液压设备在线监测技术及应用.doc

个人收集整理 勿做商业用途 液压设备在线监测技术及应用在线监测是液压设备及工艺过程故障诊断与状态监测的重要途径.这一章结合实例论述多媒体与网络技术背景下液压装置在线监测系统的组成、功能、基本要求、相关因素与应用方法。 第1节 设备在线监测技术概述14。1。1 综述 随着现代化大生产的不断发展和科学技术的不断进步,为了最大限度地提高生产效率和产品质量，作为主要生产工具的机械设备正朝着大型、高速、精密、连续运转以及结构复杂的方向发展。这样,在满足生产要求的同时,设备发生故障的潜在可能性和方式也在相应增加，并且设备一旦发生故障，就可能造成严重的甚至是灾难性的后果。如何确保机械设备的安全正常运行已成为现代设备运行维护和管理的一大课题。对机械设备进行在线监测是保障其安全、稳定、长周期、满负荷、高性能、高精度、低成本运行的重要措施。 所谓在线监测（on-line monitoring）,是在生产线上对机械设备运行过程及状态所进行的信号采集、分析诊断、显示、报警及保护性处理的全过程. 设备在线监测技术以现代科学理论中的系统论、控制论、可靠性理论、失效理论、信息论等为理论基础，以包括传感器在内的仪表设备、计算机、人工智能为技术手段，并综合考虑各对象的特殊规律及客观要求，因此它具有现代科技系统先进性、应用性、复杂性和综合性的特征.目前，在线监测技术发展的主要趋势如下：整个系统向着高可靠性、智能化、开放性以及与设备融合为一体的方向发展，从单纯监测分析诊断向着主动控制的方向发展。采集器向着高精度、高速度、高集成度以及多通道方向发展。精度从8位发展到12为甚至16位，采集速度从几赫发展到几万赫,采集器内插件有所减少，从通用电子元件的组装向专用芯片ASIC的方向发展。采样方式从等时采样向着等角度同步整周期采样的方向发展,以获取包括相位在内的多种信息,采集的数据从只有稳态数据发展到包括瞬态数据在内的多种数据.通道数量从单通道向多通道发展，信号类型从单个类型向着多种类型（包括转速、振动、位移、温度、压力、流量、速度、开关量以及加速度等）方向发展。数据的传输从串行口和并行口通讯向着网络通讯(波特率可达10兆、100兆甚至几百兆）的方向发展。监测系统向对用户友好的方向发展，显示直观化，操作方便化，采用多媒体技术实现大屏幕动态立体显示。分析系统向多功能发展，不仅能分析单组数据，还可分析开停机等多组数据.诊断系统向智能化诊断多种故障的方向发展，由在线采集离线诊断向在线采集和实时诊断的方向发展。数据存储向大容量方向发展，存储方式向通用大型数据库方向发展。诊断与监测的方式向基于Internet/Intranet的远程诊断与监测的方向发展。14。1。2 在线监测的重点对象与基本要求（1）在线监测的主要对象须在线监测的重点设备主要如下：对生产影响最大的关键设备,包括工艺要求十分严格及产品质量要求十分严格的设备、连续运行的设备、单一生产流程中的设备、没有备用的设备、以及中间产品储量最少的设备等。隐含危险的设备，包括在高温或高压或高电压下工作的设备、装有高速或大惯性运动部件的设备、处理危险或有毒介质的设备.有严格的安全性要求的设备，包括故障发生可能引起爆炸的设备、故障一旦发生会造成灾难的设备等。(2）监测的重点部位监测的重点部位主要如下：对机器的可靠性影响最大的薄弱环节.负荷繁重且不可缺少的装置。数据表明寿命最短的零部件。对整台设备起安全保护作用的装置。环境恶劣，人员难以接近的部位。(3）在线监测系统的基本要求用户对在线监测系统的基本要求分别是：先进性.在系统建设过程中应采用具有国际领先水平的技术，主要包括：采用先进的现场总线技术、OPC Server网络数据采集技术、标准的布线技术、先进的Internet/Intranet技术等，把各种先进技术融合在整个系统中.实用性。首先是系统具有实用的功能，其次是系统硬件配置和软件设计应从使用者的角度出发，尽可能方便、实用。应根据设备维护和检修的实际需求，严格按照国家标准，使系统既能满足生产需求，又做到用户界面友好、操作方便。有效性。应保证分析、诊断结果的有效性，在被监测的设备出现故障前能起到预防作用，而当设备出现故障时能及时给出正确的判断。可靠性。在线监测系统的主要目的是保障生产机械的工作可靠性,因此其本身应具有更高的可靠性.