CN102343426B - 动态轻压下位移传感器故障在线判断与预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种动态轻压下位移传感器故障在线判断与预警方法，属于冶金行业连铸设备维修技术领域。技术方案是在连铸机的中枢系统辊缝控制系统PLCS7-400进行运算与判断，通过提前将判断条件进行预置，利用辊缝控制系统PLCS7-400来判断位移传感器的故障状态，并将信号发送给扇形段执行机构采取措施，同时向连铸主控系统发出预警提示。本发明可以做到提前对扇形段故障进行预警，对位移传感器进行了故障在线判断，有效杜绝了由于位移传感器故障导致的扇形段辊缝异常变化，对连铸生产全过程进行关键设备全面监控和自动化管理，稳定了连铸生产、提高工艺控制水平，提高产品质量，增创经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种动态轻压下位移传感器故障在线判断与预警方法，属于冶金行业连铸设备维修技术领域。
背景技术
动态轻压下技术是当今世界公认的可以明显改善铸坯内部质量的技术，该技术是在铸坯凝固末端采取特殊压下量的方式弥补铸坯收缩，该技术可以显著改善铸坯质量。动态轻压下技术采用扇形段辊缝控制压下量的方法，直接作用于铸坯沿拉坯方向上不同位置的收缩量，通过控制各扇形段的辊缝位移值来反馈各扇形段组成的收缩锥度，通过调节各扇形段的位移量来调节扇形段的收缩锥度。其中位移传感器是测量位移的重要元器件，是位移检测系统最重要的组成原件。采用位移传感器进行辊缝开口度的信号反馈，位移传感器的数据准确性成为动态轻压下效果的前提保证。由于扇形段在浇钢过程中受高温高湿蒸汽、油浸侵蚀、高温辐射等条件影响工作条件恶劣，位移传感器经常出现漂移，导致反馈数据异常，严重时造成扇形段自动打开，致使铸坯鼓肚甚至造成滞坯等恶性生产事故。背景技术中，为避免这样的设备故障，一般采用如下措施：1、加强设备检修，做到及早发现故障；2、缩短更换周期，位移传感器提前退役；3、人工监控连铸机辊缝。上述措施均是采取被动的措施，当发现问题时，采取人工强制闭合扇形段的方式减少损失，但是，此时由于辊缝变化，已经对铸坯质量造成影响。如果措施采取不及时，还会造成设备的损坏甚至生产事故，该种方法对人员要求严格、人工劳动强度大，同时也造成不必要的物资浪费。如何能够提前进行位移传感器的故障判断及预警，来减少对生产的影响成为本领域亟待解决的技术问题之一。
发明内容
本发明提供一种动态轻压下位移传感器故障在线判断与预警方法，提前进行位移传感器的故障判断及预警，来减少对生产的影响，避免事故的发生，解决背景技术存在的上述问题。
本发明技术方案是：动态轻压下位移传感器故障在线判断与预警方法，利用动态轻压下控制系统来进行动态轻压下位移传感器故障在线判断与预警，所说的动态轻压下控制系统由“辊缝控制系统PLC S7-400”和诸多“远程站PLC S7-300”组成，“辊缝控制系统PLC S7-400”简称“PLC S7-400”，“远程站PLC S7-300”简称“PLC S7-300”，“PLC S7-400”通过DP通讯与各“PLC S7-300”连接；“PLC S7-300”通过专线连接方式与扇形段终端仪器进行连接，扇形段终端仪器包括：位移传感器、液压单元、电源；在连铸机的中枢系统“PLC S7-400”进行运算与判断，通过提前将判断条件进行预置，利用“PLC S7-400”来判断位移传感器的故障状态，并将信号发送给扇形段执行机构采取措施，同时向“连铸主控系统”发出预警提示，“连铸主控系统”简称“工程师站”。
位移传感器故障分为两种情况：㈠位移传感器电源线、数据线故障，该种故障将会导致位移传感器反馈数据“严重波动”、“无穷大”或“零”；㈡同步时钟线故障，检测数据保持不变；针对以上两种情况对位移传感器故障判断。
