煉鐵系統(tǒng)中西門子變頻器常見故障診斷及維修

張 毅

（承德鋼鐵集團(tuán)有限公司，河北 承德 067000）

西門子變頻器能夠以較低的能耗進(jìn)行各項(xiàng)工業(yè)操作，因此其在煉鐵領(lǐng)域受到極大的關(guān)注。這種變頻器之所以能夠快速變頻，是因?yàn)槠鋬?nèi)部構(gòu)造中具備無極調(diào)速的能力，能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)工作的過程中在另一個(gè)頻道實(shí)現(xiàn)同時(shí)頻率轉(zhuǎn)換[1]。但是這種同時(shí)性的頻率轉(zhuǎn)換極易發(fā)生故障，因此想要安全高效地使用這種西門子變頻器，就需要同時(shí)掌握其故障診斷以及維修方法。我國(guó)已經(jīng)有了很多基于此類的研究，大多數(shù)都是基于收集故障信息并對(duì)其進(jìn)行歸類分析，以此診斷與維修西門子變頻器。但是這些方法通常在數(shù)據(jù)處理過程中精度不足，導(dǎo)致其在診斷時(shí)準(zhǔn)確閾值偏低，無法實(shí)現(xiàn)維修工作。因此本文對(duì)煉鐵系統(tǒng)中西門子變頻器的常見故障診斷及維修方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 煉鐵系統(tǒng)中西門子變頻器故障診斷方法設(shè)計(jì)

1.1 收集故障信號(hào)

想要擁有更準(zhǔn)確的診斷結(jié)果，就需要在設(shè)備故障數(shù)據(jù)的采集過程中實(shí)現(xiàn)更高的精準(zhǔn)度。收集數(shù)據(jù)需要由西門子變頻數(shù)據(jù)采集裝置的支持，將收集到的數(shù)據(jù)根據(jù)單元依次排查，然后以樣本的相似度指標(biāo)確定故障信息。故障信息的相似度指標(biāo)需要計(jì)算歐式距離：

式中，d表示歐式距離的長(zhǎng)度單位，一般而言，d的數(shù)值越大，則歐式距離越短，d的數(shù)值越小，則歐式距離越長(zhǎng)；n表示該類故障數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)；i表示故障數(shù)據(jù)的排列順序；ix表示樣本相似度在x軸上的指標(biāo)，iy表示樣本相似度在y軸上的指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上需要同時(shí)計(jì)算西門子變頻器故障單元的基礎(chǔ)數(shù)值，并按照機(jī)器學(xué)習(xí)的方法將故障振幅判定為無監(jiān)督聚類、有監(jiān)督聚類以及半監(jiān)督聚類，并依照內(nèi)部指標(biāo)衡量計(jì)算公式得到西門子變頻器發(fā)生故障時(shí)的運(yùn)行振幅，完善故障數(shù)據(jù)的功能完整性[2]。此時(shí)可以k假定表示某一項(xiàng)數(shù)據(jù)相對(duì)于故障信息之間的相似性，則可以通過公式（2）是實(shí)現(xiàn)二者之間的關(guān)系判定。

式中，k表示二者之間的距離指標(biāo)，m表示疑似故障數(shù)據(jù)的信號(hào)，n表示已經(jīng)確定的故障數(shù)據(jù)信號(hào)。當(dāng)k小于1時(shí)，則該判定的信號(hào)為故障信號(hào)，若k大于等于1，則該信號(hào)為非故障信號(hào)。通過這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于故障信號(hào)的收集。

1.2 離散型故障信號(hào)特征提取

特征提取的主要目的是將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成能夠被機(jī)器識(shí)別的數(shù)據(jù)，通常需要在故障信號(hào)收集完成之后再進(jìn)行。將基于傅立葉變換的原始信號(hào)在時(shí)域與頻域之間相互轉(zhuǎn)換，能夠得到更精準(zhǔn)、更便捷的信號(hào)轉(zhuǎn)換方法[3]。設(shè)離散型傳遞函數(shù)的表達(dá)式為X，則有公式（3）。

