CN105903768A - 制钢成套设备的趋势监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在实际运用的制钢成套设备中能够高精度地检测致动器的异常状态的制钢成套设备的趋势监测装置。所述制钢成套设备包括：使对被轧制材料进行作用的设备动作的致动器；将控制实绩值反馈到致动器的操作量以使设备的控制实绩值与控制目标值相一致的控制器；以及采集各个时刻的所述设备的控制目标值和控制实绩值的数据采集装置。趋势监测装置包括：对数据采集装置采集的各个时刻的控制目标值和控制实绩值的偏差的绝对值进行累计而计算出累计值的运算单元；以及在累计值大于阈值时判定所述致动器的状态为异常的异常判定单元。

Description

制钢成套设备的趋势监测装置

技术领域

本发明涉及制钢成套设备的趋势监测装置。特别是，涉及用于早期地发现构成制钢成套设备的设备机器的异常的制钢成套设备的趋势监测装置。

背景技术

以往，已经开发了通过监测设备机器的动作状态来早期地发现异常的各种方法。例如，日本专利特开2002-149230号公报中公开了如下的监测方法：反复测量从对于受控设备的控制输出到受控设备的状态发生变化为止的响应时间，求出响应时间相对于控制次数的变化特性，并求出在每个预定的控制次数上变化特性的倾向，以预测最新的寿命。

现有的监测方法中，需要多次测量从对于受控设备的控制输出到受控设备的状态发生变化的响应时间。但是，在实际运用的成套设备中，由于有多台成为对象的设备机器，从而需要分别安装用于测定响应时间的装置来进行多次测量，这在运用上难以实现。

此外，为了用所测量的响应时间来判断设备的异常，需要对所测量的响应时间和根据已知的响应特性求出的时间进行比较，然而，由于在实际运用的成套设备中存在有许多成为对象的设备机器，需要准备对于各个设备的响应特性来进行比较，需要耗费大量的准备时间。

【现有技术文献】

【专利文献1】日本专利特开2002-149230号公报

发明内容

制钢成套设备包括加热炉、轧机、冷却装置等作用于被轧制材料的设备，这些设备由致动器带动。众所周知，为了使设备的控制实绩值与控制目标值一致，进行将控制实绩值反馈到致动器的操作量这样的反馈控制。根据现有的监测方法，如果从控制开始至设备状态达到控制目标值所需的时间超过上限时间，就判断致动器的状态为异常。

然而，如果所需时间未达到上限时间也不能断定正常。即使在所需时间未超过上限时间的情况下，在达到控制目标值后的控制实绩值的振幅比正常时大的情况下，致动器的状态也存在异常。现有的监测方法不能检测这种异常。

本发明为解决上述问题而提出，其目的在于提供一种制钢成套设备的趋势监测装置，能够根据实际运用的制钢成套设备中通常所采集的控制信息来高精度地早期检测到致动器的异常状态。

为达成上述目的，本发明的制钢成套设备的趋势监测装置的特征在于，

所述制钢成套设备包括：

使作用于被轧制材料的设备动作的致动器；

为了使所述设备的控制实绩值与控制目标值一致而将控制实绩值反馈到所述致动器的操作量的控制器；以及

采集各个时刻的所述设备的控制目标值和控制实绩值的数据采集装置，

所述趋势监测装置包括：

对所述数据采集装置采集的各个时刻的控制目标值和控制实绩值的偏差的绝对值进行累计而算出累计值的运算单元；以及

在所述累计值大于阈值时判定所述致动器的状态为异常的异常判定单元。

通过本发明，能够根据实际运用的制钢成套设备中通常所采集的控制信息来高精度地早期检测出致动器的异常状态。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的系统的整体结构的概念图。

