JP6112085B2 - 油圧圧下サーボ弁の故障診断方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧延機の圧下機構を油圧によって作動させる、所謂、圧延機油圧圧下装置を制御する油圧圧下サーボ弁の故障を自動的に診断する、油圧圧下サーボ弁の故障診断方法および装置に関するものである。

従来の圧延機の油圧圧下制御装置では、例えば特許文献１に見られるように、油圧サーボ弁のスプール位置偏差値をもとにこのスプール位置偏差値に比例した閾値を計算し、ある時間経過後に、スプール位置偏差値と計算した閾値を比べ、偏差値が閾値以上の値になっていた場合に故障個所の表示警報を行っている。

特開昭６２−２９２２１３号公報

しかしながら、特許文献１では、上述したように、油圧サーボ弁の故障の判定に用いる閾値はスプール位置偏差値と比例関係になっていた。

通常、圧延機が運転中の場合には、急激に油圧圧下シリンダーを動かすと、板破断等のトラブルに繋がるため、油圧圧下シリンダーを大きく動かすことはない。そのため、スプール位置偏差値の変動は小さく、変動の速度も遅い。

一方、ロール交換等の理由により圧延機を運転中から停止にする場合、油圧圧下を急速に開放するため、スプール位置偏差値の変動は大きく、変動の速度も速い。

このように、圧延機の運転中のスプール位置偏差値の変動と運転中から停止する場合のスプール位置偏差値の変動とでは、変動の大きさや速度が異なっている。しかし、従来の油圧サーボ弁の故障診断方法では、運転中であるか運転を停止する場合であるかにかかわらず同様の故障診断方法を用いていたため、誤判定が多発する等の問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、より正確に油圧圧下サーボ弁故障の有無を判断でき、誤判定の発生を減らすことができる、油圧圧下サーボ弁の故障診断方法および装置を提供することを課題とする。

上記課題は、以下の発明によって解決できる。
［１］圧延機の油圧圧下装置を制御する油圧圧下サーボ弁の故障を自動的に診断する油圧圧下サーボ弁の故障診断方法であって、
ポンプの運転／停止状態、複数の電磁弁の開閉状態を示す信号を入力する、信号入力ステップと、
該信号入力に基づき圧延機の運転状況を判定する、圧延機運転状況判定ステップと、
判定した運転状況に基づき閾値を選択する、閾値選択ステップと、
選択した閾値とスプール位置偏差値とを比較することにより油圧圧下サーボ弁の故障有無を診断する、故障診断ステップとを有することを特徴とする、油圧圧下サーボ弁の故障診断方法。
［２］圧延機の油圧圧下装置を制御する油圧圧下サーボ弁の故障を自動的に診断する油圧圧下サーボ弁の故障診断方法であって、
ポンプの運転／停止状態、複数の電磁弁の開閉状態を示す信号を入力する、信号入力ステップと、
該信号入力に基づき圧延機の運転状況を判定する、圧延機運転状況判定ステップと、
判定した運転状況に基づき閾値を選択する、閾値選択ステップと、
選択した閾値とスプール位置偏差値の変動速度とを比較することにより油圧圧下サーボ弁の故障有無を診断する、故障診断ステップとを有することを特徴とする、油圧圧下サーボ弁の故障診断方法。
［３］上記［１］または［２］に記載の油圧圧下サーボ弁の故障診断方法において、
前記圧延機運転状況判定ステップでは、圧延機が運転中か停止中かを判定し、
前記閾値選択ステップでは、停止中と判定した場合は、運転中と判定した場合に比べて大きな閾値を選択することを特徴とする、油圧圧下サーボ弁の故障診断方法。
［４］上記［１］乃至［３］のいずれか１項に記載の油圧圧下サーボ弁の故障診断方法を用いて油圧圧下サーボ弁の故障を自動的に診断する故障診断装置を具備することを特徴とする、油圧圧下サーボ弁の故障診断装置。

本発明によれば、圧延機の油圧圧下制御装置の電磁弁の開閉信号や、ポンプの運転/停止の信号をもとに、圧延機の運転状況を判断してから、油圧圧下サーボ弁の故障を診断するようにしたので、より正確に油圧圧下サーボ弁故障の有無を判断でき、誤判定の発生を減らすことができる。

本発明に係る油圧圧下サーボ弁の故障診断方法の処理手順を示す図である。 本発明を適用する油圧圧下配管系統の一例を示す図である。 本発明を実施するための故障診断システムのシステム構成例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明に係る油圧圧下サーボ弁の故障診断方法の処理手順を示す図である。また、図２は、本発明を適用する油圧圧下配管系統の一例を示す図である。さらに、図３は、本発明を実施するための故障診断装置の構成例を示す図である。

