ibaPDA 在結晶器液壓振動故障分析中的應用

李志云

（新鋼數智化部，江西 新余 338000）

0 引言

二鋼連鑄機結晶器液壓振動是采用雙缸液壓傳動，伺服控制；其響應速度快，控制精度高；三電維檢人員通過以往的維護方式（如：元器件的檢測，程序的監控等）很難掌握結晶器液壓振動的運行狀況，分析其故障的原因[1]。ibaPDA 過程數據采集及分析系統是基于計算機的狹義的數據采集及分析，具體地說，就是將傳感器輸出信號和控制器內部數據采集到的已轉換為電信號的各種物理量（如：溫度，位移，速度，壓力等）轉換成計算機能識別的數字信號后送人計算機，由計算機根據不同需要對數據進行計算和處理，與此同時，將計算得到的數據進行實時顯示和存儲等操作，以便實現對過程數據的監視。

1 結晶器液壓振動的控制系統介紹

1.1 結晶器液壓振動機構概述

結晶器液壓振動是采用液壓雙缸同步傳動，就是在結晶器兩側的振動裝置上安裝兩個液壓缸，分別由2 個液壓伺服機構進行控制，通過傳動液壓缸中活塞桿的快速升降驅動整個結晶器快速上下振動[2-3]。其中在每個液壓缸還裝有1 個高精度的位移傳感器，2 個壓力傳感器（上腔壓力傳感器、下腔壓力傳感器），1 個通斷閥。其中位移傳感器是用于檢測液壓缸中活塞桿的移動位置，可以有效確定活塞桿移動距離的長短，經過控制器的計算，得到振動的振幅；壓力傳感器是用于測算結晶器與鋼水之間的摩擦力；通斷閥是用于油路的通斷。

1.2 結晶器液壓振動的控制系統

1.2.1 控制系統的硬件

本系統是采用S7-400PLC 控制；有兩塊處理器，CPU412-DP 和FM458DP。CPU412-DP 模塊主要負責與外部的通訊，FM458-1DP 模塊用于高速閉環的控制。與FM458DP 模塊配套的有2 塊擴展模塊EXM438-1，擴展模塊EXM438-1 通過端子模塊SU 與液壓伺服閥、液壓換向閥，上腔壓力傳感器、下腔壓力傳感器、位移傳感器、2 塊ibaPDA 過程數據采集模塊進行硬線連接[4]。通過通訊模塊CP443-1 與鑄流PLC、主控HMI 進行EtherNet 連接。通過CPU412-DP 的DP 插件與觸摸屏MP370 進行ProfibusDP 連接。

1.2.2 控制系統的程序

（1）PLC 級的編程語言是CFC。

（2）CFC 程序說明如表1 所示。

表1 CFC 程序說明

（3）功能塊說明如表2 所示。

表2 功能塊說明

（4）數據塊說明如表3 所示。

表3 數據塊說明

（5）控制系統原理概述。從上位機設定的模型參數（正弦的有振幅A、振頻f，非正弦的有振幅A、振頻f、斜率n），選擇起振點（開始位、自由低位），選擇曲線（正弦、非正弦）及澆鑄時扇形段驅動輥的速度通過控制運算得來的給定值，控制伺服閥的開度，從而使結晶器液壓振動得到相應的振幅和振頻。通過位移傳感器和壓力傳感器反饋的雙杠活塞的位移和鋼水與結晶器的摩擦力，在允許范圍內經過補償運算反饋到給定值，如果超過允許范圍內則故障停振[5]。程序實現的主要功能有：波形發生器（正弦、非正弦）、工藝模型跟蹤、自動連鎖控制、保持在開始位置、保持在停振位置、起振（升幅、升頻）、停振（降頻）、長期振動（自適應調節參數）、安全設置、故障判斷與處理。

2 ibaPDA 過程數據采集及分析系統介紹

二鋼連鑄結晶器液壓振動采用的ibaPDA 是基于PC 的對過程數據采集及分析的系統，可以完成了以1mS 的采集速率對液壓振動PLC 內部信號實時采集。經過數據處理和分析的軟件數據處理在電腦中實現數據實時顯示與數據連續存儲。其配置主要包括：數據采集模塊、數據采集模塊與電腦連接的光纖卡、數據處理和分析的軟件等，如表4 所示。

表4 數據采集硬件及軟件說明

3 S7-400PLC 與ibaPDA 數據采集模塊的連接

ibaPDA 所需要采集的14 個數據寫在CFC 程序的PDADataOut 子程序中，對應的數據地址通過端子模塊SU 和硬線與2 塊ibaPDA 數據采集模塊連接（每個數據采集模塊配有8 個模擬輸入通道），，ibaPDA 數據采集模塊所采集的數據通過光纖及光纖卡與主控的ibaPDA 專用電腦連接。ibaPDA 所需要采集數據的名稱、符號、所在的端口列表如表5 所示。

表5 PLC 與采集模塊連接

4 實例應用

某日2#機第一流結晶器液壓振動故障停振分析過程如下：①通過圖1 中的振動停機值設定，在PDA 離線分析軟件中查找第一流結晶器液壓振動停振的原因。②通過軟件圖形分析可以看出振動停機的原因是雙缸同步誤差大于25.0%，雙缸同步誤差是由2#缸位移下滑造成，造成2#缸位移下滑的原因是2#缸伺服閥給定與反饋不一致，而且2#缸伺服閥反饋曲線有毛刺。③更換2#缸伺服閥及伺服閥的線路后試正常。

圖1 PDA 分析數據源

5 結語

iba 的PDA 過程數據采集及分析技術的應用，極大地方便了三電維檢工在巡檢時就能掌握結晶器液壓振動的運行狀況，預防結晶器液壓振動故障的發生，如遇到結晶器液壓振動停振事故時，能快速準確地分析其故障原因。降到了維修成本，增加生產效益。