CN106270437B - 一种中间包钢水控流装置的自动测试系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中间包钢水控流装置的自动测试系统，包括用于控制中间包水口的控流机构、以及对所述控流机构进行驱动的驱动装置以及对所述驱动装置进行控制和调节的开度控制模块，其特征在于，包括：用于进行自动测试的测试子系统、用于对测试结果进行分析的分析子系统以及工业以太网，所述测试子系统与所述分析子系统通过工业以太网进行数据通信。另外，本发明还涉及一种中间包钢水控流装置的自动测试方法。用于取代现有技术中的人工测试，提升了对中间包钢水控流装置的状态监测水平，提高了控流系统的稳定性。

Description

一种中间包钢水控流装置的自动测试系统和方法

技术领域

本发明属于炼钢连铸生产工艺中的设备监控领域，涉及一种中间包钢水控流装置的自动测试系统和方法。

背景技术

在炼钢连铸生产中，中间包钢水控流装置是十分关键的设备，它安装在中间包底部，用于对注入结晶器的钢水流量进行调节和控制，使连铸在一定的拉坯速度条件下，保持钢水在结晶器内的液位稳定。连铸的结晶器钢水液面稳定性对连铸的铸坯产品质量非常重要，一旦结晶器内钢水液面发生异常波动或失控，不仅将会导致铸坯夹渣等质量缺陷，而且还会造成浇铸中断、漏钢、溢钢等生产事故。因此，中间包钢水控流装置的设备状态和动作性能对结晶器钢水液面的稳定性至关重要。

如图1所示，中间包钢水控流装置主要由中间包水口的控流机构12和驱动装置11组成，同开度控制模块13一起构成现有的中间包钢水控流系统。其中，控流机构12一般采用塞棒机构或者滑板机构，塞棒机构是通过塞棒的垂直升降运动，调节塞棒口与中间包底部水口开口度，来控制中间包钢水流出量；滑板机构是通过滑板水平运动，调节动滑板与静滑板之间的开口度，来控制中间包钢水流出量。驱动装置11则由电液伺服装置或者电动伺服装置组成，用于精确驱动控流机构12，从而调节水口开度变化；开度控制模块13的输入端接收结晶器钢水液位控制系统(未图示)送来的开度设定信号，和来自控流装置的开度检测信号一起，对水口控流机构的开度进行闭环控制调节。

为了避免在钢水浇铸时产生异常事故，中间包控流装置每次在上线后或者浇铸前，都要进行动作测试检查和确认。例如，在电液伺服装置作为驱动装置11时，需要通过测试来测量以下测试指标是否满足标准，例如正向驱动速度、反向驱动速度、正向最大驱动力、反向最大驱动力、伺服零位偏差。若以上指标不在标准范围，则需要对驱动装置11进行维护调整。目前，这一作业主要通过操作人员在现场进行手动操作、人工目测、人工记录的方式来完成。现有的测试方式存在以下几个问题：

1)人工测试费时费力，效率低；

2)受个人操作因素影响大，容易漏测和误测，并无法追溯；

3)测试结果难量化，影响对设备状态和性能的准确分析和评估；

4)无法及时对中间包控流装置的性能劣化及时进行调整和修正。

然而现有技术中并未提供一种测试装置和测试方法来对中间包钢水控流系统进行自动的测试。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题，提供一种中间包钢水控流装置的自动测试系统以及测试方法，取代人工测试。

本发明提供一种中间包钢水控流装置的自动测试系统，包括用于控制中间包水口的控流机构、以及对所述控流机构进行驱动的驱动装置，还包括：测试子系统、分析子系统以及工业以太网，所述测试子系统与所述分析子系统通过工业以太网进行数据通信，其中，所述测试子系统包括开度控制模块、测试控制模块和检测模块，所述开度控制模块的输出端与所述驱动装置相连接，用于对所述驱动装置进行控制和调节，所述测试控制模块的输出端与所述开度控制模块相连接，用于向所述开度控制模块传送激励信号，所述检测模块与所述驱动装置相连接，用于检测所述驱动装置的驱动位移信号和驱动力信号，所述开度控制模块、所述测试控制模块以及所述检测模块均连接至所述工业以太网，用于数据通信；

