结晶器液压伺服振动系统故障

(1)概述

    控制结晶器按设定波形进行振动是连铸生产中的关键技术之一。电液伺服系统驱动的结晶器振动装置可根据连铸工艺实时调节振幅、频率、波形等振动参数，方便高效，是当前最先进的驱动方式。某炼钢厂的小方坯连铸机生产线上就采用了这种全液压电液伺服非正弦振动结晶器，效果很好。但电液伺服振动系统由于工作在结晶器附近，温度高、粉尘多，空间狭小，技术人员难以近距离检查测试，所以相对于传统的机械振动系统而言存在故障率高、故障隐蔽性大、故障恢复时间长等缺点，这对生产有一定影响，因此厂家提出建立结晶器液压振动系统状态监测与故障诊断系统，保障生产。

(2)结晶器液压伺服振动系统在线状态监测

    某炼钢厂结晶器液压振动控制系统由Dynaflex振动PC机、主控制器(MCU)、从控制器(铸流控制器5C)、液压伺服系统等组成，工作原理是：通过Dynaflex振动PC机采集连铸工艺参数，经运算得到的振动参数以5s的循环周期从振动PC机传送到主控制器(MCU)，主控制器再将这些参数分配给从控制器(铸流控制器5C)，从控制器每隔1ms将最新参数传送给伺服控制单元，同时振动液压缸的行程通过位移传感器反馈到伺服放大板PL6，与从控制器输出的指令信号比较得到误差信号，然后由伺服放大板PL6上的电流负反馈放大模块进行功率放大后驱动电液比例伺服阀控缸构成闭环控制系统。

为了对液压振动系统运行参数进行监测，必须在适当的位置设置相应的传感器，对系统运行参数进行采样。经现场调研分析，设计了如图S所示的状态监测数据采样测点分布方案。图S中虚线部分为在原系统上增加的设备。信号类型选取原则是原系统信号电压采样，新增设备信号电流、传输电压采样。所有信号采样都通过光电隔离后由数据采集卡完成，进入故障诊断计算机，使工作现场与故障诊断系统可靠隔离，互不影响，保障正常生产。对于原系统的信号(BOSCH放大板PL6输入信号、阀芯位移信号、液压缸活塞位移信号)，从电压点引出到隔离器转换为适于数据采集卡量程的范围，再通过数据采集、软件滤波等预处理保存于数据库。另外，为提高故障诊断的准确性，在原系统液压缸的二腔增设了压力传感器，对工作压力进行采样分析，现场压力信号转换为电流传输到电控室，通过隔离器转换为适于数据采集卡量程的范围，再通过数据采集、软件滤波等预处理保存于数据库。

    采样数据经预处理后，直接以实时波形显示在监测屏上，每5s刷新一次，操作人员可根据画面上曲线的跟踪情况，初步判断系统的工作状况，当有被监测参数超出预定的带状有效区域后，软件也能自动检测到，会马上改变该参数曲线的颜色，并闪烁报警，提示操作人员注意或及早进行干预，以免出现重大的故障而影响生产。

(3)样本库建立与故障诊断专家系统开发

    ①样本库建立  利用该钢厂部分正常和有故障的振动阀控缸在实验室进行各种工况模拟运行，并通过数据采集系统获取各种状态下系统参数曲线，用来形成标准的样本，组成样本数据库，供诊断专家系统作为参考标准和训练教师样本。另外，还建立了结晶器振动电液伺服系统的数学模型，如图T所示。在理论分析的基础上，改变数学模型中相关环节的参数，可模拟不同故障现象，然后用数字仿真软件进行仿真，可获取更多正常和故障工况下系统的模拟参数曲线，以进一步扩充样本数据库，使专家系统所能诊断的范围更宽。

    ②故障诊断专家系统  神经网络在较大范围内能拟合非线性函数，液压伺服系统发生故障的因果关系是典型的非线性函数，因此以比较成熟的前馈(BP)神经网络作为基础，建立了结晶器振动伺服系统故障诊断专家系统。它含有输入层、输出层以及处于输入输出层之间的中间层，形成了一个多输人多输出的三级诊断网络。在故障诊断专家系统投入在线使用之前，首先将试验和仿真所获得的样本数据作为教师，输入神经网络进行训练，当在规定容差范围内网络达到收敛后的权值和阈值就可作为网络标准参数加载到故障诊断系统。此时专家系统具有了在线实时诊断能力，可对现场监测参数用已经学习好的神经网络进行判断，识别系统是否有故障出现。专家系统在使用过程中还会不断加入新出现的样本，定期进行重复训练学习，以不断提高故障诊断的准确性和广泛性。