图2是表示制钢成套设备1所包括的轧制生产线的概念图。

图3是用于说明控制网络3中的扫描传输的说明图。

图4是用于说明对设备的控制输出(控制目标值)和控制实绩值之间的关系的说明图。

图5是表示存储于数据库的数据的一个示例的图。

图6是用于说明趋势监测装置44的功能的说明图。

图7是实施方式1所涉及的系统的趋势监测装置44中所编制的控制动作监测用的定义文件。

图8是实施方式1所涉及的系统的数据采集装置43所执行的控制例程的流程图。

图9是实施方式1所涉及的系统的趋势监测装置44所执行的控制例程的流程图。

图10是实施方式2所涉及的系统的趋势监测装置44中所编制的控制动作监测用的定义文件。

图11是实施方式2所涉及的系统的数据采集装置43所执行的控制例程的流程图。

图12是实施方式2所涉及的系统的趋势监测装置44所执行的控制例程的流程图。

图13是实施方式3所涉及的系统的趋势监测装置44中所编制的控制动作监测用的定义文件。

图14是实施方式3所涉及的系统的数据采集装置43所执行的控制例程的流程图。

图15是实施方式3所涉及的系统的趋势监测装置44所执行的控制例程的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式作详细说明。还有，对于各图中共同的部件附注相同的标记，省略其重复说明。

实施方式1

[实施方式1的系统结构]

图1是表示本发明实施方式1所涉及的系统的整体结构的概念图。图1的系统包括制钢成套设备1。制钢成套设备1包括传送方式不同的两个网络，即信息网络2和控制网络3。

制钢成套设备1包括上位计算机41、过程控制计算机42、数据采集装置43、趋势监测装置44、控制器51、控制器52以及RIO(远程输入/输出控制器：remote input/output)53。控制器51、控制器52和RIO53与构成设备的多个机器相连接。具体而言，控制器51与致动器71和传感器81连接。同样地，控制器52与致动器72和传感器82连接。RIO53与致动器73和传感器83连接。致动器71～73例如是图2的马达110、111和油压装置112、113。传感器81～83例如是图2的测厚仪114、115。

(轧制生产线)

图2是表示制钢成套设备1所包括的轧制生产线的概念图。图2的轧制生产线为热轧生产线。轧制生产线可以是厚板轧制生产线、冷轧生产线、线材轧制生产线、条钢轧制生产线等。

被轧制材料在轧制生产线的输送台107上从加热炉100到卷绕机105的输送过程中被加热、轧制和冷却。在图2的轧制生产线中，从上游起依次配置有加热炉100、粗轧机101、n台精轧机、输出辊道(ROT)104和卷绕机105。图2示出了n台精轧机中的第1精轧机102和第n精轧机103。

轧制生产线被划分为多个设备。图2示出包含有加热炉100的设备F、包含有粗轧机101的设备RM、包含有第1精轧机102的设备F1、包含有第n精轧机103的设备Fn。粗轧机101以及n台精轧机各自设有轧制被轧制材料的至少一对轧辊。作为构成装置，各设备包括致动器和传感器。例如，第1精轧机102包括驱动一对轧辊旋转的马达110、调整一对轧辊的间隙的油压装置112和检测由一对轧辊轧制的被轧制材料的厚度的测厚仪114。同样地，第1精轧机103包括马达111、油压装置113、测厚仪115。油压装置112、113包括控制油压的电磁阀。

如上所述，在所构成的轧制生产线中，从加热炉100抽出的被轧制材料(板坯)经过粗轧机101的轧制、第1精轧机102及第n精轧机103的轧制以及ROT104上的冷却，由卷绕机105卷取。

(信息网络与控制网络)

图1的信息网络2是关于操作和产品制造的网络，该网络是能够在连接于网络的装置之间收发消息的网络。

图1的控制网络3是实现高可靠性和实时性的成套设备控制用网络。具体而言，控制网络3是能够利用基于公用存储器方式的扫描传输(周期性的广播传输)来确保控制数据的同时性的网络。作为实现控制网络3的传输技术的一个示例，可举出TCnet(IEC(国际电工委员会：InternationalElectrotechnical Commission)标准“IEC 61784-1/IEC 61158”)。