所述分析子系统具备数据采集模块、数据分析模块和操作监视模块，所述数据采集模块连接至所述工业以太网，所述数据采集模块用于数据采集和数据通信；所述数据分析模块与所述数据采集模块相连接，用于存储运算规则、指标判定规则和参数调整规则，以及用于将所述数据采集模块所发送的各项数据进行分析比较和参数调整，并将调整后的数据发送至所述数据采集模块；所述操作监视模块分别与所述数据采集模块、所述数据分析模块相连接，用于人工输入测试参数和标准规则，并显示测试过程和测试结果以及报警。

优选的，所述测试控制模块包括：

用于产生阶跃激励信号的阶跃信号发生器，用于产生斜坡激励信号的斜坡信号发生器以及用于产生正弦波激励信号的正弦波信号发生器，还包括第一测试通道和第二测试通道，其中所述第一测试通道的输入端和所述第二测试通道的输入端均通过第一三向选择开关连接到所述阶跃信号发生器的输出端、所述斜坡信号发生器的输出端以及所述正弦波信号发生器的输出端之一，所述第一测试通道的输出端通过第二双向选择开关与所述开度控制模块的输入端相连接；所述第二测试通道的输出端通过第三双向选择开关与所述开度控制模块的输出端相连接。

优选的，所述数据分析模块包括数据库和运算单元，所述数据库用于存放运算规则、指标标准值(范围)和参数调整规则，所述运算处理单元根据所述数据库中所存放的所述运算规则、指标标准值和参数调整规则进行运算。

优选的，所述操作监视模块具备显示器、输入装置和报警装置。

本发明还涉及一种中间包钢水控流装置的自动测试方法，上述中间包钢水控流装置的自动测试系统，包括以下步骤：

步骤1、用户通过所述操作监视模块设定测试参数，测试参数类型如表1所示；

具体的，其特征在于，所述测试参数包括：测试类型，负载类型、激励信号类型以及激励信号的参数，其中所述测试类型包括开环测试和闭环测试，所述负载类型包括负载和空载，所述激励信号类型包括阶跃信号、斜坡信号以及正弦波信号，表1是测试参数的具体内容。

表1测试参数

步骤2、所述分析子系统通过工业以太网将所述测试参数传输给所述测试控制模块，所述测试控制模块根据所述测试参数，控制相应的激励信号通过所对应的测试通道的输出至所述开度控制模块，进行测试，所述检测模块检测和采集所述驱动机构的被测数据，并通过所述工业以太网将被测数据发送至所述数据采集模块；

步骤3、所述数据分析模块读取所述数据采集模块中的所述被测数据，并根据所述数据库中存放的参数标准和运算规则，对所述被测数据进行运算分析，生成测试指标，并显示在所述操作监视模块上，并将所述测试指标与所述数据库中的标准值进行比较，若所述被测测试指标超过所述标准值，则，所述数据分析模块对所述操作监视模块输出报警信号，所述操作监视模块进行报警。具体的，各项测试指标以及各项指标的确定规则由表2所示。

表2各项测试指标以及各项指标的确定规则

具体的，其特征在于，步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1，所述数据采集模块获取所述操作监视模块中所输入的测试参数；

步骤2.2，所述数据采集模块将所述测试参数通过所述工业以太网传送给所述测试控制模块；

步骤2.3，所述测试控制模块根据所述激励信号的类型，将所述第一三向选择开关连接至所对应的信号发生器；所述测试控制模块根据所述测试类型，选择对应的测试通道，若为开环测试，则接通所述第二测试通道，若为闭环测试，则接通所述第一测试通道；

步骤2.4，所述测试控制模块根据所述测试参数产生相应的激励信号，并通过所对应的测试通道传送至所述开度控制模块，所述开度控制模块接受到所述激励信号后，对所述控流机构驱动装置进行控制；

