来确定异常工作的起因可能是带缺陷的杆侧 活塞密封件。 说 明 书CN 104395615 A 7/8页 10 0056 图17示出与图14的致动器相同但具有已知缺陷的致动器的相似波形。具体地 说，头端侧活塞密封件已知是受损的。如所见那样，与图14的波形以及与图15和图16的 波形相比较，两个波形现在包括许多差异。例如，第一点301与图14的波形相比较尚未平 移。这不同于图15和图16所示的。类似地，当与图14的波形相比较时，第二点302和第 三点303大部分保持不变。由此，仅观察这三个点，人们会推断出图17的致动器处于良好 状态。然。

40、而，两个波形的最大压力如今具有大于3psi的差。该差在大小上与图16是近似 的但方向是相反的(即相对的传感器更高)。 0057 此外，类似于图16的波形，图17的波形示出最小压力之间的压力差。具体地说， 大约2psi的差是清楚可见的。类似于最大压力差，该差出现在图16的波形中，但同样方向 是相反的(即相对传感器低)。由此，这些差不仅可用来确定致动器正在异常工作，而且还 可用来确定异常工作的起因可能是带缺陷的头端侧活塞密封件。 0058 应当注意，用来产生图14-17的波形的致动器是未加负载的。因而，存在非常少的 因缺陷造成的在循环时间(X轴)上的变化。然而，在施加负载的气缸内，前面讨论的缺陷也。

41、 造成循环时间的可测变化。这些变化可被测量和报告，并也可用来评估致动器的状态。除 了使用时间变化来确定潜在问题是否已发生外，一些构造利用曲线下的面积来评估问题是 否正在发生。更具体地说，曲线之间的面积可用于致动器工作在变化的压力或变化的速率 的情形。在这些情形下，已发现在曲线下的总面积保持基本均一。由此，该面积的增加是不 想要的渗漏或其它性能故障的指示。在其它应用中，曲线之间的面积的变化可单独或与其 它测得参数结合地作为特定故障模式的指示。 0059 此外，可容易地检查和报告循环的开始和结束，以用于控制过程以及访问致动器 的状态。另外，如果循环时间被确定为比需要的更快，或比需要的更慢，则可调节。

42、压力以取 得要求的循环时间，由此提高过程质量并可能减少由致动器使用的空气或压缩流体的量。 0060 图12和图13示出与本文描述的系统一起使用的一种可能监视系统的图像。图12 示出监视系统的状态页。尽管该状态页包括一个致动器的状态，但是可根据需要将多个致 动器编组在一起并展示。所展示的图像包括三个性能指示器，其中第一指示器基于前面讨 论的波形分析提供红、黄或绿状态。第二指示器提供冲程已到达结束点的指示。第三指示 器对致动器循环进行计数并基于循环数提供致动器寿命的指示。寿命可以是致动器的实际 有用寿命，或可针对特定传感器被设定至镜推荐的维护间隔。 0061 状态页的第二区域提供致动器的多个工作参。

43、数的数值数据。可根据需要测量和显 示其它参数。状态页的第三区域提供效率分析。在该例中，效率基于循环时间。被显示的 数据是实际循环时间相对期望的循环时间的比较，并提供一空间以基于结果提供推荐的校 正动作。在该例中，致动器比期望的移动更快。由此，流体压力可被降低以使致动器变慢并 可能降低操作成本。 0062 图13示出一种可能的配置页，它提供专门针对正被检查的致动器的数据。在该例 中，孔尺寸、冲程长度和总循环计数可被添加、存储和显示。另外，产生基准波形(图14)所 需的步骤可从该页面发起。最终，可对于任何测得参数设定警报设定点，每个设定点具有高 警报、低警报以及选择器以激活或禁用警报。最终，提供固。

44、件更新状态以当需要固件更新时 提醒用户。 0063 应当注意，本发明被描述为与致动器(有时被称为气缸、气压缸或液压缸)一起使 说 明 书CN 104395615 A 10 8/8页 11 用。然而，在其它应用中，本发明适用于阀或任何其它流设备。流设备可以是控制流体流或 响应于被引至此的流体流工作的任何设备。因而，本发明不应仅限于致动器。 0064 由此，本发明提供系统10、150以测量和控制致动器15的操作。系统10、150包括 能够采集数据的压力传感器20、25以及能够分析数据以确定致动器15的状态的微处理器 /控制器30。 说 明 书CN 104395615 A 11 1/16页 12 图。

45、1 图11 说 明 书 附 图CN 104395615 A 12 2/16页 13 图2 说 明 书 附 图CN 104395615 A 13 3/16页 14 图3 说 明 书 附 图CN 104395615 A 14 4/16页 15 图4 说 明 书 附 图CN 104395615 A 15 5/16页 16 图5 说 明 书 附 图CN 104395615 A 16 6/16页 17 图6 说 明 书 附 图CN 104395615 A 17 7/16页 18 图7 说 明 书 附 图CN 104395615 A 18 8/16页 19 图8 说 明 书 附 图CN 104395615。

46、 A 19 9/16页 20 图9 说 明 书 附 图CN 104395615 A 20 10/16页 21 图10 说 明 书 附 图CN 104395615 A 21 11/16页 22 图12 说 明 书 附 图CN 104395615 A 22 12/16页 23 图13 说 明 书 附 图CN 104395615 A 23 13/16页 24 图14 说 明 书 附 图CN 104395615 A 24 14/16页 25 图15 说 明 书 附 图CN 104395615 A 25 15/16页 26 图16 说 明 书 附 图CN 104395615 A 26 16/16页 27 图17 说 明 书 附 图CN 104395615 A 27 。