具体实施方式：本发明扇形段上分别设置A液压缸、B液压缸、C液压缸、D液压缸，“PLC S7-300”将扇形段上A液压缸、B液压缸、C液压缸、D液压缸上的位移传感器的信号输出给“PLC S7-400”，“PLC S7-400”完成传感器信号的判断工作；判断结果的指令由“PLC S7-400”输出给“PLC S7-300”，“PLC S7-300”执行相应的指令使扇形段进行动作。
更具体步骤如下：①在“PLC S7-400”中预置位移传感器检测的“原数范围”、“使用范围”与“超程范围”，“使用范围”为“原数范围”的80%，“超程范围”为“使用范围”的1%；②“PLC S7-400”在生产过程中进行位移传感器的“微调”与“比较两周期内数据差”，对位移传感器实施小的调整，调整量为0.3%，同时将“现有数据”与“上一周期的数据”进行比较，两者“数据差”超出“超程范围”，则判断位移传感器“超程故障”，主要原因是位移传感器出现由于电源线或数据线造成的故障；当两者“数据差”保持不变时，则判断位移传感器“数据故障”，主要原因是位移传感器出现由于时钟线造成的故障；③任何一个位移传感器出现“超程故障”或“数据故障”时，“PLC S7-300”强制扇形段四个缸比例阀处于锁定状态；在接下来的10个时钟周期内，“PLC S7-400”继续判断“PLC S7-300”反馈的位移数值，当5次以上判断出现“超程故障”或“数据故障”时，“PLC S7-400”判断出“位移传感器故障”的结果，将该扇形段彻底锁定，“PLC S7-400”向“PLC S7-300”发送“锁定液压系统”指令，防止辊缝波动造成质量波动或生产事故，同时向“工程师站”发出提示，在画面上显示“液压系统已锁定”，提醒及时发现并解决问题；④当这10个周期内低于5次的“超程故障”或“数据故障”时，认为本次信号异常为反馈值出现偶然波动，“PLC S7-400”向“工程师站”发出预警提示，在画面上显示液压缸的“位移传感器故障报警”，提醒及时发现，做好记录以利于在生产空隙进行该传感器的检修工作，请求人工干预，“忽略故障”或“锁定液压系统”，下一步按照人工指令工作，在此过程中继续进行后续反馈数据的运算不进行扇形段动作；直至人工干预或逻辑判断未出现“超程故障”或“数据故障”，再进行相应的扇形段上抬或下压动作。
本发明的积极效果：本发明可以做到提前对扇形段故障进行预警，对位移传感器进行了故障在线判断，有效杜绝了由于位移传感器故障导致的扇形段辊缝异常变化，对连铸生产全过程进行关键设备全面监控和自动化管理，稳定了连铸生产、提高工艺控制水平，提高产品质量，增创经济效益。
附图说明
图1 是本发明辊缝控制系统PLC S7-400示意图；
图2是本发明远程站PLC S7-300示意图；
图3是本发明位移信号的垂直传递关系示意图；
图4是本发明扇形段液压缸编号。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例，对本发明作进一步说明。
参照附图1，辊缝系统的计算由“PLC S7-400”完成，通过DP通讯与各扇形段远程站连接。各个扇形段远程站之间属于平行关系，每个远程站与辊缝系统“PLC S7-400”完成通讯，各扇形段远程站之间不进行通讯与数据传输。当某一个远程站出现故障时可以将此站手动锁定，不会影响其他远程站的正常工作。
参照附图2，远程站由“PLC S7-300”完成，通过专线连接方式与扇形段终端仪器进行连接。其中包括传感器位移的反馈信号、液压执行信号（包括液压缸执行与液压故障系统）、液压系统反馈信号、电源。