步骤2.5，所述检测模块检测和采集所述控流机构驱动装置的被测数据，并通过所述工业以太网将被测数据发送至所述数据采集模块；

步骤2.5，测试结束后，所述测试控制模块断开所述测试通道，并将所述开度控制模块复位。

优选的，步骤3还包括以下步骤：

步骤3.1，所述数据分析模块的所述运算单元读取所述数据采集模块中的所述被测数据，并同时读取所述数据库中的所述运算规则；

步骤3.2，所述数据运算模块根据所述测试指标的运算规则，生成各项测试指标，并显示在所述操作监视模块上；

步骤3.3，所述运算模块读取所述数据库中的指标标准值，并将所述测试指标与所述指标标准值进行比较，若所述被测测试指标超过所述标准值，所述数据分析模块对所述操作监视模块输出报警信号，所述操作监视模块进行报警。

优选的，在所述步骤3之后还包括自动修正步骤，若所述被测测试指标超过所述标准值，则所述数据分析模块根据存储在所述数据库中的调整规则生成修正参数，该修正参数用于影响所述测试指标，随后所述数据分析模块将调整后的修正参数传送给所述数据采集模块，所述数据采集模块通过所述工业以太网将所述调整后的修正参数发送给所述开度控制模块，从而控制所述开度控制模块按调整后的修正参数对所述控流机构进行控制。其中调整规则是指储存在数据库中的修正参数和所述被测测试指标之间的某种调整关系，例如，被测测试指标为伺服零位偏差值，通过修正参数A对开度控制模块的输出量进行补偿，可以修正伺服零位偏差指标，其调整规则为，修正参数A取伺服零位偏差值的相反数，即调整后的修正参数A＝-伺服零位偏差值。

本发明提供了一套完善的中间包钢水控流装置的自动测试系统和方法，用于取代现有技术中的人工测试，本发明具有自动化程度高、测试指标全面、可自动实现性能调整的特点，可以同时快速获取多个中间包钢水控流装置的静态和动态性能，提高了测试效率和测试精度，避免了人工测试存在的漏测、误测、难以追溯等问题，提升了对中间包钢水控流装置的状态监测水平，提高了控流系统的稳定性。

附图说明

图1为现有中间包钢水控流装置的结构图；

图2为本发明的中间包钢水控流装置的自动测试系统的结构图；

图3为测试控制模块的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的中间包钢水控流装置的自动测试系统和方法作进一步的详细描述，但不作为对本发明的限定。

图2为本发明的中间包钢水控流装置的自动测试系统的结构图，如图2所示，发明的中间包钢水控流装置的自动测试系统包括用于控制中间包水口的控流机构12，驱动装置11与控流机构12相连接，对控流机构12进行驱动。

还包括测试子系统1、分析子系统3以及工业以太网2，测试子系统1与分析子系统3通过工业以太网2进行数据通信。

其中，测试子系统1包括开度控制模块13、测试控制模块14和检测模块15。开度控制模块13的输出端与驱动装置11相连接，用于对驱动装置进行控制和调节，该调节为闭环调节。测试控制模块14的输出端与开度控制模块13相连接，本发明中测试分为开环测试和闭环测试，在开环测试的情况下，测试控制模块14的输出端与开度控制模块13的输出端相连接，在闭环测试的情况下，测试控制模块14的输出端与开度控制模块13的输入端相连接。

具体连接方式如图3所示，测试控制模块14包括用于产生阶跃激励信号的阶跃信号发生器141，用于产生斜坡激励信号的斜坡信号发生器142以及用于产生正弦波激励信号的正弦波信号发生器143，三种信号发生器并列设置，其输出端的引脚通过第一三向选择开关K1选择连接。

另外还包括第一测试通道和第二测试通道，分别对应闭环测试和开环测试。其中第一测试通道的输入端和第二测试通道的输入端均通过第一三向选择开关K1连接三个信号发生器141～143的输出端之一，第一测试通道的输出端通过第二双向选择开关K2与开度控制模块13的输入端相连接，因此激励信号从开度控制模块13的输入端进入，从而进行闭环测试；第二测试通道的输出端通过第三双向选择开关K3与开度控制模块13的输出端相连接，因此激励信号从开度控制模块13的输出端直接控制驱动装置，从而进行开环测试。

