CN111761035B - 一种连铸机导向座侧向变形故障检测装置以及诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连铸机导向座侧向变形故障检测装置，所述检测装置包括导向座侧向变形无差引出装置、侧向变形检测装置、上位机、固定墙面以及上位机通讯电缆，所述侧向变形检测装置的一侧设置在固定墙面上，另一侧连接导向座侧向变形无差引出装置，所述上位机通过上位机通讯电缆连接侧向变形检测装置；该技术方案实时检测连铸机导向座的变形量，并依据此变形量和判定模型，实现导向座的运行状态判断。

Description

一种连铸机导向座侧向变形故障检测装置以及诊断方法

技术领域

本发明涉及一种检测装置，具体涉及一种连铸机导向座侧向变形故障检测装置，属于连铸工艺技术领域。

背景技术

连铸机在生产过程中，若设备运行状态不好，会导致产品不合格率增高。而导致连铸机设备故障的很重要原因是由于生产过程不畅，导致铸坯温度过低变硬后，驱动设备依然对其进行拖拽，使得导向座受到的等效应力超过了限定范围，而引起导向座发生不可逆转的塑形形变，从而导致连铸设备的损坏，产品合格率进而降低。因此，亟需更合理高效的导向座运行状态监测与诊断技术来减少设备停机时间，提高产品合格率和降低维修成本。

对连铸机的故障监测与诊断的研究已有成果展现。

如同济大学CN102072829A号专利公布的一种面向钢铁连铸设备故障预测方法及装置。利用安装与钢铁连铸设备传感器采集设备实时状态参数。并经过数据采集节点的信号调理电路、放大滤波电路、A/D转换模块处理，通过无线传输模块传输至手持点检设备。该发明的主要特点在于采用了无线通信方式摒弃了传统的工业总线，可以减少布线麻烦，降低成本。

上海应用技术学院CN105929784A号专利公布了基于PLC的连铸运行状态远程监控系统。该发明是一种基于PLC的连铸设备运行状态监控系统，即本地数据采集模块通过多个PLC控制器对连铸设备运行状态实时控制，而这些PLC通过RS485进行通讯，并将数据采集到智能工业控制器，再通过GPRS网络传递到远程端的服务器。该发明专利克服跨区域对连铸设备维护、生产过程控制、权限管理等不便的弊端，通过WINCC软件和WEB网页两种方式实现对连铸机的远程实时监控，故障诊断等。

中国重型机械研究院股份公司CN103203441A号发明专利公布了一种连铸机结晶器在线运行判定系统。该发明专利是通过位移传感器、压力传感器、结晶器冷却水温度传感器等硬件设备和结晶器运行状态监控系统实现结晶器在线运行状态的判定。该专利可以判定连铸机结晶器是否处于最佳运行状态，从而保证连铸坯表面质量。

在以上的各发明专利中，前两项侧重利用无线通讯网络实现连铸机各传感器数据的采集和传输，实现远程连铸机的故障诊断；后一项侧重建立连铸机结晶器的运行状态判定系统，进而改善连铸坯的表面质量。而针对连铸机的导向座故障诊断装置和方法均属空白。因此，迫切的需要一种新的方案解决该技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种连铸机导向座侧向变形故障检测装置，该技术方案实时检测连铸机导向座的变形量，并依据此变形量和判定模型，实现导向座的运行状态判断。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种连铸机导向座侧向变形故障检测装置，其特征在于，所述检测装置包括导向座侧向变形无差引出装置、侧向变形检测装置、上位机、固定墙面以及上位机通讯电缆，所述侧向变形检测装置的一侧设置在固定墙面上，另一侧连接导向座侧向变形无差引出装置，所述上位机通过上位机通讯电缆连接侧向变形检测装置。

作为本发明的一种改进，所述导向座侧向变形无差引出装置包括导向座侧向面板，变形量无差引出杆，变形量检测面以及加固支架，所述变形量无差引出杆设置在导向座侧向面板和变形量检测面之间，所述加固支架设置在导向座侧向面板和变形量无差引出杆之间。所述导向座侧向面板受力发生变形后，由变形量无差引出杆引出，并导致变形量检测面发生移动。