先ず、図２中、１は油圧圧下シリンダー、２は油圧圧下サーボ弁、３〜５は電磁弁、６はポンプ、７はタンク、８は開放弁、および９は緊急開放弁をそれぞれ表す。通常、圧延機において油圧圧下シリンダー１は各圧延スタンドに2台(オペレータ側とドライブ側に)付いているが、図２ではその片側のみを示している。

タンク７内の油は、ポンプ６によって、油圧圧下シリンダー１、油圧圧下サーボ弁２に至る電磁弁３、緊急開放弁９に至る電磁弁４、および開放弁８に至る電磁弁５にそれぞれ供給されるとともに、それぞれからタンク７に戻るという循環をする。この循環をする油圧圧下配管の流路を調整することによって、以下に示すように油圧圧下シリンダー１の上下運動をさせる。

・[シリンダー１を上昇させる場合]
タンク７内の油はポンプ６によって各電磁弁３〜５および油圧圧下シリンダー１の上部に供給された状態で、電磁弁３がＢ側に励磁され、油圧圧下サーボ弁２に油が供給される。そして、電磁弁４および電磁弁５はともに励磁され、油圧圧下サーボ弁２がＡ側に励磁され、油圧圧下シリンダー１の下部に油が供給され、油圧圧下シリンダー１内のピストンロッドが上方に押し上げられる。なお、油圧圧下サーボ弁２は、励磁力の調整により、流量を制御する流量制御の機能を有している。

・[シリンダー１を下降させる場合]
タンク７内の油はポンプ６によって各電磁弁３〜５および油圧圧下シリンダー１の上部に供給された状態で、電磁弁３がＢ側に励磁され、油圧圧下サーボ弁２に油が供給されるが、油圧圧下サーボ弁２はＢ側に励磁され、油圧圧下シリンダー１の下部内の油はタンク７に戻り、油圧圧下シリンダー１内のピストンロッドが下方に押し下げられる。この時、電磁弁４は逆流を防ぐために励磁され、電磁弁５は開放弁８を動作させるために励磁される。

・[シリンダー１を一定に保つ場合]
油圧圧下シリンダー１を一定に保つ場合は、油圧圧下シリンダー１を上昇させる場合とほぼ同じ弁の励磁となるが、ただ油圧圧下サーボ弁２はスプール位置が中立位置とする。なお、シリンダー１を一定に保つ場合には、圧延機が運転中において油圧圧下シリンダー１の位置を保ちたい場合と、圧延機が停止中のロール交換時の２通りある。

・[シリンダー１を緊急開放する場合]
シリンダー１を緊急開放する場合は、油圧圧下サーボ弁２はＢ側に１００％励磁と流量最大で、油圧圧下サーボ弁２から緊急開放弁９からの合流点を経由してタンク７へ向かう下向きの流路と、緊急開放弁９を経由してタンク７へ向かう下向きの流路とが形成される。電磁弁３はＢ側が励磁され、電磁弁４は励磁されず、緊急開放弁９が開となるとともに、電磁弁５は励磁され、開放弁８が開動作となり、油圧圧下シリンダー１の下部内の油がタンク７に緊急開放される。

次に、図３中、１０は直動型二段式サーボバルブ、１１はサーボアンプユニット、１２は故障診断装置、１３は故障警報器、および１４はラインＰＬＣ（プログラム ロジック コントローラ）をそれぞれ表し、符号２〜６は図２と同じものをそれぞれ表す。なお、直動型二段式サーボバルブ１０は、圧延機のように大きな油圧を必要とする装置に対しては、パイロットとしてのサーボバルブと本体のサーボバルブを組み合わせた二段式サーボバルブを用いるが、このタイプに限るものではない。

故障診断装置１２では、先ず、圧延機を制御するラインＰＬＣ１４から圧延機の運転／停止状態、圧油を供給するポンプ６の運転／停止状態、各電磁弁３〜５の開閉状態、および油圧圧下シリンダー１の状態（スプール位置）といった信号を取り込む。これにより、油圧圧下シリンダーの状態、さらに圧延機が運転中であるのか、停止中であるのかを判定できる。

すなわち、ラインＰＬＣ１４から圧延機が運転中の信号をもらい、かつ、油圧圧下シリンダー１が上昇または下降または一定時のいずれかの状態の時の電磁弁開閉状態である場合に、圧延機が運転中と判定する。

また、ラインＰＬＣ１４から圧延機が停止中の信号をもらい、かつ、油圧圧下シリンダー１が一定(ロール交換時)である場合に、圧延機が停止中と判定する。

そして、圧延機の運転状況を判定後、その運転状況に合わせた油圧圧下サーボ弁のスプール位置偏差値に関する閾値を選択する。ここで、スプール位置偏差値とは、スプール位置の指令値と実際のスプール位置との偏差の値をいう。