检测模块15与驱动装置11相连接，用于在测试中检测驱动装置的驱动位移信号和驱动力信号。另外，开度控制模块13、测试控制模块14以及测试模块15均连接至工业以太网2，用于与分析子系统3之间进行数据通信；

分析子系统3主要执行测试中的数据分析和报警工作，具备数据采集模块31、数据分析模块32和操作监视模块33。

具体的，数据采集模块31连接至工业以太网2，用于数据采集和数据通信，包括采集检测模块15获取的被测数据，以及发送数据分析模块32进行调整后的修正参数。数据分析模块32与数据采集模块31相连接，本实施方式中，数据分析模块32包括数据库和运算单元，数据库用于存放运算规则、指标判定规则和参数调整规则，运算处理单元根据数据库中所存放的运算规则、指标判定规则和参数调整规则进行运算。操作监视模块33分别与数据采集模块31、数据分析模块32相连接，具备显示器、输入装置和报警装置，用于人工输入测试参数和标准规则，并显示测试过程和测试结果以及报警。

另外，本发明还涉及一种中间包钢水控流装置的自动测试方法，基于上述中间包钢水控流装置的自动测试系统，包括以下步骤：

步骤1、用户通过操作监视模块32设定测试参数，用户可以从操作监视模块的输入设备(如键盘)输入如表1所述的测试参数，本实施方式中所输入的测试参数如表3；

表3本实施方式中所输入的测试参数

步骤2、分析子系统3通过工业以太网将测试参数传输给测试控制模块14，测试控制模块14根据测试参数，将第一三向选择开关K1选择到阶跃信号发生器141，同时将测试控制模块14的输出端通过第三双向K3与开度控制模块13的输出端相连接后，开始输出激励信号，进行测试。测试过程中，检测模块检测14采集驱动机构的被测数据，并通过工业以太网2将被测数据发送至数据采集模块31。

具体步骤如下：

步骤2.1，数据采集模块31获取操作监视模块33中所输入的测试参数；

步骤2.2，数据采集模块31将测试参数通过工业以太网2传送给测试控制模块14；

步骤2.3，测试控制模块14根据测试参数，将第一三向选择开关K1选择到阶跃信号发生器141，同时将测试控制模块14的输出端通过第三双向选择开关K3与开度控制模块13的输出端相连接；

步骤2.4，测试控制模块14根据测试参数中阶跃信号参数的初始值0％，控制产生0幅值的的激励信号，接受到激励信号后，对驱动机构进行控制；由于是开环测试，此时驱动机构11的伺服阀阀芯回到0位，随后，根据预设的初始化时间10s后，测试控制模块将阶跃信号发生器141所产生的阶跃信号变为30％的阶跃量输出；

步骤2.5，检测模块15检测和采集驱动机构的被测数据，并通过工业以太网2将被测数据发送至数据采集模块31；

步骤2.5，由于预设的测试时间为30s，因此测试结束后，测试控制模块断开测试通道，并将开度控制模块复位，停止输出激励信号，并使得选择开关K1～K3均复位。

步骤3、分析子系统3根据所获取的被测数据进行分析、运算以及报警，具体的如下所述：

步骤3.1，数据分析模块32的运算单元读取数据采集模块31中的所述被测数据，并同时读取数据库中的运算规则，运算规则为表2中“各项测试指标的确定规则”一列所示；

步骤3.2，数据分析模块32根据测试指标的运算规则，生成各项测试指标，并显示在操作监视模块33上，在本实施方式中，所生成的测试指标如表四，最后一列标准范围为储存在数据库中的指标标准值(范围)；

表四本实施方式中所生成的测试指标

步骤3.3，运算模块读取数据库中的指标标准值即为表四中的标准范围，并将测试指标与指标标准值进行比较，若测试指标超出指标标准值范围，数据分析模块32对操作监视模块33输出报警信号，操作监视模块33进行报警，本测试实例中，预定的负载类型为带滑板机构，即驱动油缸与滑板机构已经连接上，通过与负载条件下的指标标准范围进行比较，数据分析模块发现伺服零位偏差指标超出了标准范围(标准范围为-2％～+2％)，数据分析模块32对操作监视模块33发送报警信息，在操作监视模块33的监视终端上显示指标异常报警，提示对应的中间包钢水控流装置的伺服阀阀芯存在着过大的零位偏移，需要进行及时调整维护。

