硅鋼生產線機電設備在線數據采集與故障診斷系統

郝志軍

摘要：使用松下PLC的C一NET工業局域網，美國康泰高速燈D卡，與三臺研華工控機構建遠程數據收取網絡，主要在森吉米爾軋機生產線上進行，不可缺少的參數的動態監測。系統在進行檢測的過程中，收取到了極多的數據，這些數據其主要任務是在進行設備管理和維護，以及在設備出現故障的時候，給找出問題的原因提供了不可缺少的依據。

關鍵詞：數據采集；故障診斷；專家系統

武鋼硅鋼廠森吉米爾軋機生產線是一個使用時間較長的生產線，為了能夠讓其在生產過程中更加可靠，并且能夠在運轉的時候效率更高，實時控制電器機械設備的工作情況，并且能夠及時的發掘潛在的事故隱患，就需要建立振動和電量參數作為主要監測部分的在線監測系統。

一、系統主要功能

這一系統主要是在設備上設置加速傳感器以及電量測量傳感器，將收集到的一些設備的振動和電量情況轉換成數據，將這些數據使用先進的計算機系統和診斷軟件進行總結和分析，這一系統的主要功能是為了能夠更加直觀的觀察界面使用的環境，并且能夠用中文顯示。對于所有的測點能夠進行巡回檢測和定時檢測，并對數值進行相關計算。超出了范圍就可以激發報警系統，在使用這一系統的時候也可以實時進行打印，將并不正常的數值及時打印出來后分析，對于系統的參數也可以進行設定，包括對于使用標準的范圍以及速率等。也可以更加簡潔的進行相關操作，使用戶在對參數進行設定的時候更加方便。而圖形的界面對于操作觀察來說也有著很大的用處。所有顯示的表格已經打印表格都可以在用戶編輯之后打印下來，而對于不同的檢測數據曲線，也可以進行擬合。對電度參數可以根據不同的要求統計造表，而且能夠進行不同途徑實時數據的采集和處理，可以將這些數據存下來建檔。而在故障分析方面也可以及時了解設備運行的情況，并且能夠找出發生故障的可能性[1] 。

二、數據采集系統

數據采集系統結構如圖1所示。PLC主要安裝配置了松下這一品牌的產品，共有三個部分。一部分主要用來收取有功和無功功率，分為不同路，數據主要通過周圍的控制柜里面的有功和無功電度表提供。有功電度每kw·h發4800個幅度12V的電脈沖，無功功率每Var發3500個幅度為12V的電脈沖[2] 。遠程數據使用的模塊一般來說主要是利用一二號主電室的室溫，和變壓器溫度等進行采集。總共分為很多不同的信號。而這些模塊兒也分布在很多具有差異的控制柜里，用RS一485總線聯接組成局域網絡，在信號采集計算機周圍用AD一AM4520模塊把RS一85總線變成SR一232接入計算機。機房的一臺機器一般是上位機，一二號主電室的一般作為下位機。RS一485通信口將不同的機器進行相連。特別是對于多級通信網和上位機進行有效的連接，而兩臺下位機和上位機之間也使用局域網進行結合使用。兩臺下位機一般來說會安裝高速燈D卡，收取振動信號，電機參數和跳閘開關量信號。根據這些信號，可以在一定的范圍之內設置相關的模擬及數字量，并且構成數據采集系統。這一數據采集系統一般來說使用先進的編程分成三個主要部分。

1、過渡過程的跟蹤與存儲

為了能夠全方位的讓軋機電動機在運行的時候更加穩定合理，因此需要采集因為一些原因而跳閘的時候周圍電動機的電壓等部分的動態過程，并且需要找出事故發生的原因以及跳閘的起點，這樣才能夠全方位的將跳閘的隱患排除，找到故障點，緩解因為停產造成的損失，壓縮停產時間。

2、故障分析

一般來說，故障分析主要分成機械傳動以及電動機兩個部分，機械傳動一般是使用加速器和傳感器測量機械振動，在收取到一定的振動信號之后進行總結和分析，再輸入給A/D卡采樣，工控機需要對于采樣數據進行以下幾方面的處理。第一，簡易診斷分析。在使用的過程中其包含的時域指標主要有最大值、峰峰值等幾方面。第二，精密診斷分析。進行這方面診斷分析的時候主要包括時域波形記錄、頻譜分析等；第三，圖形功能。這一功能主要是為了對于不同的數值進行總結分析和比較的過程當中更加直觀。進行單幅顯示、雙幅顯示等

