一种电气传动系统状态异常分析方法与流程

本发明属于轧机电气传动系统运维，尤其是一种电气传动系统状态异常分析方法。

背景技术：

1、轧机是冶金行业中一种金属板带加工的重要设备，轧机设备主传动系统所采用的交直交大功率变频器与交交大功率变频器决定着轧机设备运行的精度与稳定性。从技术层面来说，超大功率变频器技术门槛非常高，目前国内依旧由西门子、abb等大型外资企业占据市场的主要份额；从经济层面来说，冶金单条轧线每日创造的经济价值可达数千万元甚至上亿元，即使一次几分钟可自恢复的故障都可能导致生产线坯料报废，造成几十万元的直接损失。因此，维护人员需要在生产活动中监测轧机状态，掌握轧机电气系统发生故障之前的异常征兆与劣化信息，以便事前采取针对性措施防止故障发生。

2、电气传动系统的异常状态可能来自机械器件异常，也可能来自电气系统中的电气元件故障或老化。前者的监测方法通常是在设备的某几个监测点添加传感器，以监测机械器件的振动情况，例如专利文献“热连轧轧机运行状态的在线监测方法”(专利号cn201010505291.1)，“热轧立辊轧机运行状态的在线监测方法”(专利号cn201710407488.3)等，全部聚焦于机械振动状态的监测。然而针对后者，目前行业内并没有一个有效的监测手段，且电气元件故障老化过程极不易被察觉，目前比较普遍的情况是，如果出现由电气系统中的电气元件引起的系统异常，只能等到生产线出现故障时，根据记录的故障信息查找原因并进行维修。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种电气传动系统状态异常分析方法，能够维持电网稳定运行，通过分析轧机电气传动系统中各个控制回路的物理量状态，比较控制回路中的给定波形与反馈波形，达到异常分析的效果，进而结合考虑控制回路给定值异常的情况。

2、本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

3、一种电气传动系统状态异常分析方法，应用于轧机电气传动系统，包括以下步骤：

4、步骤1、构建轧机电气传动系统的数据采集系统，并部署采集系统采集轧机电气传动系统的运行数据和给定数据；

5、步骤2、将步骤1得到的运行数据按照轧机空载和轧机带载进行分类，得到轧机空载数据和轧机带载数据；

6、步骤3、计算步骤2中轧机空载数据的平均值和方差；

7、步骤4、将步骤3的数据与步骤1的给定数据进行比较，若步骤3数据与步骤1给定数据的差值大于门限值范围，则轧机电气传动系统存在异常并进行步骤8，否则轧机电气传动系统正常并进行步骤5；

8、步骤5、比较步骤1中运行数据的给定值时间序列和给定数据的给定值时间序列，若运行数据的给定值时间序列和给定数据的给定值时间序列一致，则轧机电气传动系统正常并进行步骤6，否则进入步骤8；

9、步骤6、比较步骤1中运行数据的给定值时间序列和运行数据的给定反馈时间序列，若运行数据的给定值时间序列和运行数据的给定反馈时间序列一致，则轧机电气传动系统正常并进行步骤7，否则进入步骤8；

10、步骤7、计算给定数据中物理量的平均值和运行数据中物理量的变化情况，比较给定数据中物理量的平均值和运行数据中物理量的变化情况，若运行数据中物理量的变化情况出现长期增长或长期降低的发散性情况，则进入步骤8，否则轧机电气传动系统正常并返回步骤1，重新采集数据并进行判断；

11、步骤8、轧机电气传动系统存在异常，给出报警，返回步骤1，重新采集数据并进行判断。

12、而且，所述步骤1中采集的数据包括轧机电气传动系统的各个物理量和各种工况下轧机电气传动系统中所有控制回路的时间序列。

13、而且，所述物理量包括电机速度、三相电机电流、三相电机电压、电机转矩、励磁电流、磁通量和零电流信号。

14、而且，所述各种工况为正常生产不同规格钢坯的工况；时间序列包括给定值时间序列和给定反馈时间序列。

15、而且，所述时间序列的采集方法包括以下步骤：

16、步骤1.1、读取轧机电气传动系统的数据文件，判断现在生产的钢坯是否为新规格，若现在生产的钢坯是否为新规格则进行步骤1.2，否则进行步骤1.3；

17、步骤1.2、判断生产是否正常，若生产正常，则添加新规格至标准序列，否则进行步骤1.3；

18、步骤1.3、判断轧机电气传动系统是否生产新的数据文件，若轧机电气传动系统生产新的数据文件，则返回步骤1，否则判断用户是否结束工作，若结束工作则结束，否则重复步骤1.3。

