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1、-数据实时采集系统在设备维护及故障诊断的应用 提要：为保证轧机生产线安全、高效工作，及时掌握电气、机械设备的工作状态和潜在事故信息，建立了以振动、电量参数为主的在线监测诊断系统。系统实时采集的大量数据，为设备管理与维护及故障诊断提供了重要依据。硅钢生产线机电设备在线数据采集与故障诊断系统 马卫东，赖为民，尹玉贵武汉钢铁股份有限公司硅钢厂摘 要：采用松下PLC的C-NET工业局域网，美国康泰高速A/D卡，与三台研华工控机组成远程数据采集网络，用于森吉米尔轧机生产线重要参数的在线监测。系统实时采集的大量数据，为设备管理与维护及故障诊断提供了重要依据。关键词：数据采集；故障诊断；专家系统武钢硅钢厂森
2、吉米尔轧机生产线系上世纪70年代由日本引进。为保证轧机生产线安全、高效工作，及时掌握电气、机械设备的工作状态和潜在事故信息，建立了以振动、电量参数为主的在线监测诊断系统。本系统通过安装在设备上的加速度传感器和电量测量传感器，采集设备的振动信号和电量与非电量参数，借助于计算机和诊断软件分析处理。系统主要功能包括：(1)直观的窗口图形界面使用环境，全中文显示；(2)可对所有测点实时巡回检测、定时检测、均值计算、上下限报警、打印、实时打印非正常值表；(3)参数设定、报警上下限范围、采样速率等均可通过填写菜单方式完成，利于用户修改设定参数；(4)图形界面便于操作、观察和理解；(5)所有显示表格及打印报
3、表都可由用户编辑；(6)可提供各路检测数据曲线拟合功能；(7)对电度参数日报、月报，统计造表；(8)完成多通道实时数据采集、处理，数据递推超界报警，并可存贮数据，构成设备运行档案；(9)通过故障分析功能了解设备运行状态与发生故障的原因；(10)进行趋势分析，预测设备可能发生故障的时间，以便根据情况安排检修。一、数据采集系统数据采集系统结构如图1所示。PLC采用日本松下产品，共有三个部分。一部分负责采集有功和无功功率，共17路，数据由现场控制柜中有功和无功电度表提供。有功电度按4 800/kW h，即每kW h发4 800个幅度为12V的电脉冲，无功功率按3 500Var，即每Var发3 500
4、个幅度为12V的电脉冲。另两部分分别采集1、 2号主电室电机的极温和冷却风压力，各为23路信号。采用C -NET与工控机组成工业局域网。 远程数据采集模块分别采集1、2号主电室室温、变压器温度、压力、控制柜进线电流、蓄电池电压、电流等共88路信号。模块分布在11个控制柜中，采用RS-485总线联接组成局域网络，在信号采集计算机附近用AD-AM4520模块把RS-485总线再转换为RS-232接入计算机。机房的一台工控机作为上位机，1、2号主电室的两台工控机作为下位机。由RS-485通信口组成的多机通信网与上位机相联，两台下位机与上位机之间采用局域网相联两台下位机分别装配高速A/D卡，采集18路
5、振动信号，48路电机参数和24路跳闸开关量信号。由此构成了在500m范围内近250个模拟量和数字量的数据采集系统。数据采集系统软件采用VB6.0编程，分成三个主要部分。1过渡过程的跟踪与存储为保证轧机电动机的安全可靠运行，要求记录事故跳闸时刻前3s、后4s电动机电压、电流、转速、励磁电流的动态过程，并给出准确的事故跳闸起始点，以便分析跳闸原因，尽快找到故障点，减少停产时间。2故障分析故障分析包括机械传动和电动机两部分。机械传动部分是通过加速度传感器测量机械振动，振动信号经调理后输人给A/D卡采样，工控机对采样数据进行如下处理。(1)简易诊断分析。应用的时域指标包括最大值、峰峰值、均值、均方根值
6、、脉冲指标和峭度指标；(2）精密诊断分析。包括时域波形记录、频谱分析、倒谱分析、历史数据与当前数据比较分析等；(3）图形功能。为进行各种分析比较，可进行单幅显示、双幅显示、四幅显示、X方向的放大缩小、峰值打印、图形拷贝等。 波形和对应的频谱图如图2所示。 3系统数据管理对所有采集的数据填表打印。二、故障诊断专家系统故障诊断专家系统为故障分析和诊断提供了一个方便有效的工具，其结构、功能和原理归纳如下1层次结构：(1)特征频率计算与存贮；(2)典型故障谱图；(3)知识库建立与维护；(4）故障分析。2功能描述可计算被诊断电动机组的各种特征频率，其中机械部分有轴频f0、齿轮啮合频率fzi以及轴承各部位
7、特征频率电机部分分为直流电机和交流电机，直流电机包括槽频率fz、可控硅频率fCSR和固有频率fn；交流电机包括转差频率fw、滑差频率fs、固有频率fn以及槽频率fki等。系统计算出特征频率后，存入指定数据库中，以便调用。系统装有经过仔细筛选过的齿轮断齿、剥落、磨损、偏心，轴承元件剥落、裂纹、内外圈松动等典型故障谱图。根据模糊数学原理，可以得到故障症状和故障原因的数学模型 Y=XoR 式中：Y故障原因向量； X故障症状向量； R模糊关系矩阵； 0模糊逻辑算子据此，可以分为两个步骤进行故障诊断。(1)故障症状输人。由计算机自动对故障信号进行FFT和倒谱分析，根据幅值谱自动计算故障症状向量。(2）诊
8、断输出。根据故障诊断知识库，运用模糊逻辑诊断法，得出诊断结果（见图3)。 图3模糊诊断知识库的建立流程图当轧制不同规格钢材时，作用在齿轮箱上的载荷谱、对应的振动信号以及故障症状向量不同，反映出的零部件的故障类型及程度也不同。刚投人运行的故障诊断知识库，可能由于现场数据统计不完善和实验条件限制等原因，使得一些次要的故障漏诊，故需通过长期积累，不断添加新的知识，以补充判据和规则，提高诊断的准确率。三、结论1本系统于2001年11月投人运行，为轧钢机械和电气设备的管理与维护带来了很大的方便，为轧钢生产线的安全可靠运行提供了理论依据。2直流大电机监测诊断系统为武钢硅钢厂带来可观的经济和社会效益。由于处理得当，系统投入运行3年以来，ZR 1、 ZR2机组在其检测范围内减少了故障停机时间，每年至少节约八次（每次处理72小时）以上的解体检修时间，3年综合经济效益达4 428万元。因此，这在大型冶金企业是一项值得推广的新技术。 参考文献： 1范逸之Vicual basic与RS-232串行通信控制M北京：中国青年出版社，2000. 2李径伟数字信号处理及其C语言算法M，北京：北京新闻出版局，1995. 3李楠等Vicual Basic 5.0编程实例与技巧M北京：人民邮电出版社，1998.-