图1的控制网络3包括多个节点(节点A31～节点E35)。节点也称为站。节点A31包括过程控制计算机42，节点B32包括数据采集装置43，节点C33包括控制器51，节点D34包括控制器52，节点E35包括RIO53。

图3是用于说明控制网络3中的扫描传输的说明图。这里，就节点A31～节点D34进行说明，但这只是为了简化说明，实际上扫描传输也在节点E35和节点A31～节点D34之间进行。

如图3所示，节点A31～节点D34各自具有相同结构的公用存储器310～340。各公用存储器上被不重复地分配如下存储区：写入由过程控制计算机42计算的设定信息的存储区、写入控制器51的输出信号(包括致动器71和传感器81的输出信号)的存储区、写入控制器52的输出信号(包括致动器72和传感器82的输出信号)的存储区、写入RIO53的输出信号(包括致动器73和传感器83的输出信号)的存储区。

具体而言，在各公用存储器中分配对应于给每个监测项目(每个信号)定义的符号的存储区，并存储状态值。例如，给每个监测项目分配与设备动作开始符号、控制输出符号、控制实绩符号对应的存储区。在与设备动作开始符号对应的存储区中存储表示设备的状态(0(不动作)或1(动作))的值。在与控制输出符号对应的存储区中存储设备的控制目标值。在与控制实绩符号对应的存储区中存储设备的控制实绩值。

各节点具有将本节点管理的公用存储器上的数据周期地广播传输到其他所有节点的广播传输功能。例如，节点C33将公用存储器330上的被写入控制器51的输出数据的存储区中的数据周期性地广播传输到其他所有节点，并使各公用存储器上的数据同步。控制网络3可以数毫秒的周期执行扫描传输。

回到图1继续说明。上位计算机41和趋势监测装置44与信息网络2连接。过程控制计算机42与信息网络2连接，并经由节点A31与控制网络3连接。数据采集装置43与信息网络2连接，并经由节点B32与控制网络3连接。控制器51经由节点C33与控制网络3连接。控制器52经由节点D34与控制网络3连接。RIO53经由节点E35与控制网络3连接。

(上位计算机、过程控制计算机)

过程控制计算机42是对制钢成套设备1中的制造过程进行综合管理的过程控制计算机。过程控制计算机42从上位计算机41接收生产信息，利用模拟轧制现象的物理模型计算用于成套设备控制的设定信息。设备动作所需的设定信息通过公用存储器的扫描传输而发送给控制器51、控制器52和RIO53。此外，设备动作的结果(实绩)被传送给过程控制计算机42，过程控制计算机42将操作实绩数据发送给上位计算机41。

(控制器与RIO)

控制器51、控制器52和RIO53根据过程控制计算机42输出的设定信息来控制各设备。此外，控制器51、控制器52和RIO53向设备发送控制输出信号，从设备接收控制实绩信号，并对与公用存储器上的各种符号相对应的状态值进行更新。

[实施方式1中的特征结构]

(致动器异常检测)

现就实施方式1的系统中的致动器异常检测方法进行说明。如上所述，制钢成套设备1包括使作用于被轧制材料的设备动作的致动器。为了使设备的控制实绩值与控制目标值一致，执行将控制实绩值反馈到致动器的操作量的反馈控制。

现就实施方式1的系统中的反馈控制的一个示例进行说明。设备是设有对被轧制材料进行轧制的至少一对轧辊的轧机(第1精轧机102)。致动器是用于调整一对轧辊的间隙的油压装置112。设备的控制目标值为一对轧辊的间隙的目标值。设备的控制实绩值为一对轧辊的间隙的实绩值，是根据测厚仪114的输出信号推断得到的值。在反馈控制中，将控制实绩值反馈到致动器的操作量，以使设备的控制实绩值与控制目标值一致。

图4是用于说明对设备的控制输出(控制目标值)与控制实绩值之间的关系的说明图。实线120表示控制输出(控制目标值)。实线122表示致动器的状态为正常时的控制实绩值。实线124表示致动器的状态为异常时的控制实绩值的一个示例。