监测系统结构上采用层次式分布结构，以实现故障分散,保证高可靠性，即在任一单元发生故障情况下，不影响诊断系统其他部分的运行。并考虑生产现场的环境恶劣，采用高抗干扰性的措施。安全性。应采用完备的模拟量、数字量隔离(如三端隔离）技术，正确的信号接地措施,以及系统的冗余性,确保整个系统的电气安全性；在网络系统上采用防计算机病毒系统；在系统数据管理方面考虑整个系统数据系统的备份的完备性.可扩展性。系统应具有可扩展和自我开发性能,能适应相关技术的发展和软件的升级换代。系统必须提供与其它系统互联的良好接口。经济性。在保证满足监测与诊断要求的前提下,应尽可能地节省投资。14.1。3 在线监测系统的组成各类在线监测系统可能由于应用场合和服务对象的不同、采用技术的复杂程度不同而呈现较大的差异，但一般主要由以下部分组成:1） 数据采集部分。它包括各种传感器、适调放大器、A/D转换器、以及存储器等.其主要任务是信号采集、预处理及数据检验。其中信号预处理包括电平变换、放大、滤波、疵点剔除和零均值化处理等,而数据检验一般包括平稳性检验以及正态性检验等。2) 监测、分析与诊断部分。这部分由计算机硬件和功能丰富的软件组成，其中硬件构成了监测系统的基本框架，而软件则是整个系统的管理与控制中心，起着中枢的作用.状态监测主要是借助各种信号处理方法对采集的数据进行加工处理，并对运行状态进行判别和分类，在超限分析、统计分析、时序分析、趋势分析、谱分析、轴心轨迹分析、以及启停机工况分析等的基础上，给出诊断结论，更进一步还要求指出故障发生的原因、部位、并给出故障处理对策或措施.3) 结果输出与报警部分。需要这部分的目的是将监测、分析和诊断所得的结果和图形通过屏幕显示、打印等方式输出。当监测特征值超过报警值后,可通过特定的色彩、灯光或声音等进行报警，有时还可进行停机连锁控制。结果输出也包括机组日常报表输出和状态报告输出等。4） 数据传输与通讯部分。简单的监测系统一般利用内部总线或通用接口(如RS232C接口、GPIB接口）来实现部件之间或设备之间的数据传递和信息交换，对于复杂的多机系统或分布式集散系统往往需要从用数据网络来进行数据传递与交换。有时还需要借助于调制解调器(MODEM）及光纤通讯方式来实现远距离数据传输。对于远程诊断,显然要依赖Internet网络。14。1.4 Intranet/Internet 远程诊断与监测系统Internet/Intranet的发展，使其在测控领域的应用日益受到关注。利用Internet/Intranet技术可将必要监测信息送到企业内任意的PC机或移动计算机的屏幕上。利用简单的HTML（超文本链结标示语言）文本,使用通用的Web浏览器，可在通用的接口下显示来自监控和数据采集系统和其它软件系统的信息。目前很多Web服务器软件提供了对关系型数据库的访问方法，有些通用数据库也将数据发布为HTML格式，以供Web访问.随着传统的故障诊断技术的日渐成熟以及新兴的计算机网络技术的飞速发展，可以依托Web构建轧机故障远程监测与诊断系统使传统的故障诊断技术集成化、网络化、信息化,为设备安全提供更有力的保障。因此可通过Web技术访问数据库和获取系统信息。决策、维修人员可以在任意远程或局域网上观测实时的测控信息，并实现网上远程诊断。基于Internet的远程诊断，被称为新一代的远程诊断系统，是在Internet的迅速发展及成为其成熟的关键技术后发展起来的,它是将信息检索技术、数据库技术和实际工程应用的故障诊断技术结合起来，充分发挥它们的组合优势的一种诊断方式，它兼顾了点对点远程诊断的各自优点 ，借助于现有的教学科研网、企业内部网和Internet的资源,成本低 ,网络传输速度快，具有更好的性能价格比,并且开放性好，各种资源能得到充分的共享 ，可为多用户并行诊断.国内外专家学者对远程诊断技术的研究方兴未艾，已经推出了大量实用化的远程诊断系统。如将传统的发动机故障诊断技术与eb技术相结合，提出一种基于Web的航空发动机故障远程诊断系统模型,系统的建立使航空发动机的监控、诊断和维护技术融入网络环境,可以极大地提高发动机疑难故障诊断的准确性和及时性,体现了故障诊断技术网络化、信息化的发展趋势.