19、而且，所述步骤2的具体实现方法为：通过采集轧机电气传动系统中plc的咬钢信号与抛钢信号判别轧机空载数据和轧机带载数据。

20、而且，所述步骤6中比较步骤1中运行数据的给定反馈时间序列和给定数据的给定反馈时间序列通过计算互相关系数进行判定：

21、

22、其中，r为互相关系数，r的绝对值越接近1表示两序列相关程度越强，i为离散序列角标，n为离散序列元素个数，和表示序列x和y的平均值。

23、而且，所述步骤7包括以下步骤：

24、步骤7.1、读取轧机电气传动系统的数据文件，判断数据是否包含带载类数据，若包含带载类数据则取空载类数据，并进行步骤7.2，否则进行步骤7.2；

25、步骤7.2、读取步骤3中计算的平均值和方差，并进行保存；

26、步骤7.3、读取步骤1中获取的给定数据，并将计算获取的给定数据中物理量的平均值，检验物理量变化趋势；

27、步骤7.4、判断物理量变化趋势是否单调，若单调则轧机电气传动系统异常并进行步骤7.5，否则进行步骤7.5；

28、步骤7.5、判断轧机电气传动系统是否产生新数据文件，若产生新的数据文件，则返回步骤7.1，否则进行步骤7.6；

29、步骤7.6、判断用户是否结束工作，若结束工作则结束，否则重复步骤7.5。

30、本发明的优点和积极效果是：

31、1、本发明通过获取轧机电气传动系统的运行数据和给定数据，分析轧机电气传动系统中各个控制回路的物理量状态，比较控制回路中的给定波形与反馈波形，达到异常分析的效果，同时本发明结合考虑控制回路给定值异常的情况，并对各个物理量的变化趋势进行判断，实现了轧机电气传动系统的异常判断。本发明能够有效反馈轧机电气传动系统的运行状态，对系统已经出现或可能出现的异常情况进行提示，以便事前采取针对性措施防止故障发生，将企业生产活动中的故障损失降到最低。

32、2、本发明通过利用冶金行业中工程调试常用的数据采集软件，采集轧机电气传动系统的运行数据和给定数据，在异常判断的过程中不需要添加额外传感器，降低了轧机电气传动系统复杂性，提高了轧机电气传动系统维护的便捷性。

33、3、本发明所提出的轧机电气传动系统的异常判断方法，能够将传统的现场巡检工作转移到一台计算机上，降低了人工劳动强度，提高了传动系统运维的自动化程度。

技术特征：

1.一种电气传动系统状态异常分析方法，应用于轧机电气传动系统，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种电气传动系统状态异常分析方法，其特征在于：所述步骤1中采集的数据包括轧机电气传动系统的各个物理量和各种工况下轧机电气传动系统中所有控制回路的时间序列。

3.根据权利要求2所述的一种电气传动系统状态异常分析方法，其特征在于：所述物理量包括电机速度、三相电机电流、三相电机电压、电机转矩、励磁电流、磁通量和零电流信号。

4.根据权利要求2所述的一种电气传动系统状态异常分析方法，其特征在于：所述各种工况为正常生产不同规格钢坯的工况；时间序列包括给定值时间序列和给定反馈时间序列。

5.根据权利要求2所述的一种电气传动系统状态异常分析方法，其特征在于：所述时间序列的采集方法包括以下步骤：

6.根据权利要求1所述的一种电气传动系统状态异常分析方法，其特征在于：所述步骤2的具体实现方法为：通过采集轧机电气传动系统中plc的咬钢信号与抛钢信号判别轧机空载数据和轧机带载数据。

7.根据权利要求1所述的一种电气传动系统状态异常分析方法，其特征在于：所述步骤6中比较步骤1中运行数据的给定反馈时间序列和给定数据的给定反馈时间序列通过计算互相关系数进行判定：

8.根据权利要求1所述的一种电气传动系统状态异常分析方法，其特征在于：所述步骤7包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种电气传动系统状态异常分析方法，通过获取轧机电气传动系统的运行数据和给定数据，分析轧机电气传动系统中各个控制回路的物理量状态，比较控制回路中的给定波形与反馈波形，达到异常分析的效果，同时本发明结合考虑控制回路给定值异常的情况，并对各个物理量的变化趋势进行判断，实现了轧机电气传动系统的异常判断。本发明能够有效反馈轧机电气传动系统的运行状态，对系统已经出现或可能出现的异常情况进行提示，以便事前采取针对性措施防止故障发生，将企业生产活动中的故障损失降到最低。

技术研发人员：张啸,陈笃超,曹鑫辉
受保护的技术使用者：天津电气科学研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13