式中，X表示離散型故障信號(hào)的傳遞函數(shù)；Ο表示該函數(shù)的復(fù)雜度定義；n表示離散型故障信號(hào)在計(jì)算過程中的映射個(gè)數(shù)[3]。通過公式（3）獲得離散型故障信號(hào)的映射關(guān)系之后，就可以直接將信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)器信號(hào)如圖1所示。

圖1 信號(hào)轉(zhuǎn)換流程

如圖1所示，將每一個(gè)故障信號(hào)依次通過以上方法轉(zhuǎn)換為能夠被機(jī)器識(shí)別的數(shù)據(jù)信號(hào)，就可以實(shí)現(xiàn)該類離散型故障信號(hào)的特征提取。

1.3 診斷數(shù)據(jù)上傳定位

將以上已經(jīng)轉(zhuǎn)換為及其信號(hào)的數(shù)據(jù)全部上傳值設(shè)備電壓以故障電流單位中，設(shè)置各個(gè)電流與電壓節(jié)點(diǎn)，明確信號(hào)的傳輸路徑，并時(shí)刻更新故障信號(hào)的實(shí)時(shí)狀態(tài)[4]。假設(shè)設(shè)備上傳數(shù)據(jù)的信號(hào)振幅表達(dá)式為Y則可以得到公式（4）：

式中，d表示數(shù)據(jù)從開始節(jié)點(diǎn)到上傳結(jié)束節(jié)點(diǎn)之間的距離；i表示上傳故障數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)；zij表示坐標(biāo)系中原始信號(hào)的投影數(shù)目；iω表示上傳后機(jī)器信號(hào)與原始信號(hào)之間的間距；a表示信號(hào)樣本的重構(gòu)型間距。經(jīng)過以上信號(hào)的上傳之后，能夠得到故障信號(hào)的濾波轉(zhuǎn)換定律，將自動(dòng)化的架構(gòu)添加進(jìn)西門子變頻其故障信號(hào)上傳機(jī)制中，能夠更好地實(shí)現(xiàn)信號(hào)故障診斷工作[5]。故障數(shù)據(jù)的上傳是整個(gè)故障診斷的重要步驟，在利用該段經(jīng)歷轉(zhuǎn)換原始數(shù)據(jù)的過程中，經(jīng)過時(shí)域、頻域的特征提取，能夠得到包括均值、重心在內(nèi)的各項(xiàng)變換指標(biāo)。并通過故障特征的復(fù)雜度計(jì)算，反映出該段故障數(shù)據(jù)的信號(hào)處理能力。最后再通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法得到變頻信號(hào)定位偏移角度的計(jì)算公式（5）。

式中，Hi表示西門子變頻器故障信號(hào)診斷結(jié)果定位偏移的角度；α表示故障信號(hào)的上傳字節(jié)數(shù)；β表示故障數(shù)據(jù)的模糊指數(shù)；ia和ib分別表示西門子變頻器故障信號(hào)導(dǎo)向的x軸與y軸位置參數(shù)。將公式（5）輸入計(jì)算機(jī)中，就能夠自動(dòng)得到常見的故障名稱及維修策略，并得到故障節(jié)點(diǎn)的位置。

2 煉鐵系統(tǒng)中西門子變頻器常見故障維修

以上文中得到的西門子變頻器故障診斷方法作為維修依據(jù)，可以通過軟硬件之間的端機(jī)數(shù)據(jù)連接接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸如圖2所示。

圖2 故障維修數(shù)據(jù)接口

在故障維修中，接收數(shù)據(jù)的信號(hào)需要通過變頻器的識(shí)別，并通過I/O智能化驗(yàn)證，才能開始進(jìn)入適配階段。在觀察指示燈時(shí)，結(jié)合指示燈的紅、黃顏色，判斷故障部位以及故障種類[6]。然后根據(jù)維修手冊(cè)中的內(nèi)容按照規(guī)定方法進(jìn)行故障節(jié)點(diǎn)的驗(yàn)證，以避免故障診斷失誤的情況出現(xiàn)。如果該節(jié)點(diǎn)確實(shí)發(fā)生故障，則可以及時(shí)根據(jù)維修方法進(jìn)行故障維修。