另一例子是以港口大型设备为主要研究对象,在探讨现代港口设备控制系统的主要原理和提出基于网络和信息技术的港口现代化管理与控制的四层递阶控制结构模式概念的基础上，论述了港口设备远程诊断技术的总体技术方案和特点。单独应用某一诊断手段时诊断结果并不理想，然而每项手段都要求先进的诊断设备以及具有深厚专家知识的诊断人员，配备这些诊断手段以形成综合性的诊断系统需要大量的资金及人力投入，这对于广大中、小型企业来说是力所不及的。近年来计算机网络技术的出现与飞速发展为我们提供了解决这一矛盾的方法。远程故障诊断技术是通过传统故障诊断技术与计算机网络技术相结合，用若干台中心计算机作为服务器，在企业的重要关键设备上建立状态监测点,采集设备状态数据；而在技术力量较强的科研院所建立分析中心，对设备运行进行分析诊断的一项新技术.网络化设备信息监测与诊断分析技术是企业获得社会有关技术人员支持，特别是全球性技术支持的必由之路.它对于企业适应于网络化社会和生活,提高企业设备管理和维护水平，直接得到有关设计单位、生产单位、研究单位的技术支持 ，提高企业效益和国际竞争能力具有巨大作用。此外，重要系统和设备的区域性和全球性远程诊断、控制、维护和管理是计算机和网络技术、信息技术、机电技术、管理技术等一体化的体现,是世界高新技术的发展趋势之一,具有普遍的理论研究价值和应用前景.第2节 液压系统的状态监测液压系统以其快速响应、大功率、高性能及易于远程操作与控制等特点被作为一种主要动力装置广泛应用于各种机械设备中。其规模与复杂性日益提高,元件及系统的故障与失效原因也变得更加复杂，因此迫切需要提高系统运行可靠性与安全性的有效方法与措施.设备状态监测技术可以有效地提高设备运行的可靠性与安全性,它将传统意义上的设备定期维护提升为按需维护与预测维护。通过设备状态监测技术并综合运用各种故障诊断新技术与新方法,对液压元件及系统的运行状态及故障进行实时在线监测及诊断将是提高液压系统运行可靠性与安全性的一种有效手段。14。2。1 液压系统状态监测目的与内容对液压系统的运行状态进行监测的主要目的应该是：实时地、真实地反映系统的运行状态,保证系统正常工作，防止意外事故发生；对系统中主要元件如电机、液压泵、换向阀、压力阀、伺服元件及过滤装置等的工作状态进行监测,对潜在故障进行预报,防止元件突然失效导致系统出现故障;预测系统状态变化趋势,对未来的运行趋势进行预报，对将要发生的故障进行报警并且给出故障处理方法及措施。为达到以上目的，对液压系统进行状态监测时，监测系统的主要监测对象与内容一般是液压系统的主要工作参数,具体来说有如下几方面内容：1) 压力。系统压力综合反映了系统及系统内元件的工作状态，通过对液压泵进出油口、重要管道内及执行机构进出油口的压力（或压力差)的监测,可以对系统失压、压力不可调、压力波动与不稳等与压力相关的故障进行监视;2) 流量。系统内流量的变化可以反映系统容积效率的变化,而容积效率的变化又反映了系统内元件的磨损与泄漏情况。可以通过监测重要元件流量变化状况达到对系统及元件的容积效率及元件磨损状况的监视目的；3) 温度。设计合理的液压系统其工作温度变化范围是有限制的,系统温度的异常升高往往意味着系统内出现故障。通过监测系统温度变化可以实现对与温度变化有密切联系的故障的监视，如系统内泄漏增加、环境温度过高、冷却器故障或效率降低、执行机构运动速度降低或出现爬行导致溢流量增加等;4) 泄漏量。泄漏量的大小直接反映了元件的磨损情况及密封性能的好坏，一般说来对于液压泵和液压马达的泄漏量的监测比较容易实现，对于其他元件泄漏量的监测则不太容易实现.除了通过监测以上工作参数达到对系统工作状态进行监视的目的外，还可以监测系统的振动、噪声、油液污染程度、伺服元件的工作电流与颤振信号、电磁阀的通电状况等，实现对系统工作状态的监视。具体选用哪些参数作为监测量要根据系统的应用场合、信号采集的难易程度和资金多少等合理确定，在可能的情况下应该尽可能多的选取被监测量，以便更全面地了解系统工作情况,综合分析系统运行趋势并为故障诊断与定位提供充分依据.12。2.2 状态监测系统模型（1）监测系统设计原则在设计针对液压系统的监测系统时需要充分考虑以下因素：1）所采用的技术的先进性；2)系统实现的可能性与难易程度；3)是否需要实现实时、在线监测及远程监测；4)与相关系统(如机械、电气等监测控制系统)的兼容性与统一性；5)是否需要与控制系统统一成一个监控系统等；6)监测系统自身的可靠性与维护难易程度。