另外，在本发明中，在步骤3之后还包括自动修正步骤，若被测测试指标超过标准值(如本实施方式中的“伺服零位偏差”)，则数据分析模块32根据存储在数据库中的调整规则，对影响测试指标的修正参数进行调整，数据分析模块32将调整后的修正参数传送给数据采集模块31，数据采集模31块通过工业以太网将所述调整后的修正参数发送给开度控制模块13，从而控制开度控制模块13按调整后的修正参数对驱动机构11进行控制，进而控制控流机构12。

其中调整规则为储存在数据库中的修正参数和所述被测测试指标之间的某种调整关系，例如，本实施方式在数据库中储存有对伺服零位偏差值超标的调整规则，该调整规则包括：通过修正参数A对开度控制模块的输出量进行补偿；修正参数A为伺服零位偏差值的相反数，调整后的修正参数A＝-伺服零位偏差值，且该参数A限定的可调范围为±10％；因此，由于该中间包钢水控流装置的伺服零位偏差指标已超标，并且调整后的参数A未超出限定的可调范围，故满足参数自调整条件，分析子系统3通过所述数据分析模块32将调整后的修正参数A传送给所述数据采集模块31，然后再通过工业以太网2发送至开度控制模块13，用该修正参数A对开度控制模块13的输出量进行补偿，调整后的开度控制模块的输出量＝调整前的开度控制模块的输出量+修正参数A＝调整前的开度控制模块的输出量+(-5.05％)。

作为该调整后的结果，经过对该中间包钢水控流系统开度控制模块的输出量进行调整后，再次测试的结果显示该中间包钢水控流装置的性能已经恢复到正常范围，达到了及时改善系统性能的效果。

以上具体实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不能用于限定本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这些修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种中间包钢水控流装置的自动测试系统，包括用于控制中间包水口的控流机构、以及对所述控流机构进行驱动的驱动装置，其特征在于，还包括：测试子系统、分析子系统以及工业以太网，所述测试子系统与所述分析子系统通过工业以太网进行数据通信，其中，所述测试子系统包括开度控制模块、测试控制模块和检测模块，所述开度控制模块的输出端与所述驱动装置相连接，用于对所述驱动装置进行控制和调节，所述测试控制模块的输出端与所述开度控制模块相连接，用于向所述开度控制模块传送激励信号，所述检测模块与所述驱动装置相连接，用于检测所述驱动装置的驱动位移信号和驱动力信号，所述开度控制模块、所述测试控制模块以及所述检测模块均连接至所述工业以太网，用于数据通信；

所述分析子系统具备数据采集模块、数据分析模块和操作监视模块，所述数据采集模块连接至所述工业以太网，所述数据采集模块用于数据采集和数据通信；所述数据分析模块与所述数据采集模块相连接，用于存储运算规则、指标标准值和参数调整规则，以及用于将所述数据采集模块所发送的各项数据进行分析比较和参数调整，并将调整后的数据发送至所述数据采集模块；所述操作监视模块分别与所述数据采集模块、所述数据分析模块相连接，用于人工输入测试参数和标准规则，并显示测试过程和测试结果以及报警。

2.如权利要求1所述的中间包钢水控流装置的自动测试系统，其特征在于，所述测试控制模块包括：

用于产生阶跃激励信号的阶跃信号发生器，用于产生斜坡激励信号的斜坡信号发生器以及用于产生正弦波激励信号的正弦波信号发生器，还包括第一测试通道和第二测试通道，其中所述第一测试通道的输入端和所述第二测试通道的输入端均通过第一三向选择开关连接到所述阶跃信号发生器的输出端、所述斜坡信号发生器的输出端以及所述正弦波信号发生器的输出端之一，所述第一测试通道的输出端通过第二双向选择开关与所述开度控制模块的输入端相连接；所述第二测试通道的输出端通过第三双向选择开关与所述开度控制模块的输出端相连接。