参照附图4，每个扇形段包括四个液压缸，在系统中分别以A液压缸、B液压缸、C液压缸、D液压缸代号，相应的在其液压缸顶安装A位移传感器、B位移传感器、C位移传感器、D位移传感器。在位移传感器正常状态下，每个位移传感器分别按照时钟频率进行数据的反馈。中央处理器将反馈与目标值进行运算，进而判断是否动作，各种数据在闭路循环系统中进行传输。由于外界条件变化导致位移传感器反馈数据与目标值出现差值时，系统执行相应的抬起或压下动作。为了保持扇形段的平衡，系统以A液压缸为基准数据进行平衡校准，当动作命令要求下达后，目标值与A液压缸检测位移进行比较，若在±0.05mm以外，则A液压缸向目标值动作，B液压缸、C液压缸、D液压缸上的位移检测位置与A液压缸位移检测位置比较，跟随A液压缸动作。若A/B、A/C、A/D液压缸之间，位移差超过±3mm，则A液压缸停止，等待其它液压缸动作平衡；当A液压缸达到目标值±0.05mm以内时，A液压缸停止动作，B、C、D液压缸检测位移与目标值比较，到达±0.05mm以内时停止。在应用过程中，若任何一个位移传感器出现问题均可能导致扇形段误动作，甚至损坏扇形段。
位移传感器故障分为两种情况：1、位移传感器电源线、数据线故障，该种故障将会导致位移传感器反馈数据“严重波动”、“无穷大”或“零”；2、同步时钟线故障，检测数据保持不变。针对以上两种情况在上述图1、图2、图3的工作原理基础上对位移传感器故障预置。位移传感器位移“原数范围”在0-60000之间共60000个单位，“使用范围”从6000-54000共48000个单位。将“超程范围”设置为“使用范围”的1%即480个单位。针对第一种故障判断如下：将现有数据与原有数据比较，当两者“数据差”超出“超程范围”时判断位移传感器数据线或电源线故障；针对第二种情况判断如下：将现有数据与原有数据比较，当两者“数据差”一直保持为零的情况下则判断时钟线故障。
以7#扇形段位移传感器数据线故障为例说明，工作过程如下：7#扇形段辊缝值为220mm，由于位移传感器故障其反馈值发生异常。“PLC S7-300”按照原有数据传输结构将此数值反馈给“PLC S7-400”，“PLC S7-400”将其数据与正常波动值进行比较，经过逻辑运算该数值超过正常范围进而判断其位移传异常；此时，“PLC S7-400”不执行扇形段上抬或下压命令，而向“PLC S7-300”发出锁定扇形段命令。在10个时钟周期内，“PLC S7-400”继续判断“PLC S7-300”向其反馈的位移数值，当出现大于50%以上数量逻辑判断故障时得出最终结果将该扇形段彻底锁定（“PLC S7-400”向“PLC S7-300”发送锁定液压系统指令），防止辊缝波动造成质量波动或生产事故；反之认为本次信号异常为反馈值出现偶然波动，“PLC S7-400”向“工程师站”发出预警提示，请求人工干预，下一步按照人工指令工作，在此过程中继续进行后续反馈数据的运算不进行扇形段动作；直至人工干预或逻辑判断0%出现逻辑判断故障后进行相应的扇形段上抬或下压动作。
实施例一：扇形段位移传感器反馈值波动。
“原数范围”在0-60000之间共60000个单位，“使用范围”为其“原数范围”的80%，从6000到54000共48000个单位；在PLC S7-400中定义位移传感器“超程范围”为“使用范围”的1%，将“超程范围”设置为480个单位。当位移传感器有效量程为275mm时，将275mm等分为60000个单位，即“超程范围”为“使用范围”48000的1%为480个单位（数值上等于2.75mm）。7#扇形段目前实际辊缝值为43636（数值上等于220mm），由于位移传感器故障其反馈值发生异常，出现50181（数值上等于230mm）。PLC S7-300按照原有数据传输结构将此数值反馈给PLC S7-400，PLC S7-400将其数据与正常波动值进行比较，经过逻辑运算50181与43636差值为6545，该数值超过正常范围480个单位进而判断其位移传异常；此时，PLC S7-400不执行扇形段上抬或下压命令，而向PLC S7-300发出锁定扇形段命令。