从当前及今后的技术发展趋势看,监测系统应该优先采用基于网络的实时、在线监测与诊断技术模式。（2）基于网络与的监控系统模型图14-1基于网络与PLC的液压监控系统模型图141所示为一种基于网络与PLC的液压监控系统模型。该模型是一种分级的层次化结构形式，从下到上依次为设备层、车间级监控层、厂级监视诊断层与远程监视诊断中心层等.系统操作人员通过HMI(人机交互界面)发出的操作指令经由车间以太网送到PLC主站,再经过现场PLC分站的、模块与设备总线对液压系统中相关元件进行调节与控制；同时液压系统运行过程中的状态参数经过设备总线与现场PLC分站的、模块送到PLC主站，再经过车间以太网送到监视站。工程技术人员可以通过工程师站对系统运行环境、参数进行设定、修改和维护。设在车间级的服务器还可以将液压系统运行的状态参数经过厂局域网送到厂信息中心，供厂级监视诊断中心和远程监视诊断中心使用。此模型具有以下几个主要特点：将监测、诊断与控制功能统一到一个系统中实现；系统构成上实现了分布式、模块化与层次化，既易于实现又便于维护,同时为今后系统升级提供了方便；从网络观点看整个系统实际上构成一个监控诊断局域网,为最终实现实时、在线及远程监控奠定了基础。(3)应用基于以上模型的某厂的一台大型混合机液压系统监控系统。该液压系统主要完成混合锅的上升、下降及锅在工作位置的保压（保压时间要求超过4）。监控系统主要由PLC、上位监视主机、工程师站、操作员HMI和音视频系统等组成，具有自动和手动调试两种工作方式。该监控系统可以通过PLC按工况要求对系统与执行机构进行控制与调节,同时对液压系统中泵的出口压力、液压缸工作压力、蓄能器压力、过滤器进出口压差、油箱内液位、油液温度及电磁阀的电磁铁通电状况进行监测。监控系统在设计时考虑了多种安全联锁保护和故障报警、解除与自动恢复措施，能最大限度地提高系统运行的可靠性与安全性.另外系统还能够实现被监测对象历史运行曲线显示、趋势预报、故障分析与定位、报表打印与数据远程上传等功能。系统工作参数的实时在线综合监测与控制,对于保障系统正常工作,提高系统运行的可靠性与安全性，让操作者及时了解系统的工作状况，以及对液压系统故障的早期预防和诊断等均有重要意义。第7节 建筑机械液压故障诊断与在线监测建筑机械工作环境差、使用频率高，加之其液压系统复杂,由于油液而产生故障的频率相当高，凭经验诊断主观因素较大，已经不能适应当前科技日益发展和工程实际的需要。因此采用事前的计算机故障诊断预报技术和计算机辅助故障分析技术是目前的主要趋势。14.7.1 建筑机械液压系统在线监控与故障预报单片机系统在建筑工程的施工中，施工进度成为建筑施工管理的首要因素，如果建筑机械频频发生故障，将严重影响整个的施工进度,从而影响了工程的建设。因此要求建筑机械在设备的运行过程中能自动地根据运行状况提供可靠性方面的资料,比较准确地发出故障预报信号,以便在施工的间隙期或者立即停机进行维修，减小设备的损耗，因此采用一种自动的故障预报系统具有重要的意义. 图14-13 单片机在线监控与故障预报系统单片机是一种具有计算机基本功能的工业控制器件,由于其体积小、成本低在工程领域得到了广泛的应用，此处采用的单片机是MCS51单片机。由于建筑设备的故障主要是由液压系统的故障引起的所以将液压系统的主要特征参数进行监控，从而判断该设备的工作状况，这些主要特征参数包括液压系统的压力、流量和油液的污染度.图1413是单片机在线监控与故障预报系统的示意图，表征液压系统主要工况的压力、流量和污染度的信息分别被压力传感器、流量传感器和污染传感器采集后,得到比较微弱的模拟电信号,这些信号不足以驱动单片机，故必须进行信号放大、整流、筛选等必需的信号处理，但这样的信号仍是模拟信号,是单片机系统不能处理的，所以必须再经过A/D模/数的转换，导入MCS51单片机,该单片机芯片8031中存储有压力、流量和污染度的指标参数，经过预先编制的程序，单片机将采集到的信号与存储在其中的指标参数进行比较分析和判断,确定系统是否即将发生故障，还要经历多长时间发生故障，如果是，则在显示屏上显示各项参数并发出相应的警报，提醒设备的操作者采取相应的措施. 14。