作为致动器的异常检测方法之一，可考虑当从控制开始到设备状态达到控制目标值所需的时间超过上限时间(图4的t1至t3的时间)时，就判断致动器的状态为异常。然而，即使所需时间未达到上限时间，也不能断定为正常。如图4的实线124所示，即使在所需时间(图4的t1至t2的时间)未超过上限时间(图4的t1至t3的时间)时，在达到控制目标值后的控制实绩值的振幅比正常时大的情况下，致动器的状态仍为异常。采用上述的异常检测方法不能检测出这种致动器的异常。

因此，在实施方式1的系统中，计算出将各个时刻的控制目标值和控制实绩值的偏差的绝对值累计所得的累计值，在累计值大于阈值的情况下，判定致动器的状态为异常。

(数据采集装置)

为了实现上述异常判定，需要采集运用过程中的实际数据。数据采集装置43采集由过程控制计算机42、控制器51、控制器52和RIO53写入本节点的公用存储器的数据。数据采集装置43以设备控制周期的1/2以下的短周期来监测节点B32的公用存储器320上的(与设备动作开始符号、控制输出符号、控制实绩符号有关的)各种信号。每当检测到各种符号的状态值的变化，数据采集装置43就生成将检测时刻、符号名和状态值相关联的数据并存储到数据库。图5是表示数据库中所存储的数据的一个示例的图。此外，数据采集装置43对来自趋势监测装置44的搜索请求进行响应并输出搜索结果。

(趋势监测装置)

趋势监测装置44根据数据采集装置43采集的数据来进行致动器的异常判定。图6是用于说明趋势监测装置44的功能的说明图。趋势监测装置44包括搜索单元441、运算单元442、异常判定单元443和输入输出单元444。趋势监测装置44包括运算处理装置、存储装置、输入输出接口等的运算资源。与上述各单元的功能对应的程序被存储在存储装置中，通过在运算处理装置中进行执行来实现各单元的功能。

图7是趋势监测装置44中编制的控制动作监测用的定义文件。定义文件的项目为设备名称、设备动作开始符号、控制输出符号、控制实绩符号和搜索期间。定义文件的内容可以由输入输出单元444进行编辑。

搜索单元441将包含定义文件的搜索请求发送给数据采集装置43，从数据采集装置43接收搜索结果，并将其存储于运算数据文件。

运算单元442就指定的监测对象(监测对象符号和监测对象期间)从运算数据文件取得控制开始后一定时间内(例如，图4的t1至t4的时间)的控制输出(控制目标值)和控制实绩值，并算出将各个时刻的控制目标值和控制实绩值的偏差的绝对值累计所得的累计值。而且，运算单元442还对于根据监测对象期间内的数据算出的多个累计值计算出累计值的最大值、最小值和平均值。

异常判定单元443判断累计值的最大值是否大于预设的阈值，如果大于阈值就输出报警信号。

输入输出单元444可以根据操作者的画面操作来编辑定义文件的内容，并指定监测对象(监测对象符号和监测对象期间)。此外，输入输出单元444可以在画面上显示：搜索单元441的搜索结果；关于运算单元442算出的累计值的最大值、最小值和平均值的图表；以及异常判定单元443给出的报警信号。

(流程图)

图8是数据采集装置43执行的控制例程的流程图。本例程响应来自趋势监测装置44的搜索请求而执行。

首先，数据采集装置43读取搜索请求中包含的定义文件(图7)(步骤S100)。数据采集装置43在搜索期间的范围内从数据库取得设备动作开始符号的状态值发生变化(0→1、1→0)的时刻(步骤S102)。数据采集装置43在设备动作开始符号的状态发生变化的时刻检测数据库，取得从该时刻开始一定时间(可设定)内的控制输出符号的状态值(控制目标值)、控制实绩符号的状态值(控制实绩值)(步骤S104)。数据采集装置43将搜索期间的范围内取得的各个时刻的设备动作开始符号的状态值、控制输出符号的状态值、控制实绩符号的状态值作为时间序列数据进行编辑，并发送给趋势监测装置44(步骤S106)。