在10个时钟周期内，PLC S7-400继续判断PLC S7-300向其反馈的位移数值，当出现8个周期逻辑判断故障时得出最终结果将该扇形段彻底锁定（PLC S7-400向PLC S7-300发送锁定液压系统指令），防止辊缝波动造成质量波动或生产事故，“PLC S7-400”向“工程师站”发出预警提示。在10个时钟周期内当出现低于5次逻辑判断超程故障时得出最终结果，认为本次信号异常为反馈值出现偶然波动，“PLC S7-400”向“工程师站”发出预警提示，请求人工干预，下一步按照人工指令工作，在此过程中继续进行后续反馈数据的运算不进行扇形段动作，直至人工干预或逻辑判断0%出现逻辑判断故障后进行相应的扇形段上抬或下压动作。
实施例二：扇形段位移传感器反馈值为零。
“原数范围”在0-60000之间共60000个单位，“使用范围”为其“原数范围”的80%，从6000到54000共48000个单位；在PLC S7-400中定义位移传感器“超程范围”为“使用范围”的1%，将“超程范围”设置为480个单位。当位移传感器有效量程为275mm时，将275mm等分为60000个单位，即“超程范围”为“使用范围”48000的1%为480个单位（数值上等于2.75mm）。9#扇形段目前实际辊缝值为38749（数值上等于222mm），由于位移传感器故障其反馈值发生异常，出现0数值。PLC S7-300按照原有数据传输结构将此数值反馈给PLC S7-400，PLC S7-400将其数据与正常波动值进行比较，经过逻辑运算0与38749差值为38749，该数值超过正常范围480进而判断其位移传异常；此时，PLC S7-400不执行扇形段上抬或下压命令，而向PLC S7-300发出锁定扇形段命令。在10个时钟周期内，PLC S7-400继续判断PLC S7-300向其反馈的位移数值，当出现6个周期逻辑判断故障时得出最终结果将该扇形段彻底锁定（PLC S7-400向PLC S7-300发送锁定液压系统指令），防止辊缝波动造成质量波动或生产事故，“PLC S7-400”向“工程师站”发出预警提示。在10个时钟周期内当出现低于5次逻辑判断超程故障时得出最终结果，认为本次信号异常为反馈值出现偶然波动，“PLC S7-400”向“工程师站”发出预警提示，请求人工干预，下一步按照人工指令工作，在此过程中继续进行后续反馈数据的运算不进行扇形段动作，直至人工干预或逻辑判断0%出现逻辑判断故障后进行相应的扇形段上抬或下压动作。
实施例3：扇形段位移传感器反馈值不变。
“原数范围”在0-60000之间共60000个单位，“使用范围”为其“原数范围”的80%，从6000到54000共48000个单位；在PLC S7-400中定义位移传感器“超程范围”为“使用范围”的1% 即480个单位，“微调量”为0.3%即160个单位。9#扇形段目前实际辊缝值为38749（数值上等于222mm），由于位移传感器故障其反馈值发生异常，反馈量一直维持在38749数值。PLC S7-300按照原有数据传输结构将此数值反馈给PLC S7-400，PLC S7-400将其数据与正常波动值进行比较，经过逻辑运算38749与38749差值为0，该数值低于正常“微调量”160进而判断其位移传感器时钟线异常；此时，PLC S7-400不执行扇形段上抬或下压命令，而向PLC S7-300发出锁定扇形段命令。在10个时钟周期内，PLC S7-400继续判断PLC S7-300向其反馈的位移数值，当出现6个周期逻辑判断故障时得出最终结果将该扇形段彻底锁定（PLC S7-400向PLC S7-300发送锁定液压系统指令），防止辊缝波动造成质量波动或生产事故，“PLC S7-400”向“工程师站”发出预警提示。在10个时钟周期内当出现低于5次逻辑判断超程故障时得出最终结果，认为本次信号异常为反馈值出现偶然波动，“PLC S7-400”向“工程师站”发出预警提示，请求人工干预，下一步按照人工指令工作，在此过程中继续进行后续反馈数据的运算不进行扇形段动作，直至人工干预或逻辑判断0%出现逻辑判断故障后进行相应的扇形段上抬或下压动作。
