ibaPDA 在结晶器液压振动故障分析中的应用

李志云

（新钢数智化部，江西 新余 338000）

0 引言

二钢连铸机结晶器液压振动是采用双缸液压传动，伺服控制；其响应速度快，控制精度高；三电维检人员通过以往的维护方式（如：元器件的检测，程序的监控等）很难掌握结晶器液压振动的运行状况，分析其故障的原因[1]。ibaPDA 过程数据采集及分析系统是基于计算机的狭义的数据采集及分析，具体地说，就是将传感器输出信号和控制器内部数据采集到的已转换为电信号的各种物理量（如：温度，位移，速度，压力等）转换成计算机能识别的数字信号后送人计算机，由计算机根据不同需要对数据进行计算和处理，与此同时，将计算得到的数据进行实时显示和存储等操作，以便实现对过程数据的监视。

1 结晶器液压振动的控制系统介绍

1.1 结晶器液压振动机构概述

结晶器液压振动是采用液压双缸同步传动，就是在结晶器两侧的振动装置上安装两个液压缸，分别由2 个液压伺服机构进行控制，通过传动液压缸中活塞杆的快速升降驱动整个结晶器快速上下振动[2-3]。其中在每个液压缸还装有1 个高精度的位移传感器，2 个压力传感器（上腔压力传感器、下腔压力传感器），1 个通断阀。其中位移传感器是用于检测液压缸中活塞杆的移动位置，可以有效确定活塞杆移动距离的长短，经过控制器的计算，得到振动的振幅；压力传感器是用于测算结晶器与钢水之间的摩擦力；通断阀是用于油路的通断。

1.2 结晶器液压振动的控制系统

1.2.1 控制系统的硬件

本系统是采用S7-400PLC 控制；有两块处理器，CPU412-DP 和FM458DP。CPU412-DP 模块主要负责与外部的通讯，FM458-1DP 模块用于高速闭环的控制。与FM458DP 模块配套的有2 块扩展模块EXM438-1，扩展模块EXM438-1 通过端子模块SU 与液压伺服阀、液压换向阀，上腔压力传感器、下腔压力传感器、位移传感器、2 块ibaPDA 过程数据采集模块进行硬线连接[4]。通过通讯模块CP443-1 与铸流PLC、主控HMI 进行EtherNet 连接。通过CPU412-DP 的DP 插件与触摸屏MP370 进行ProfibusDP 连接。

1.2.2 控制系统的程序

（1）PLC 级的编程语言是CFC。

（2）CFC 程序说明如表1 所示。

表1 CFC 程序说明

（3）功能块说明如表2 所示。

表2 功能块说明

（4）数据块说明如表3 所示。

表3 数据块说明

（5）控制系统原理概述。从上位机设定的模型参数（正弦的有振幅A、振频f，非正弦的有振幅A、振频f、斜率n），选择起振点（开始位、自由低位），选择曲线（正弦、非正弦）及浇铸时扇形段驱动辊的速度通过控制运算得来的给定值，控制伺服阀的开度，从而使结晶器液压振动得到相应的振幅和振频。通过位移传感器和压力传感器反馈的双杠活塞的位移和钢水与结晶器的摩擦力，在允许范围内经过补偿运算反馈到给定值，如果超过允许范围内则故障停振[5]。程序实现的主要功能有：波形发生器（正弦、非正弦）、工艺模型跟踪、自动连锁控制、保持在开始位置、保持在停振位置、起振（升幅、升频）、停振（降频）、长期振动（自适应调节参数）、安全设置、故障判断与处理。

2 ibaPDA 过程数据采集及分析系统介绍

二钢连铸结晶器液压振动采用的ibaPDA 是基于PC 的对过程数据采集及分析的系统，可以完成了以1mS 的采集速率对液压振动PLC 内部信号实时采集。经过数据处理和分析的软件数据处理在电脑中实现数据实时显示与数据连续存储。其配置主要包括：数据采集模块、数据采集模块与电脑连接的光纤卡、数据处理和分析的软件等，如表4 所示。

表4 数据采集硬件及软件说明

3 S7-400PLC 与ibaPDA 数据采集模块的连接

ibaPDA 所需要采集的14 个数据写在CFC 程序的PDADataOut 子程序中，对应的数据地址通过端子模块SU 和硬线与2 块ibaPDA 数据采集模块连接（每个数据采集模块配有8 个模拟输入通道），，ibaPDA 数据采集模块所采集的数据通过光纤及光纤卡与主控的ibaPDA 专用电脑连接。ibaPDA 所需要采集数据的名称、符号、所在的端口列表如表5 所示。

表5 PLC 与采集模块连接

4 实例应用

某日2#机第一流结晶器液压振动故障停振分析过程如下：①通过图1 中的振动停机值设定，在PDA 离线分析软件中查找第一流结晶器液压振动停振的原因。②通过软件图形分析可以看出振动停机的原因是双缸同步误差大于25.0%，双缸同步误差是由2#缸位移下滑造成，造成2#缸位移下滑的原因是2#缸伺服阀给定与反馈不一致，而且2#缸伺服阀反馈曲线有毛刺。③更换2#缸伺服阀及伺服阀的线路后试正常。

图1 PDA 分析数据源

5 结语

iba 的PDA 过程数据采集及分析技术的应用，极大地方便了三电维检工在巡检时就能掌握结晶器液压振动的运行状况，预防结晶器液压振动故障的发生，如遇到结晶器液压振动停振事故时，能快速准确地分析其故障原因。降到了维修成本，增加生产效益。