图9是趋势监测装置44执行的控制例程的流程图。搜索单元441将含有定义文件的搜索请求发送给数据采集装置43，从数据采集装置43接收搜索结果，并存储于运算数据文件。

操作者从输入输出单元444的画面指定监测对象(监测对象符号、监测对象期间)(步骤S110)。

运算单元442针对指定的监测对象，从运算数据文件取得从控制开始起一定时间内的控制目标值和控制实绩值，并算出将各个时刻的控制目标值和控制实绩值的偏差的绝对值累计得到的累计值。而且，运算单元442对于根据监测对象期间内的数据算出的多个累计值计算出累计值的最大值、最小值和平均值(步骤S112)。

异常判定单元443进行阈值查验(步骤S114)。在阈值查验中，判断累计值的最大值是否大于预设的阈值，如果大于阈值则输出报警信号。

输入输出单元444在画面上显示：搜索单元441得到的搜索结果；关于运算单元442算出的累计值的最大值、最小值和平均值的图表；以及异常判定单元443给出的报警信号(步骤S116)。

如上所述，根据实施方式1的系统，操作者可通过查看画面来确认反馈控制(例如，轧辊的仪表控制(gauge control))的动作变化，能够早期发现设备的异常。特别是，通过使用累计值的阈值查验能够高精度地早期发现致动器的异常。

实施方式2

[实施方式2的系统结构]

接着，参照图10～图12说明本发明的实施方式2。本实施方式的系统可在图1所示的结构中，通过在趋势监测装置44中执行图12的例程，从而在数据采集装置43实现后述的图11的例程。

实施方式2的系统是在上述的实施方式1的系统的基础上，还能够如阀门那样以ON/OFF次数来确认具有使用寿命的致动器的剩余寿命的系统。

图10是趋势监测装置44中编制的控制动作监测用的定义文件。定义文件的项目至少包括设备名称、设备动作开始符号和搜索期间。定义文件的内容可以由输入输出单元444编辑。

(流程图)

图11是数据采集装置43执行的控制例程的流程图。本例程响应来自趋势监测装置44的搜索请求而执行。

首先，数据采集装置43读取搜索请求中包含的定义文件(图10)(步骤S200)。数据采集装置43在搜索期间的范围内从数据库取得设备动作开始符号的状态值发生变化(0→1、1→0)的时刻(步骤S202)。数据采集装置43将取得的时刻信息作为时间序列数据进行编辑(步骤S204)，并发送给趋势监测装置44(步骤S206)。

图12是趋势监测装置44执行的控制例程的流程图。搜索单元441将含有定义文件的搜索请求发送给数据采集装置43，从数据采集装置43接收搜索结果，并存储于运算数据文件。

操作者从输入输出单元444的画面指定监测对象(监测对象符号、监测对象期间)(步骤S210)。

运算单元442根据运算数据文件，针对指定的监测对象算出监测对象期间内的ON→OFF(1→0)次数的累计值(计数)(步骤S212)。

异常判定单元443进行阈值查验(步骤S214)。在阈值查验中，判断累计值是否大于预设的阈值，如果大于阈值就输出报警信号。

输入输出单元444在画面上显示：搜索单元441的搜索结果；运算单元442算出的累计值(计数)；以及异常判定单元443给出的报警信号(步骤S216)。

如上所述，根据实施方式2的系统，操作者可通过查看画面来像阀门那样以ON/OFF次数确认具有使用寿命的致动器的剩余寿命，早期发现设备的异常。

实施方式3

[实施方式3的系统结构]

接着，参照图13～图15说明本发明的实施方式3。本实施方式的系统可在图1所示的结构中，通过在趋势监测装置44中执行图15的例程，从而在数据采集装置43中实现后述的图14的例程。

[实施方式3中特征的控制]

实施方式3的系统是能够早期地发现设备的异常的系统，在上述的实施方式1的系统的基础上，该系统还可捕捉执行由动作开始信号输出所决定的动作(顺序控制)的设备(例如，加热炉出钢机)的动作变化。