7.2 建筑机械液压故障计算机辅助故障诊断分析对于复杂的建筑机械来说，故障树是一种较为理想的分析诊断方法。采用故障树技术,可以对复杂的建筑机械发生的故障进行快速而准确的诊断与分析.建筑机械液压系统较为复杂，故障产生的原因较多,故障树树形复杂，用传统的方法来绘制故障树较为棘手并容易出错，并且不利于计算机的进一步处理,所以要将故障树的绘制工作改由计算机用专门编制的软件来完成,这样既减轻了绘树的工作量，同时也便于计算机故障诊断的处理.图14-14是计算机绘故障树的结构框图,程序初始化后，按照程序界面的要求输入故障树的一些参数,用Visual C+语言编写界面和应用程序，采用对话框的形式询问用户共有几个逻辑门，每个逻辑门的种类及输入事件数,确定其代号，完成故障树参数的输入,该软件具有良好的人机对话功能.然后利用AutoCAD软件平台来绘制故障树并保存，根据需要进行打印，并可以以后续处理程序要求的格式输入诊断程序中进行计算机的故障诊断。图14-14 计算机绘故障树的结构框图第8节 采煤机液压系统工况监测当前我国煤炭开采所使用的主要是液压牵引采煤机。液压牵引采煤机突出的矛盾是可靠性较差,故障率高.因此导致工作面开机率低,综采工作面的开机率仅为27一35%。采用微机监控技术对采煤机运行工况进行监测可大大缩短排除故障的时间,提高开机率。国外早在20世纪80年代生产的液压牵引采煤机就具有工况监测系统。例如，德国艾克霍夫公司的EDW一450/1100L采煤机、英国安德森公司的AS600采煤机和美国JOY公司的3LS采煤机等。我国对液压牵引采煤机的工况监测研究起步较晚.由于我国采煤机生产厂家生产的采煤机不带工况监测系统.所以，要使采煤机具备工况监测系统必须对采煤机进行一些改造。14。8.1主要监测部位及被监测参数采煤机主要由截割部、牵引部和辅助系统组成。采煤机需要监测的主要参数如下。1）截割部主电机温度。截割部主电机提供截割动力，该电机功率大、空间小,在实际工作中容易发生故障，所以应是重点监测对象。根据现场大量事故资料统计,截割电机最常发生的故障是电机轴承烧坏。2）截割部主电机电流。在满负荷情况，主电机的电流与截割部电机的功率成正比，因此,电机电流可反映电机负荷状况，是一重点的被监测参数。3）牵引部流量、压力和油温。采煤机牵引部是采煤机中最复杂的系统，牵引部液压系统结构紧凑，空间小，压力高，污染严重,因此采煤机牵引部故降率最高，对采煤机正常运转影响最大。采煤机牵引部中最常见的液压参数为液压泵（马达)的流量、压力以及油液温度。4）采煤机牵引部油液清洁度。采煤机牵引部采用的液压系统，由于长期处在恶劣环境，所以污染严重。及时监测液压油的清洁情况,对保证采煤机正常运转意义十分重大，因此油液清洁度是采煤机重要的监测参数。5）采煤机位置和速度采煤机在工作面的位置可反映采煤机工作运动情况,因此需要监测采煤机的所处位置和运行速度,这些参数为生产调度提供依据。14.8。2工况监测系统方案(1）传感器+KJ矿井监控系统(方案一)这种方案的思路是各种物理量由传感器转换成对应的电信号，这些电信号向地面的传输采用现成的KJ矿井监控系统。该方案可用图l4-15表示。在图14-15中,整个监测系统由下三部分组成：图1415 传感器+KJ矿井监控系统构成的监侧系统1)传感器主要将采煤机上被监测的各种物理量转换成电信号。为提高系统抗干扰能力,所有传感器的输出按频率标准转换成2001000Hz方波信号。系统中的截割部电机电流、电机轴承温度、采煤机位置、速度和油液污染度传感器为独立式。牵引部油液压力、流量和油液温度传感器集成在一起构成多功能液压参数传感器;2）信号采集与传输系统采用的是现成的KJ系列煤矿环境监控系统，根据传感器的数量和传感器分布位置，该系统设置了两个数据采集分站.3)信号处理部分主要由主计算机、显示器和打印机组成.主要功能是接收、处理传感器的数据，并可存贮工作状况,计算机根据传感器的数据状况，利用故障诊断系统进行故障分析和预测。同时还可将信号发送到地面模拟盘，对采煤机位置和运行速度进行实时显示，以便进行调度指挥。这一方案实施起来比较容易。（2）传感器+机载单片机数据处理系统+远距离传输系统（方案二)该系统结构框图如图14-16所示.这种方案的思路为：各种被监测物理量转换成电信号。电信号的形式可为模拟信号或频率信号，主要从抗干扰角度考虑电信号的形式。