そして、選択した閾値と、油圧圧下サーボ弁２のスプール位置偏差値とを比較し、偏差値の絶対値が閾値よりも大きい場合にはスプールとサーボ弁の間に異物が詰まり、サーボ弁が故障したと判断し、故障信号を故障警報器１３に送る。警報としては、運転室での画面表示や音声での警報等がある。

図１により、本発明に係る油圧圧下サーボ弁の故障診断方法の処理手順をまとめて説明する。Step01にて、ポンプの運転／停止状態、各電磁弁の開閉状態を示す信号を入力する。そして、Step02にて、圧延機の運転状況を判定する。

すなわち、入力した信号から、圧延機が運転中であるのか、停止中であるのかを判定する。これは、前述したように、圧延機が運転中の場合には、急激に油圧圧下シリンダーを動かすと、板破断等のトラブルに繋がるため、油圧圧下シリンダーを大きく動かすことはなく、スプール位置偏差値の変動は小さく、また変動の速度も遅いのに対して、圧延機を運転中から停止にする場合には、油圧圧下を急速に開放するため、スプール位置偏差値の変動は大きく、また変動の速度も速いという知見を利用するためである。

Step03では、Step02で圧延機が運転中、または停止中であると判定された場合に応じて、異なった閾値を選択する。停止中と判定された場合は、運転中と判定された場合に比べて大きな閾値を選択する。

そして、Step04にて、スプール位置偏差値とStep03で選択した閾値とを比較することにより油圧圧下サーボ弁の故障有無を診断する。スプール位置偏差値が選択した閾値に満たない場合は、油圧圧下サーボ弁の故障ではないとして、Step01に戻り、故障診断処理を継続する。反対に、スプール位置偏差値が選択した閾値以上の場合は、油圧圧下サーボ弁の故障であるとして、Step05に進み弁故障の警報を発する。

なお、上記では、スプール位置偏差値の大きさに注目した閾値の選択、故障の診断について説明したが、スプール位置偏差値の時系列データを取得し、スプール位置偏差値の変動の速度についての閾値を設けて、油圧圧下サーボ弁の故障診断を行うようにしてもよい。

以上説明した本発明により、従来手法に比べ、より正確に油圧圧下サーボ弁故障の有無を判断でき、誤判定の発生も減らすことができる。

１ 油圧圧下シリンダー
２ 油圧圧下サーボ弁
３ 電磁弁
４ 電磁弁
５ 電磁弁
６ ポンプ
７ タンク
８ 開放弁
９ 緊急開放弁
１０ 直動型二段式サーボバルブ
１１ サーボアンプユニット
１２ 故障診断装置
１３ 故障警報器
１４ ラインＰＬＣ

Claims (3)

1. 圧延機の油圧圧下装置を制御する油圧圧下サーボ弁の故障を自動的に診断する油圧圧下サーボ弁の故障診断方法であって、
   圧油を供給するポンプの運転／停止状態、複数の電磁弁の開閉状態を示す信号を入力する、信号入力ステップと、
   該信号入力に基づき圧延機の運転状況を判定する、圧延機運転状況判定ステップと、
   判定した運転状況に基づき閾値を選択する、閾値選択ステップと、
   選択した閾値とスプール位置偏差値とを比較することにより油圧圧下サーボ弁の故障有無を診断する、故障診断ステップとを有し、
   前記圧延機運転状況判定ステップでは、圧延機が運転中か停止中かを判定し、
   前記閾値選択ステップでは、停止中と判定した場合は、運転中と判定した場合に比べて大きな閾値を選択することを特徴とする、油圧圧下サーボ弁の故障診断方法。
2. 圧延機の油圧圧下装置を制御する油圧圧下サーボ弁の故障を自動的に診断する油圧圧下サーボ弁の故障診断方法であって、
   ポンプの運転／停止状態、複数の電磁弁の開閉状態を示す信号を入力する、信号入力ステップと、
   該信号入力に基づき圧延機の運転状況を判定する、圧延機運転状況判定ステップと、
   判定した運転状況に基づき閾値を選択する、閾値選択ステップと、
   選択した閾値とスプール位置偏差値の変動速度とを比較することにより油圧圧下サーボ弁の故障有無を診断する、故障診断ステップとを有し、
   前記圧延機運転状況判定ステップでは、圧延機が運転中か停止中かを判定し、
   前記閾値選択ステップでは、停止中と判定した場合は、運転中と判定した場合に比べて大きな閾値を選択することを特徴とする、油圧圧下サーボ弁の故障診断方法。
3. 請求項１または２に記載の油圧圧下サーボ弁の故障診断方法を用いて油圧圧下サーボ弁の故障を自動的に診断する故障診断装置を具備することを特徴とする、油圧圧下サーボ弁の故障診断装置。

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