作为本发明的一种改进，所述变形量无差引出杆，固定于导向座侧向面板，采用不易变形的高强度钢管。

作为本发明的一种改进，所述变形量检测面，采用薄钢板，并采用与激光测距传感器平行的安装方式。

作为本发明的一种改进，所述侧向变形检测装置包括变形量检测控制柜，多点激光测距传感器阵列，数据采集模块，干燥气体进口以及干燥气体出口，所述变形量检测控制柜采用可伸缩软连接装置将其包裹，保证与外界的隔离，内部处于干燥、洁净、温度适宜的氛围。所述变形量检测控制柜内通有干燥、洁净、温度适宜的气体。所述多点激光测距传感器阵列、数据采集模块均处于变形量检测控制柜内。

作为本发明的一种改进，所述多点激光测距传感器，采用的十字星安装方式。为配合上位机故障诊断算法。

作为本发明的一种改进，进气管道和出气管道采用软管，与变形量检测控制柜缝隙安装密封圈，管道安装单向阀；所述气体由变形量检测控制柜底部的干燥气体进口进入，再由变形量检测控制柜顶部(与底部进口位置错位安置)放出。

作为本发明的一种改进，所述可伸缩软连接装置为耐高温软性橡胶，并用喉箍将其一侧固定在变形量无差引出杆上，用软性密封条和膨胀螺丝将其另一侧固定在固定墙面上。

作为本发明的一种改进，上位机通讯电缆需要在变形量检测控制柜处开口，并用软管穿管连接数据采集模块，缝隙处安装密封圈。

一种连铸机导向座侧向变形故障诊断方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：首先在导向座侧向面板上固定变形量无差引出杆，当连铸坯导向轴受力过载，会引起导向座侧向面板发生形变；

步骤二：由变形量无差引出杆将变形量实时的、无差的引出至变形量检测控制箱内；

步骤三：由多点激光测距传感器检测阵列实时检测出变形量检测面上的距离，并通过标准电信号，传输至数据采集模块；

步骤四：数据采集模块采用RS485，建立与上位机的通讯，并将多点激光测距传感器的实时测量值传输至上位机；

步骤五：利用传感器工作状态判定算法，实时判定位于y轴上三个激光测距传感器的运行状态；

步骤六：利用变形量修正算法，实时修正单个激光测距传感器的测量误差，即实时计算y轴三个激光测距传感器实测值的平均值；

步骤七：利用误差修正算法，实时修正导向座侧向面板(x轴向)变形错位引起的误差，并对变形量进行修正；

步骤八：利用导向座侧向变形故障诊断算法，实时判断导向座侧向面板受力是否超限，即导向座的运行状态是否良好。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，1)该技术方案针对连铸生产过程受阻，连铸坯受冷情况下，驱动设备依然对其进行拖拽，使得导向座受到的等效应力超过了限定范围，引起的设备损坏和产品质量下降的情况，因此，对象更具体和明确，解决的问题也更清晰和彻底；2)本申请中，引入了多点阵列检测的变形量修正算法和导向座侧向变形故障诊断算法，提高了导向座故障诊断的可靠性和准确性。