这些电信号传输到机载单片机系统，机载单片机系统可对这些信号进行存贮和显示,并能根据故障判断准则诊断故障状况，供采煤机司机人员快速处理故障用。同时机载单片机系统可留有通讯接口，该通讯接口可将机载单片机的信息传输到地面调度室主计算机,信号经主计算机处理分析后,供指挥调度使用。 图14-16 传感。+机载单片机数据处理系统+远距离传输系统构成的监侧系统此方案的机载单片机数据处理系统可实时显示采煤机运行工况，采煤机出现故障时，及时显示故障部位，所以非常有利于采煤机现场人员掌握采煤机运行工况和处理各种故障。另外，因机载系统具备人机对话功能,采煤机司机还可以通过键盘设定参数对采煤机进行控制.因此方案二在结构上是非常合理的一种方案。由于要设计机载单片机系统,特别是满足矿井防爆要求，所以工作量大一些，做起来相对困难一些，但如果有较强的单片机开发经验和开发能力，也能较快的完成此项工作.第9节 液压系统在线监测测试器及其应用14。9。1 监测器的结构与原理监测器的结构如图1417所示。测试器可连接在液压系统的相应部位,检测时进入系统,正常工作时可退出以恢复正常工况。测试座1做成三通管接头，类型与规格可与所连液压系统的相应位置相匹配.测试杆2垂直于管道中心线安装，密封圈6防止泄漏,顶盖7与座1用螺纹牢固联接。测试时，调节螺杆9顺时针旋转，测试杆5进入测试位置（图示位置）。磁性材料制成的叶轮3在管内压力油的作用下旋转(叶轮3由两侧板4支撑着）。叶轮3的上方装有磁敏电阻5，用以接受磁力变化信号,并将该信号输出给二次仪表。二次仪表制成台式(在线监测用)或便携式(巡回检修、检测用,对于野外更是方便）。二次仪表测出叶轮2的转速，进而推算出管内的流速和流量.每个测试都经过标定，以保证测试精度。一般流量计的测量精度在0.52之间,本测试器控制在5%以内，对故障诊断来说已足够了。如用两个磁敏电阻前后排列并左右错位，则可测出管内液体流向。如需测压力、温度时,可将测试座1做成四通或五通，将压力传感器和温度传感器接上即可。1。油泵2、5、6测试器3.溢流阀4。换向阀7、10.压力表8.液压缸9.溢流阀11。过滤器 图1417测试器结构示意图根据系统的具体情况来决定液压系统到底需要安装几个测试器。测试器的安装如同普通管接头一样方便。测试器测得信号由金属屏蔽线输送,将输出端集中在屏蔽线长5范围内，检测十分方便，检测时工作，不检测时可不工作。测试器内部材质是不锈钢和铜,加之液压油的润滑,故使用寿命很长。1.测试座2。测试杆3.叶轮4.磁敏电阻5.密封圈6。顶杆7。调节螺杆图1418液压系统图14.9。2 应用实例如图14-18所示,系统装有3个测试器，即可对系统故障部位进行诊断.故障分析过程图如图1419所示。在线测试器的应用，对液压系统的故障诊断而言能够事半功倍,为查找分析故障原因提供了可靠的依据。此方法既实用又简便，值得有关工程技术人员参考。 图1419 诊断过程图第10节 轧机液压在线监测系统 热轧生产线现场生产环境十分恶劣，存在着如振动冲击、高温、强电磁场干扰，以及机械磨损、电气老化等各种因素，这些因素随时可能对机组造成危害，并引发机组故障。利用现代科技最新成果如计算机技术、网络技术、传感器技术、人工智能、故障诊断技术、信号处理等，建立具有针对性的工况监测系统意义重大。在此简要介绍某引进热轧机液压在线监测系统。 14.1。1 系统的基本构成（1）系统概况轧机液压在线监测系统属轧机基础自动化系统（一级机),其中与液压在线监测有关的单元如图14-20所示。系统由若干个西门子可编程控制器SIMADYND系统、工业型键盘、彩色显示器、HP彩色打印机、COROS OS可视化人机接口等组成。系统的主要功能是轧机系统测量值和极限值的监视、系统的总开关、故障信号的显示与存档等。 图1420 轧机液压在线监测系统（2）SIMADYN D系统西门子公司于1994年更新的SIMADYN D系统，是一种可自由配置的、全数字控制的、具有高速功能的多处理器系统，它最适合于开环和闭环的控制与计算、现场监视、通讯与协议等应用场合，以及某些对相应时间要求较高的场合.SIMADYN D系统的处理器是MIPS公司的R3000型32位处理器，其脉冲频率为25MHz.SIMADYN D系统主要由CPU（处理器）、通讯模块、编程器、输入输出模块等组成。