图13是趋势监测装置44中编制的控制动作监测用的定义文件。定义文件的项目至少包括设备名称、设备动作开始符号、设备动作结束符号和搜索期间。定义文件的内容可以由输入输出单元444编辑。

(流程图)

图14是数据采集装置43执行的控制例程的流程图。本例程响应来自趋势监测装置44的搜索请求而执行。

首先，数据采集装置43读取搜索请求中包含的定义文件(图13)(步骤S300)。数据采集装置43在搜索期间的范围内从数据库取得设备动作开始符号的状态值发生变化(0→1、1→0)的时刻、和设备动作结束符号的状态值发生变化(0→1、1→0)的时刻(步骤S302)。数据采集装置43根据取得的时刻信息计算动作时间(＝动作结束时刻－动作开始时刻)，作为时间序列数据编辑(步骤S304)，并发送给趋势监测装置44(步骤S306)。

图15是趋势监测装置44执行的控制例程的流程图。搜索单元441将含有定义文件的搜索请求发送给数据采集装置43，从数据采集装置43接收搜索结果，并存储于运算数据文件。

操作者从输入输出单元444的画面指定监测对象(监测对象符号、监测对象期间)(步骤S310)。

运算单元442根据运算数据文件取得监测对象期间内的全部动作时间，计算出动作时间的最大值、最小值和平均值(步骤S312)。

异常判定单元443进行阈值查验(步骤S314)。在阈值查验中，判断动作时间的最大值是否大于预设的阈值，如果大于阈值就输出报警信号。

输入输出单元444在画面上显示：搜索单元441的搜索结果；运算单元442作出的关于动作时间的最大值、最小值和平均值的图表；以及异常判定单元443给出的报警信号(步骤S316)。

如上所述，根据实施方式3的系统，操作者可以通过查看画面来捕捉执行由动作开始信号输出所决定的动作(顺序控制)的设备(例如，加热炉出钢机)的动作变化，能够早期发现设备的异常。

标号说明

1 制钢成套设备

2 信息网络

3 控制网络

31 节点A

32 节点B

33 节点C

34 节点D

35 节点E

41 上位计算机

42 过程控制计算机

43 数据采集装置

44 趋势监测装置

51、52 控制器

53 RIO

71、72、73 致动器

81、82、83 传感器

100 加热炉

101 粗轧机

102 第1精轧机

103 第n精轧机

104 ROT

105 卷绕机

107 输送台

110、111 马达

112、113 油压装置

114、115 测厚仪

310、320、330、340 公用存储器

441 搜索单元

442 运算单元

443 异常判定单元

444 输入输出单元

Claims (3)

1.一种制钢成套设备的趋势监测装置，其特征在于，

所述制钢成套设备包括：

致动器，该致动器使对被轧制材料进行作用的设备动作；

控制器，该控制器将所述设备的控制实绩值反馈到所述致动器的操作量，以使所述设备的控制实绩值与控制目标值一致；以及

数据采集装置，该数据采集装置采集各个时刻的所述设备的控制目标值和控制实绩值，

所述趋势监测装置包括：

运算单元，该运算单元对所述数据采集装置采集的各个时刻的控制目标值和控制实绩值的偏差的绝对值进行累计而算出累计值；以及

异常判定单元，该异常判定单元在所述累计值大于阈值时判定所述致动器的状态为异常。

2.如权利要求1所述的制钢成套设备的趋势监测装置，其特征在于，

所述设备是具备对所述被轧制材料进行轧制的至少一对轧辊的轧机，

所述致动器是用于调整所述一对轧辊的间隙的油压装置。

3.如权利要求1或2所述的制钢成套设备的趋势监测装置，其特征在于，

所述数据采集装置对输出使所述设备的动作开始的信号的设备动作开始时刻进行采集，

所述运算单元对所采集的所述设备动作开始时刻的数量进行计数，

所述异常判定单元在所述运算单元进行计数而得到的数量大于阈值时判定所述设备的状态为异常。