結晶器液壓伺服振動系統故障

(1)概述

    控制結晶器按設定波形進行振動是連鑄生產中的關鍵技術之一。電液伺服系統驅動的結晶器振動裝置可根據連鑄工藝實時調節振幅、頻率、波形等振動參數，方便高效，是當前最先進的驅動方式。某煉鋼廠的小方坯連鑄機生產線上就采用了這種全液壓電液伺服非正弦振動結晶器，效果很好。但電液伺服振動系統由于工作在結晶器附近，溫度高、粉塵多，空間狹小，技術人員難以近距離檢查測試，所以相對于傳統的機械振動系統而言存在故障率高、故障隱蔽性大、故障恢復時間長等缺點，這對生產有一定影響，因此廠家提出建立結晶器液壓振動系統狀態監測與故障診斷系統，保障生產。

(2)結晶器液壓伺服振動系統在線狀態監測

    某煉鋼廠結晶器液壓振動控制系統由Dynaflex振動PC機、主控制器(MCU)、從控制器(鑄流控制器5C)、液壓伺服系統等組成，工作原理是：通過Dynaflex振動PC機采集連鑄工藝參數，經運算得到的振動參數以5s的循環周期從振動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上的電流負反饋放大模塊進行功率放大后驅動電液比例伺服閥控缸構成閉環控制系統。

為了對液壓振動系統運行參數進行監測，必須在適當的位置設置相應的傳感器，對系統運行參數進行采樣。經現場調研分析，設計了如圖S所示的狀態監測數據采樣測點分布方案。圖S中虛線部分為在原系統上增加的設備。信號類型選取原則是原系統信號電壓采樣，新增設備信號電流、傳輸電壓采樣。所有信號采樣都通過光電隔離后由數據采集卡完成，進入故障診斷計算機，使工作現場與故障診斷系統可靠隔離，互不影響，保障正常生產。對于原系統的信號(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換為適于數據采集卡量程的范圍，再通過數據采集、軟件濾波等預處理保存于數據庫。另外，為提高故障診斷的準確性，在原系統液壓缸的二腔增設了壓力傳感器，對工作壓力進行采樣分析，現場壓力信號轉換為電流傳輸到電控室，通過隔離器轉換為適于數據采集卡量程的范圍，再通過數據采集、軟件濾波等預處理保存于數據庫。

    采樣數據經預處理后，直接以實時波形顯示在監測屏上，每5s刷新一次，操作人員可根據畫面上曲線的跟蹤情況，初步判斷系統的工作狀況，當有被監測參數超出預定的帶狀有效區域后，軟件也能自動檢測到，會馬上改變該參數曲線的顏色，并閃爍報警，提示操作人員注意或及早進行干預，以免出現重大的故障而影響生產。

(3)樣本庫建立與故障診斷專家系統開發

    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行各種工況模擬運行，并通過數據采集系統獲取各種狀態下系統參數曲線，用來形成標準的樣本，組成樣本數據庫，供診斷專家系統作為參考標準和訓練教師樣本。另外，還建立了結晶器振動電液伺服系統的數學模型，如圖T所示。在理論分析的基礎上，改變數學模型中相關環節的參數，可模擬不同故障現象，然后用數字仿真軟件進行仿真，可獲取更多正常和故障工況下系統的模擬參數曲線，以進一步擴充樣本數據庫，使專家系統所能診斷的范圍更寬。

    ②故障診斷專家系統  神經網絡在較大范圍內能擬合非線性函數，液壓伺服系統發生故障的因果關系是典型的非線性函數，因此以比較成熟的前饋(BP)神經網絡作為基礎，建立了結晶器振動伺服系統故障診斷專家系統。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絡。在故障診斷專家系統投入在線使用之前，首先將試驗和仿真所獲得的樣本數據作為教師，輸入神經網絡進行訓練，當在規定容差范圍內網絡達到收斂后的權值和閾值就可作為網絡標準參數加載到故障診斷系統。此時專家系統具有了在線實時診斷能力，可對現場監測參數用已經學習好的神經網絡進行判斷，識別系統是否有故障出現。專家系統在使用過程中還會不斷加入新出現的樣本，定期進行重復訓練學習，以不斷提高故障診斷的準確性和廣泛性。