该系统的主要特点如下：所有控制环均有很高的精确度、重复精度、线性度和稳定性，短的循环处理时间，操作系统允许中断。宽的调节范围，可进行数字的、单值的和可精确重复的设置。所监控的重要技术参数能清楚地显示在当地面板，能实现远距离参数修正。各个处理器模块的7段数码管显示状态、错误信息和自检结果.可实现当地或远距离操作、生产过程监控操作面板的状态和报警信息按时间顺序排列,能一数字显示机器的实际测量值.通过在线设备的标准串行接口,可广泛利用系统的信息、程序、参数和其他功能.广泛的软件与硬件的自测功能和与用户友好的诊断帮助。操作系统具有不易丢失的EPROM和EEPROM子模块,用户软件和可编程参数.每个处理器的RAM带后备电池。具有数据和程序存储器的异步多处理器功能，通过“邮件实现总线传输的浮动控制.所有模拟、数字和二进制信号都按要求在其接口模块被整理、转化、保护和分类,然后才进入控制器作进一步处理。报警信息可通过串行端口(V24RS-232或TTY)与打印机直接连接。具有标准组件软件系列、多任务监测程序、诊断程序和大约200个应用软件模块,使用户编程工作量大为减少。此系统用于在线监测能给用户带来以下便利：测量值、状态信息、报警信息及自动联机打印能通过不同的途径向监控人员提供系统的有关信息。能在线监测系统所有的重要部位，易于修改和设定参数。通过报警监控、联机故障保护处理,并借助于故障诊断与排除指南等资料，可将故障带来的各类损失降至最低水平。(3）COROR-B可视化人机接口系统COROSLSB是在线监测系统可视化的人机接口软件系统,其作用是将计算机的信息在显示屏上直观地显示出来,并将监控人员输入的信息、设定值、指令等转化为计算机能接受的数据COROS LSB人机接口的软件主要是:MSDOS V6.2操作系统Micrsoft Windows NTSURPERVISOR过程监控软件组，包括图象可视化系统；用于归档和分析的信息系统；为用户提供专用报告的报告系统；带输出接口的数据存储系统Dbase VI；用于和SIMADYN D连接的通讯系统；使用点联络接口系统。CONFIG构形工具软件组，包括GRAPHICS构图软件；ALARMS信息构建行；REPORTS报告构建软件；ARCED归档和背景构建软件；COMED过程连接和制表软件；UTILITIES支持软件；LSBSCOPE诊断工具软件；LSBSIM仿真程序等。COROS LS-B的硬件主要部分是可视化部件VDV，它完成性能显示、数据输入、图像设计和存储、字符数字线条曲线等的显示。COROS LSB也能承担数据校验的任务。COROS OSN57操作台是COROS LS-B的硬件系统之一，它是基于办公室PC的操作与监测装置，被用作轧机液压在线监测系统主要终端。该系统具有如下特点：台式PC计算机，在办公室的环境下保护等级为IP20，装有Intel Pentium处理器（速率200MHz），当地母线(PCI)，基本存储能力为16Mb，最大存储能力为128Mb,21Gb硬盘，3.5”/1。44Mb软盘，8速CD-ROM。标准键盘和鼠标。VGA成像系统(Cirrus GD 5446）带2Mb影像存储器4个ISA长槽插孔;接口分别是LPTl、COMl和COM2适用于办公室和工业监测。接口COMl带有396RAS511适配连线MPI、SINECL2或SINHl通讯板。COROS OP47操作面板COROS OP47操作面板也是COROS LSB的硬件系统之一,它在珠钢轧机液压在线监测系统中被广泛用于当地操作、数据设定与监测这种装置的主要特点是:19”框架式结构面板，保护等级为IP 65。带75MHz InteI Pentium处理器，存储能力为16Mb(最大为128Mb）。850Mb硬盘，3.5”1。44Mb软盘，5个扩展槽，带28个功能键的膜片式键盘,8个LS-B专用软件盘，以及32个其他键。带640x480图案和256彩色标志的VGA成像系统,10”TFT彩色显示器。鼠标接口COM2，打印机接口COMl或lPTl，一个软驱。COMl接口带3964RAS5ll型适配连线，与SIMADYN D连接的MPI接口,SINCEL2或Hl通讯板。