3.如权利要求2所述的中间包钢水控流装置的自动测试系统，其特征在于，所述数据分析模块包括数据库和运算单元，所述数据库用于存放运算规则、指标判定规则和参数调整规则，所述运算处理单元根据所述数据库中所存放的所述运算规则、指标判定规则和参数调整规则进行运算。

4.如权利要求1所述的中间包钢水控流装置的自动测试系统，其特征在于，所述操作监视模块具备显示器、输入装置和报警装置。

5.一种中间包钢水控流装置的自动测试方法，基于如权利要求3所记载的中间包钢水控流装置的自动测试系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、用户通过所述操作监视模块设定测试参数；

步骤2、所述分析子系统通过工业以太网将所述测试参数传输给所述测试控制模块，所述测试控制模块根据所述测试参数，控制相应的激励信号通过所对应的测试通道的输出至所述开度控制模块，进行测试，所述检测模块检测和采集所述驱动机构的被测数据，并通过所述工业以太网将被测数据发送至所述数据采集模块；

步骤3、所述数据分析模块读取所述数据采集模块中的所述被测数据，并根据所述数据库中存放的参数标准和运算规则，对所述被测数据进行运算分析，生成测试指标，并显示在所述操作监视模块上，并将所述测试指标与所述数据库中的指标标准值进行比较，若所述被测测试指标超过所述指标标准值，则，所述数据分析模块对所述操作监视模块输出报警信号，所述操作监视模块进行报警。

6.如权利要求5所述的中间包钢水控流装置的自动测试方法，其特征在于，所述测试参数包括：测试类型，负载类型、激励信号类型以及激励信号的参数，其中所述测试类型包括开环测试和闭环测试，所述负载类型包括负载和空载，所述激励信号类型包括阶跃信号、斜坡信号以及正弦波信号。

7.如权利要求6所述的中间包钢水控流装置的自动测试方法，其特征在于，步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1，所述数据采集模块获取所述操作监视模块中所输入的测试参数；

步骤2.2，所述数据采集模块将所述测试参数通过所述工业以太网传送给所述测试控制模块；

步骤2.3，所述测试控制模块根据所述激励信号的类型，将所述第一三向选择开关连接至所对应的信号发生器；所述测试控制模块根据所述测试类型，选择对应的测试通道，若为开环测试，则接通所述第二测试通道，若为闭环测试，则接通所述第一测试通道；

步骤2.4，所述测试控制模块根据所述测试参数产生相应的激励信号，并通过所对应的测试通道传送至所述开度控制模块，所述开度控制模块接受到所述激励信号后，对所述驱动装置进行控制；

步骤2.5，所述检测模块检测和采集所述驱动装置的被测数据，并通过所述工业以太网将被测数据发送至所述数据采集模块；

步骤2.5，测试结束后，所述测试控制模块断开所述测试通道，并将所述开度控制模块复位。

8.如权利要求6或7所述的中间包钢水控流装置的自动测试方法，其特征在于，步骤3还包括以下步骤：

步骤3.1，所述数据分析模块的所述运算单元读取所述数据采集模块中的所述被测数据，并同时读取所述数据库中的所述运算规则；

步骤3.2，所述数据运算模块根据所述测试指标的运算规则，生成各项测试指标，并显示在所述操作监视模块上；

步骤3.3，所述运算模块读取所述数据库中的指标标准值，并将所述测试指标与所述指标标准值进行比较，若所述被测测试指标超过所述标准值，所述数据分析模块对所述操作监视模块输出报警信号，所述操作监视模块进行报警。

9.如权利要求5所述的中间包钢水控流装置的自动测试方法，其特征在于，在所述步骤3之后还包括自动修正步骤，若所述被测测试指标超过所述标准值，则所述数据分析模块根据存储在所述数据库中的调整规则生成修正参数，所述数据分析模块将所述修正参数传送给所述数据采集模块，所述数据采集模块通过所述工业以太网将所述修正参数发送给所述开度控制模块，从而控制所述开度控制模块按所述修正参数调整对所述驱动装置的控制。