附图说明

图1：连铸机导向座侧向变形故障检测装置示意图；

图2：A-A剖面图；

图3：B-B剖面图；

图4：B-B剖面9_4，9_1，9_5测点误差修正算法原理图；

图5：导向座侧向变形故障诊断程序流程图；

图中：1、连铸坯导向轴；2、导向座侧向面板(受力点)；3、变形量无差引出杆；4、变形量检测面(光滑薄钢板，类似镜面)；5、加固支架；6、变形量检测控制箱；7、多点激光测距传感器检测阵列；8、数据采集模块；9、干燥气体进口；10、干燥气体出口；11、可伸缩的软连接；12、上位机通讯电缆；13、上位机；14、固定墙面。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：参见图1-图5，一种连铸机导向座侧向变形故障检测装置，所述检测装置包括导向座侧向变形无差引出装置、侧向变形检测装置、上位机13、固定墙面13以及上位机通讯电缆12，所述侧向变形检测装置的一侧设置在固定墙面13上，另一侧连接导向座侧向变形无差引出装置，所述上位机13通过上位机通讯电缆12连接侧向变形检测装置，所述导向座侧向变形无差引出装置包括导向座侧向面板2，变形量无差引出杆3，变形量检测面4以及加固支架5，所述变形量无差引出杆3设置在导向座侧向面板2和变形量检测面4之间，变形量无差引出杆通过不锈钢螺栓固定在导向座侧向面板上，并将其变形无差引出，所述加固支架设置在导向座侧向面板2和变形量无差引出杆3之间。所述导向座侧向面板受力发生变形后，由变形量无差引出杆引出，并导致变形量检测面发生移动，所述变形量无差引出杆3，固定于导向座侧向面板，采用不易变形的高强度钢管，所述变形量检测面4，采用薄钢板，并采用与激光测距传感器平行的安装方式，所述侧向变形检测装置包括变形量检测控制柜6，多点激光测距传感器阵列7，数据采集模块8，干燥气体进口9以及干燥气体出口10，所述变形量检测控制柜6采用可伸缩软连接装置11将其包裹，保证与外界的隔离，内部处于干燥、洁净、温度适宜的氛围。所述变形量检测控制柜内通有干燥、洁净、温度适宜的气体，保证箱内激光测距传感器阵列、数据采集模块等设备正常运行。所述多点激光测距传感器阵列7、数据采集模块8均处于变形量检测控制柜6内，多点激光测距传感器检测阵列采用支架等距、呈十字星方式安装在变形量检测控制柜内。采用5个激光测距传感器等距排列阵列，检测变形量检测面对应5个点的变形量。采用数据采集模块实时采集5个激光测距传感器的距离，并通过RS485协议传给上位机。为配合上位机故障诊断算法，(如图3)，进气管道和出气管道采用软管，与变形量检测控制柜缝隙安装密封圈，管道安装单向阀；所述气体由变形量检测控制柜6底部的干燥气体进口9进入，再由变形量检测控制柜6顶部(与底部进口位置错位安置)放出，所述可伸缩软连接装置11为耐高温软性橡胶，并用喉箍将其一侧固定在变形量无差引出杆3上，用软性密封条和膨胀螺丝将其另一侧固定在固定墙面14上，上位机通讯电缆12需要在变形量检测控制柜6处开口，并用软管穿管连接数据采集模块8，缝隙处安装密封圈。

实施例2：参见图1-图5，一种连铸机导向座侧向变形故障诊断方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：首先在导向座侧向面板2上固定变形量无差引出杆3，当连铸坯导向轴1受力过载，会引起导向座侧向面板2发生形变；

步骤二：由变形量无差引出杆3将变形量实时的、无差的引出至变形量检测控制箱6内；

步骤三：由多点激光测距传感器检测阵列7实时检测出变形量检测面6上的距离，并通过标准电信号，传输至数据采集模块8；

步骤四：数据采集模块8采用RS485，建立与上位机的通讯，并将多点激光测距传感器的实时测量值传输至上位机；

步骤五：利用传感器工作状态判定算法，实时判定位于y轴上三个激光测距传感器的运行状态；

步骤六：利用变形量修正算法，实时修正单个激光测距传感器的测量误差，即实时计算y轴三个激光测距传感器实测值的平均值；

步骤七：利用误差修正算法，实时修正导向座侧向面板(x轴向)变形错位引起的误差，并对变形量进行修正；

步骤八：利用导向座侧向变形故障诊断算法，实时判断导向座侧向面板受力是否超限，即导向座的运行状态是否良好。

如图2，图3，通过纵向轴(y轴)9_2、9_1、9_3三个测点的传感器工作状态判定算法判定变形量检测传感器工作是否正常，变形量修正算法，横向轴(x轴)9_4、9_1、9_5三个测点(如图3，图4)的误差修正算法。

传感器工作状态判定算法如下：

若任两个变形量检测传感器检测点的偏差超过最大限定值(C₁)，则可判定这三个变形量检测传感器的工作状态是否正常。具体做法如下。循环计算α₁＝|z_{9_1}-z_{9_2}|，α₂＝|z_{9_1}-z_{9_3}|，α₃＝|z_{9_2}-z_{9_3}|，并按如下规则判断，就可找出损坏的检测设备：

1.(α₁＜C₁&α₂＜C₁&α₃＜C₁)三个设备工作正常；

2.(α₁≥C₁&α₂≥C₁&α₃≥C₁)三个测点设备都可能工作不正常；

3.α₁≥C₁&α₂≥C₁&α₃＜C₁第9_1测点设备工作不正常；

4.α₁≥C₁&α₂＜C₁&α₃≥C₁第9_2测点设备工作不正常；

5.α₁＜C₁&α₂≥C₁&α₃≥C₁第9_3测点设备工作不正常.

包括变形量修正算法(如图2，图3)。

式中，

9_2、9_1、9_3三个测点平均侧向变形量，mm；

z_{9_1}，z_{9_2}，z_{9_3}：9_2、9_1、9_3三个测点的变形量，mm。

作为发明更进一步的改进，包括误差修正算法(如图3，图4)。

转动角度θ：

式中，d：点9_4与9_1之间的距离，mm；

误差a(mm)：

因此，

可被修正为：

作为发明更进一步的改进，包括导向座侧向变形故障诊断算法(如图3，图4)。

若任修正后的变形量检测值

超过9_1测点的最大限定值(C₂)，则可判定该导向座的工作状态是否良好。按以下规则进行判断：

1.