Claims (3)
1.一种动态轻压下位移传感器故障在线判断与预警方法，其特征在于利用动态轻压下控制系统来进行动态轻压下位移传感器故障在线判断与预警，所说的动态轻压下控制系统由辊缝控制系统PLC S7-400和诸多远程站PLC S7-300组成，辊缝控制系统PLC S7-400通过DP通讯与各远程站PLC S7-300连接；远程站PLC S7-300通过专线连接方式与扇形段终端仪器进行连接，扇形段终端仪器包括：位移传感器、液压单元、电源；在连铸机的中枢系统辊缝控制系统PLC S7-400进行运算与判断，通过提前将判断条件进行预置，利用辊缝控制系统PLC S7-400来判断位移传感器的故障状态，并将信号发送给扇形段执行机构采取措施，同时向连铸主控系统发出预警提示；所述位移传感器故障分为两种情况：㈠位移传感器电源线、数据线故障，该种故障将会导致位移传感器反馈数据严重波动、无穷大或零；㈡同步时钟线故障，检测数据保持不变；针对以上两种情况对位移传感器故障判断。
2.根据权利要求1所述之动态轻压下位移传感器故障在线判断与预警方法，其特征在于扇形段上分别设置A液压缸、B液压缸、C液压缸、D液压缸，远程站PLC S7-300将扇形段上A液压缸、B液压缸、C液压缸、D液压缸上的位移传感器的信号输出给辊缝控制系统PLC S7-400，辊缝控制系统PLC S7-400完成传感器信号的判断工作；判断结果的指令由辊缝控制系统PLC S7-400输出给远程站PLC S7-300，远程站PLC S7-300执行相应的指令使扇形段进行动作。
3.根据权利要求1或2所述之动态轻压下位移传感器故障在线判断与预警方法，其特征在于更具体步骤如下：①在辊缝控制系统PLC S7-400中预置位移传感器检测的原数范围、使用范围与超程范围，使用范围为原数范围的80%，超程范围为使用范围的1%；②辊缝控制系统PLC S7-400在生产过程中进行位移传感器的微调与比较两周期内数据差，对位移传感器实施小的调整，调整量为0.3%，同时将现有数据与上一周期的数据进行比较，两者数据差超出超程范围，则判断位移传感器超程故障，主要原因是位移传感器出现由于电源线或数据线造成的故障；当两者数据差保持不变时，则判断位移传感器数据故障，主要原因是位移传感器出现由于时钟线造成的故障；③任何一个位移传感器出现超程故障或数据故障时，远程站PLC S7-300强制扇形段四个缸比例阀处于锁定状态；在接下来的10个时钟周期内，辊缝控制系统PLC S7-400继续判断远程站PLC S7-300反馈的位移数值，当5次以上判断出现超程故障或数据故障时，辊缝控制系统PLC S7-400判断出位移传感器故障的结果，将该扇形段彻底锁定，辊缝控制系统PLC S7-400向远程站PLC S7-300发送锁定液压系统指令，防止辊缝波动造成质量波动或生产事故，同时向连铸主控系统发出提示，在画面上显示液压系统已锁定，提醒及时发现并解决问题；④当这10个周期内低于5次的超程故障或数据故障时，认为本次信号异常为反馈值出现偶然波动，辊缝控制系统PLC S7-400向连铸主控系统发出预警提示，在画面上显示液压缸的位移传感器故障报警，提醒及时发现，做好记录以利于在生产空隙进行该传感器的检修工作，请求人工干预，忽略故障或锁定液压系统，下一步按照人工指令工作，在此过程中继续进行后续反馈数据的运算不进行扇形段动作；直至人工干预或逻辑判断未出现超程故障或数据故障，再进行相应的扇形段上抬或下压动作。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20130612 Termination date: 20160907 |