結(jié)晶器液壓伺服振動系統(tǒng)故障

(1)概述

    控制結(jié)晶器按設(shè)定波形進(jìn)行振動是連鑄生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。電液伺服系統(tǒng)驅(qū)動的結(jié)晶器振動裝置可根據(jù)連鑄工藝實時調(diào)節(jié)振幅、頻率、波形等振動參數(shù)，方便高效，是當(dāng)前最先進(jìn)的驅(qū)動方式。某煉鋼廠的小方坯連鑄機生產(chǎn)線上就采用了這種全液壓電液伺服非正弦振動結(jié)晶器，效果很好。但電液伺服振動系統(tǒng)由于工作在結(jié)晶器附近，溫度高、粉塵多，空間狹小，技術(shù)人員難以近距離檢查測試，所以相對于傳統(tǒng)的機械振動系統(tǒng)而言存在故障率高、故障隱蔽性大、故障恢復(fù)時間長等缺點，這對生產(chǎn)有一定影響，因此廠家提出建立結(jié)晶器液壓振動系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，保障生產(chǎn)。

(2)結(jié)晶器液壓伺服振動系統(tǒng)在線狀態(tài)監(jiān)測

    某煉鋼廠結(jié)晶器液壓振動控制系統(tǒng)由Dynaflex振動PC機、主控制器(MCU)、從控制器(鑄流控制器5C)、液壓伺服系統(tǒng)等組成，工作原理是：通過Dynaflex振動PC機采集連鑄工藝參數(shù)，經(jīng)運算得到的振動參數(shù)以5s的循環(huán)周期從振動PC機傳送到主控制器(MCU)，主控制器再將這些參數(shù)分配給從控制器(鑄流控制器5C)，從控制器每隔1ms將最新參數(shù)傳送給伺服控制單元，同時振動液壓缸的行程通過位移傳感器反饋到伺服放大板PL6，與從控制器輸出的指令信號比較得到誤差信號，然后由伺服放大板PL6上的電流負(fù)反饋放大模塊進(jìn)行功率放大后驅(qū)動電液比例伺服閥控缸構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

為了對液壓振動系統(tǒng)運行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，必須在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置相應(yīng)的傳感器，對系統(tǒng)運行參數(shù)進(jìn)行采樣。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研分析，設(shè)計了如圖S所示的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采樣測點分布方案。圖S中虛線部分為在原系統(tǒng)上增加的設(shè)備。信號類型選取原則是原系統(tǒng)信號電壓采樣，新增設(shè)備信號電流、傳輸電壓采樣。所有信號采樣都通過光電隔離后由數(shù)據(jù)采集卡完成，進(jìn)入故障診斷計算機，使工作現(xiàn)場與故障診斷系統(tǒng)可靠隔離，互不影響，保障正常生產(chǎn)。對于原系統(tǒng)的信號(BOSCH放大板PL6輸入信號、閥芯位移信號、液壓缸活塞位移信號)，從電壓點引出到隔離器轉(zhuǎn)換為適于數(shù)據(jù)采集卡量程的范圍，再通過數(shù)據(jù)采集、軟件濾波等預(yù)處理保存于數(shù)據(jù)庫。另外，為提高故障診斷的準(zhǔn)確性，在原系統(tǒng)液壓缸的二腔增設(shè)了壓力傳感器，對工作壓力進(jìn)行采樣分析，現(xiàn)場壓力信號轉(zhuǎn)換為電流傳輸?shù)诫娍厥?，通過隔離器轉(zhuǎn)換為適于數(shù)據(jù)采集卡量程的范圍，再通過數(shù)據(jù)采集、軟件濾波等預(yù)處理保存于數(shù)據(jù)庫。

    采樣數(shù)據(jù)經(jīng)預(yù)處理后，直接以實時波形顯示在監(jiān)測屏上，每5s刷新一次，操作人員可根據(jù)畫面上曲線的跟蹤情況，初步判斷系統(tǒng)的工作狀況，當(dāng)有被監(jiān)測參數(shù)超出預(yù)定的帶狀有效區(qū)域后，軟件也能自動檢測到，會馬上改變該參數(shù)曲線的顏色，并閃爍報警，提示操作人員注意或及早進(jìn)行干預(yù)，以免出現(xiàn)重大的故障而影響生產(chǎn)。

(3)樣本庫建立與故障診斷專家系統(tǒng)開發(fā)

    ①樣本庫建立  利用該鋼廠部分正常和有故障的振動閥控缸在實驗室進(jìn)行各種工況模擬運行，并通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取各種狀態(tài)下系統(tǒng)參數(shù)曲線，用來形成標(biāo)準(zhǔn)的樣本，組成樣本數(shù)據(jù)庫，供診斷專家系統(tǒng)作為參考標(biāo)準(zhǔn)和訓(xùn)練教師樣本。另外，還建立了結(jié)晶器振動電液伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，如圖T所示。在理論分析的基礎(chǔ)上，改變數(shù)學(xué)模型中相關(guān)環(huán)節(jié)的參數(shù)，可模擬不同故障現(xiàn)象，然后用數(shù)字仿真軟件進(jìn)行仿真，可獲取更多正常和故障工況下系統(tǒng)的模擬參數(shù)曲線，以進(jìn)一步擴充樣本數(shù)據(jù)庫，使專家系統(tǒng)所能診斷的范圍更寬。

    ②故障診斷專家系統(tǒng)  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在較大范圍內(nèi)能擬合非線性函數(shù)，液壓伺服系統(tǒng)發(fā)生故障的因果關(guān)系是典型的非線性函數(shù)，因此以比較成熟的前饋(BP)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)，建立了結(jié)晶器振動伺服系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)。它含有輸入層、輸出層以及處于輸入輸出層之間的中間層，形成了一個多輸人多輸出的三級診斷網(wǎng)絡(luò)。在故障診斷專家系統(tǒng)投入在線使用之前，首先將試驗和仿真所獲得的樣本數(shù)據(jù)作為教師，輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，當(dāng)在規(guī)定容差范圍內(nèi)網(wǎng)絡(luò)達(dá)到收斂后的權(quán)值和閾值就可作為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)加載到故障診斷系統(tǒng)。此時專家系統(tǒng)具有了在線實時診斷能力，可對現(xiàn)場監(jiān)測參數(shù)用已經(jīng)學(xué)習(xí)好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行判斷，識別系統(tǒng)是否有故障出現(xiàn)。專家系統(tǒng)在使用過程中還會不斷加入新出現(xiàn)的樣本，定期進(jìn)行重復(fù)訓(xùn)練學(xué)習(xí)，以不斷提高故障診斷的準(zhǔn)確性和廣泛性。