导向座工作正常；

2.

导向座处于黄色报警区域；

3.

导向座处于红色报警区域.。

利用多点阵列检测的变形量修正算法和导向座侧向变形故障诊断算法，以及上位监控软件实时显示和判定导向座运行状态。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (9)

1.一种连铸机导向座侧向变形故障检测装置，其特征在于，所述检测装置包括导向座侧向变形无差引出装置、侧向变形检测装置、上位机、固定墙面以及上位机通讯电缆，所述侧向变形检测装置的一侧设置在固定墙面上，另一侧连接导向座侧向变形无差引出装置，所述上位机通过上位机通讯电缆连接侧向变形检测装置，所述导向座侧向变形无差引出装置包括导向座侧向面板（2），变形量无差引出杆（3），变形量检测面（4）以及加固支架（5），所述变形量无差引出杆（3）设置在导向座侧向面板（2）和变形量检测面（4）之间，所述加固支架设置在导向座侧向面板（2）和变形量无差引出杆（3）之间。

2.根据权利要求1所述的连铸机导向座侧向变形故障检测装置，其特征在于，所述变形量无差引出杆（3），固定于导向座侧向面板，采用不易变形的高强度钢管。

3.根据权利要求2所述的连铸机导向座侧向变形故障检测装置，其特征在于，所述变形量检测面（4），采用薄钢板，并采用与激光测距传感器平行的安装方式。

4.根据权利要求3所述的连铸机导向座侧向变形故障检测装置，其特征在于，所述侧向变形检测装置包括变形量检测控制柜（6），多点激光测距传感器阵列（7），数据采集模块（8），干燥气体进口（9）以及干燥气体出口（10），所述变形量检测控制柜（6）采用可伸缩软连接装置（11）将其包裹，所述多点激光测距传感器阵列（7）、数据采集模块（8）均处于变形量检测控制柜内。

5.根据权利要求4所述的连铸机导向座侧向变形故障检测装置，其特征在于，所述多点激光测距传感器，采用的十字星安装方式。

6.根据权利要求5所述的连铸机导向座侧向变形故障检测装置，其特征在于，进气管道和出气管道采用软管，与变形量检测控制柜缝隙安装密封圈，管道安装单向阀；所述气体由变形量检测控制柜（6）底部的干燥气体进口（9）进入，再由变形量检测控制柜（6）顶部即与底部进口位置错位安置放出。

7.根据权利要求5或6所述的连铸机导向座侧向变形故障检测装置，其特征在于，所述可伸缩软连接装置（11）为耐高温软性橡胶，并用喉箍将其一侧固定在变形量无差引出杆（3）上，用软性密封条和膨胀螺丝将其另一侧固定在固定墙面（14）上。

8.根据权利要求7所述的连铸机导向座侧向变形故障检测装置，其特征在于，上位机通讯电缆（12）需要在变形量检测控制柜（6）处开口，并用软管穿管连接数据采集模块（8），缝隙处安装密封圈。

9.一种连铸机导向座侧向变形故障诊断方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一：首先在导向座侧向面板（2）上固定变形量无差引出杆（3），当连铸坯导向轴（1）受力过载，会引起导向座侧向面板（2）发生形变；

步骤二：由变形量无差引出杆（3）将变形量实时的、无差的引出至变形量检测控制箱（6）内；

步骤三：由多点激光测距传感器检测阵列（7）实时检测出变形量检测面（6）上的距离，并通过标准电信号，传输至数据采集模块（8）；

步骤四：数据采集模块（8）采用RS485，建立与上位机的通讯，并将多点激光测距传感器的实时测量值传输至上位机；

步骤五：利用传感器工作状态判定算法，实时判定位于y轴上三个激光测距传感器的运行状态；

步骤六：利用变形量修正算法，实时修正单个激光测距传感器的测量误差，即实时计算y轴三个激光测距传感器实测值的平均值；

步骤七：利用误差修正算法，实时修正导向座侧向面板即x轴向变形错位引起的误差，并对变形量进行修正；

步骤八：利用导向座侧向变形故障诊断算法，实时判断导向座侧向面板受力是否超限，即导向座的运行状态是否良好。

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