水壓試驗機故障診斷與故障預測方法研究.pdf

1、鋼管作為一種輸送流體的管道，是國民經濟各個領域不可缺少的重要鋼材之一。根據(jù)API要求，各種不同品種和鋼級的鋼管，必須能承受相應等級的壓力，壓力試驗成為鋼管生產過程中必需的質量檢測環(huán)節(jié)，對鋼管質量檢驗起重要作用。水壓試驗機正是為檢驗鋼管的耐壓能力而設計制造的。水壓試驗機是一個集機械、液壓及電控等多方面為一體的復雜系統(tǒng)，國內大部分先進的水壓試驗設備都是從國外直接引進的，由于涉及到一些專利的保密性，使得我們對引進水壓試驗機的機理知識缺乏深入的

2、了解。液壓系統(tǒng)發(fā)生故障時，故障的診斷和排除帶有很大的技術難度，往往需要為此耗費大量的人力、財力和生產時間。此外，由于水壓試驗機是一個復雜的高壓系統(tǒng)，該類系統(tǒng)一旦發(fā)生事故，不僅會影響生產的可靠運行還可能會造成人員和財產的巨大損失。如果能夠通過對過程的在線預測，預知系統(tǒng)在未來一段時間內的故障信息，從而使操作者可以及時地進行生產決策和管理，這樣就可以預防并且減少故障所造成的損失。因此，研究切實可行的水壓試驗機故障診斷與預測方法，快速判斷故障原

3、因，對提高設備的檢驗能力及保證生產安全可靠運行有重要意義。
　　 本文以寶鋼鋼管廠1995年從德國DEMAG公司引進的3號線水壓試驗機為研究對象，在深入研究水壓試驗機工作機理的基礎上，針對該類水壓試驗機的故障特點，提出了具有一定實際應用價值的故障診斷及預測方法：
　　 1．深入研究水壓試驗機液壓系統(tǒng)機理，通過簡化水壓試驗機主液壓系統(tǒng)，分別建立增壓系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)的數(shù)學模型。在此基礎上，以AMESim作為軟件環(huán)境，建立水壓試

4、驗機主液壓系統(tǒng)仿真模型，實現(xiàn)了該液壓系統(tǒng)的故障輸出及動態(tài)性能仿真。
　　 2．針對水壓試驗機常見故障特點，提出了基于打壓波形信息的故障類別診斷專家系統(tǒng)方法，并針對其中的專家系統(tǒng)提出基于減聚類的“變焦”知識獲取方法。該方法利用減聚類算法對水壓試驗機增壓側壓力數(shù)據(jù)進行聚類分析，通過與專家進行交流，不斷調整減聚類算法參數(shù)，挖掘盡可能多的信息進行知識獲取，進而通過灰關聯(lián)分析實現(xiàn)了水壓試驗機的故障類別診斷。
　　 3．在故障類別診

5、斷的基礎上，針對水壓試驗機打壓過程的時段特性以及可以獲得大量過程變量數(shù)據(jù)的特點，提出了基于子時段遞推的多向Fisher判別分析(MFDA)方法，實現(xiàn)了液壓系統(tǒng)的故障元件診斷。為了解決應用此類方法遇到的不等長周期問題，結合水壓試驗過程的數(shù)據(jù)特性提出了子時段首部數(shù)據(jù)等長法，進一步提高了診斷精度。
　　 4．針對一些液壓元件故障具有批次間漸變的特點，提出了基于多元統(tǒng)計技術及時間序列的故障預測方法。通過建立T2及Q統(tǒng)計量的自回歸模型預測

6、下一批次統(tǒng)計量值，將所求值與控制限對比進而對漸變故障進行預測。
　　 5．描述了水壓試驗機故障診斷的實現(xiàn)方案，提出了故障診斷實現(xiàn)的體系框架并在生產現(xiàn)場實現(xiàn)部分功能。
　　 通過上述提出的方法可以構成一個完整的水壓試驗機故障診斷系統(tǒng)。首先利用專家知識快速準確地診斷出發(fā)生故障的類別，然后進一步通過多元統(tǒng)計方法診斷出發(fā)生故障的元件。在故障診斷問題的基礎上，通過漸進故障的預測方法對故障信息進行預測，從而避免故障發(fā)生，提高生產效率