3、系統數據管理

對于系統中通過采集分析所得來的數據，在管理的時候需要注意的是，對于所有采集出來的數據，需要按照相關的規定進行填表，并且妥善打印出來再進行存放。

三、故障診斷專家系統

對于這方面的系統，主要是為機器在運行的過程當中，如果出現了問題，對故障進行全方位的分析和總結，并且找出故障的原因。故障診斷專家系統是一個相對而言較為簡潔有效的工具，對這一工具的結構，以及具體使用功能和操作原理，主要有以下幾個方面。

1、層次結構

對于故障診斷增加系統來說，其層次結構主要有，第一，特征頻率的相關計算以及對數據的儲存。第二，繪制較為典型的故障譜圖。第三，全方位的建立相關的知識庫，并且在使用的過程當中，對于知識庫進行維護。第四，對于設備已經出現或可能出現的故障進行具體的分析。

2、功能描述

故障診斷專家系統主要是用來計算需要診斷的電動機組，并且能夠對于其各種不同的特征和頻率進行相關的分析，其中包括機械以及電機等幾個部分。在機械部分中主要有軸承各部分的特征頻率等，而在電機部分分成直流電機及交流電機兩種，直流電機主要包括槽頻率等，交流電機主要包括固有頻率以及槽頻率等，在通過故障診斷專家系統，對于相關的特征頻率進行分析和計算之后，將得出的結論儲存在相關的數據庫中進行保管，以便在之后使用的過程當中隨時可以調取使用。

這個系統中配置有經過仔細的審查而符合規格的齒輪斷齒，軸承組件剝落等典型故障譜圖。按照模糊數學原理，能夠更加有效準確的判斷故障癥狀和故障原因的數學模型Y=XoR式中：Y—故障原因向量；X—故障癥狀向量；R—模糊關系矩陣；根據這一公式可以計算出很多故障，并且對于故障診斷也能夠更加準確。

第一，將故障癥狀的具體情況輸入，使用先進的計算機系統自動的對故障信號進行F盯和倒譜分析，按照幅值譜使用這一系統自動的對故障進行癥狀向量的計算分析。

第二，將診斷的數據輸出，按照故障診斷知識庫，使用模糊邏輯診斷法就可以有效的全方位得出診斷的結果。在軋制不同規格的鋼材的時候，齒輪箱上的一些載荷譜以及對應的振動信號和故障癥狀向量就會產生差異，而反映出的零部件的故障類型，以及故障的具體程度也有很大的不同，一些初期投入運行的故障診斷知識庫，因為在實際操作的現場周圍情況并不穩定，而數據統計也并不全面，實驗條件有一定的約束，這些原因有可能將一些并不那么重要的故障被漏診，因此，這一設備在使用過程中需要不斷的補充，并且輸入一些新的知識，這樣才能夠在判斷的時候更加準確，制定規則，也能夠更加合理，全面。

結束語

這一系統在進行投入運行來，為軋鋼機械以及電氣設備的管理和使用，以及對于設備的維護都帶來了很大的價值，做出了積極的影響。在軋鋼生產線進行運行的過程當中，為其提供了更加穩定可靠的理論依據，直流大電機監測診斷系統能夠有效地為硅鋼廠帶來更加大量的經濟效益，也做出了很多積極的社會影響。因為使用起來比較合理科學，因此在系統投入運行的幾年之內，被其檢測的機組在檢測范圍內很大程度上緩解了因為故障而導致的損失，并且壓縮了因為故障而停機的時間，通過按時按量按照規則進行解體檢修，在機器投入運行以來，提升了很高的經濟效益。所以這一技術對于大型冶金企業需要推廣。

參考文獻：

[1] 李應江.無取向硅鋼脫氧工藝優化及效果研究[J].金屬材料與冶金工程，2019，47（03）：60-64.

（作者單位：遷安首信自動化信息技術有限公司）