（4）ET200远程IO装置轧机液压在线监测系统采用E1200远程IO装置作数据采集器.ET200的主要特点是它能通过PROFIBUS实现CPU与IO口之间的快速远距离数据通讯，同时它具有很强的抗电磁场干扰能力。ET200由主单元和若干从属单元组成,它们之间用PROFIBUS连接E1200带有COMPROFIBUS参数化软件，可用它进行系统的设定与配置。PROFIBUS是一种母线系统，适用于小型网络通讯。当数据量较少时,它是理想的高速和循环通讯装置，传送速度可达12M波特。如果采用铜线电缆，传输距离可达10km；如果采用光纤电缆，传输距离可延长到90km。主单元可通过PROFIBUS与其它单元进行数据交换,轧机中的ET200主单元由S595CPU与DP接口组成。从属单元只能与主单元进行数据交换.一个ET200系统可操纵124个从属单元。从属单元可以是各类传感器，也可以是执行元件。COM PROFIBUS参数化软件用作ET200的直接参数化和初始化操作.COM PROFIBUS在Windows的环境下运行.它能提供一个图像化的用户接口，包括主单元和从属单元的直接初始化、通过PROFIBUS实行与主单元的直接数据通讯、根据IO状态启动PROFIBUS、详细的文件初始化等功能。COM PROFIBUS具有在线帮助功能，以帮助人们顺利完成参数化工作。(5)传感器轧机液压在线监测系统中包含大量的压力、位置和温度传感器。压力传感器主要采用HERION公司的FLUDTRONIK 32D型数字式压力传感器，它主要由一个压力感应器、一个集成电路测试单元和一个输出单元组成。这种传感器由LED显示实际压力，使用压力范围是070MPa,模拟量输出为010V或420mA，精度为0。1MPa，线性度为满量程的0。5。它也可兼作压力开关，使用寿命达1亿次.这种压力传感器具有使用方便、测量范围大、可靠性高的优点。MTS公司的TEMPOSONICS H电磁式位置传感器被用于CVC缸的位置测试。它由传感器头、传感器杆、磁铁等组成。传感器头是一个装有集成电路的坚硬壳体传感器杆用于保护其内的感应元件TEMPOSONICS磁至伸缩的波导管磁铁是运动的感应件，测试长度取决于磁铁的位置.这种传感器能连接模拟或数字接口，测试长度为50750mm,线性度小于0。05，重复精度小于0.001，并具有很高的可靠性.SONY公司的MD502N4N型位置传感器用于AGC液压缸的位置测试，其测试精度达1m。14。10.2 系统的主要功能及其应用效果（1）报警及防故障处理报警及防故障处理的过程如下：1）远程IO口ET200通过传感器采集到现场信息后将其送入SIMADYN D的数据存储单元.2)SIMADYN D系统根据有关设备与工艺人员的参数设定值对实际参数进行分析判断,并将结果送COROS IS-B系统的数据存储单元。3）COROS LSB将SIMADYN D系统传送过来的报警信息作可视（听）化的转化,通过显示器和打印机等实现文字提示，图样色彩提示（变红）、发声、自动打印报警功能等4)与此同时,SIMADYN D系统根据分析结果对轧机系统进行防故障处理，即判明实际参数超出阈值时，SIMADYN D系统向ET200发出相应的控制指令，借此保护轧机及液压系统例如，当判明油箱液面过低或油温过高时，发出停止泵电机运行的指令，报警及防故障处理的过程如图14-21所示。投产以来的实践证明，CSC系统的报警及防故障处理的功能可很大程度地满足现场要求,主要是它能非常及时地将大量故障信息通知给操控人员，并能主动采取防止进一步故障的联动措施，由此把故障损失降到了最低的程度。 图14-21 报警及防故障处理过程(2）原始采样数据保存（黑匣子功能）原始采样数据中有利用价值的部分（主要是故障信息和操作信息等）从SIMADYN D系统送入COROSLSB系统的存储单元后作为档案被保存下来。系统所能存储的最大信息量为1000条.存储单元能对存入的信息流动刷新。对轧机及液压系统进行故障分析时，可从中调出所需的信息。（3）轧机液压执行机构动态曲线的生成及打印系统中装有PDA软件,它从SIMADYN D数据存储单元中读取液压执行机构有关数据，并将其转化为图形，可利用打印机将图形打印出来。通过这些曲线图，可直观地察看执行机构的运动和动力特征，并能从曲线的变化中判断出液压系统的故障或故障苗头。这一功能对系统动态特