UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI Facultatea de Automatica si Calculatoare

-2015 - Diagnoza sistemelor tehnice

Diagnoza unui laminor de otel

Student: Nicolae-Viorel GOSTINAR

Profesor: dr. ing. Vasile CALOFIR

Cuprins:

1. Modelarea tensiunii in banda intre cajele unui laminor de otel in cadrul procesului

de laminare la rece al otelului

2. Detectia defectelor intr-un laminor cu mai multe caje consecutive:Instalare

3. Izolarea activa a defectelor

4. Concluzii

Modelarea tensiunii in banda intre cajele unui laminor de otel in cadrul procesului

de laminare la rece al otelului:

Un laminor de tabla poate fi alcatuit din una sau mai multe caje de laminare. Intr-un laminor

cu mai mult de o caja, banda de otel este procesata, simultan in toate cajele si este in tensiune

intre caje.

Procesul de laminare implica o banda de metal ce este desfasurata de pe un rulou si presata,

succesiv intre cilindrii de lucru ai cajelor laminorului si apoi infasurata din nou la iesire. Scopul

procesului este de a reduce grosimea tablei la iesirea din laminor pana la o grosime dorita.

Laminarea tablei are loc datorita presiunii exercitate de cilindrii hidraulici ce preseaza pe cilindri

de sprijin, presiune ce este trecuta prin cilindri de lucru ce actioneaza asupra benzii de otel.

Lubrifierea cajelor si a tablei laminate se face cu ajutorul unei emulsii de apa si ulei. Interactiunea

tuturor componentelor laminorului determina calitatea benzii laminate. Laminoarele cu mai multe

caje au fost dezvoltate pentru a obtine o banda cu performante ridicate de grosime si profil, cu

intarzieri de productie minime. Figura 1 ilustreaza principalele elemente ale laminorului si ale

cajelor.

De regula, un tren de laminare standard pentru obtinerea produselor laminate din otel

include cinci caje aranjate succesiv pentru a produce o reducere secventiala, in grosime a

produsului laminat.

Componentele functionale ale unui laminor sunt:

- cilindrii de lucru intre care se executa deforrmarea laminatului;

- cilindrii de sprijin sustin cilindrii de lucru pentru a reduce deformarea acestora sub forta de

laminare

- mecanismul de ajustare, a distantei dintre cilindri furnizeaza distanta dorita intre cilindri de

lucru;

- cadrul reprezinta elementele de rezistenta ale cajei, pe ele montandu-se direct sau indirect,

toate celelalte subansambluri;

- motoarele principale ale trenului de laminare furnizeaza rotatia cilindrilor de lucru cu viteza si

cuplul de laminare dorit.

Senzorii cei mai importanti pentru o desfasurare optima a procesului de laminare sunt:

Masina de grosime - furnizeaza valoarea grosirnii tablei in diferite puncte ale trenului de

laminare. In general, pentru un tren de laminare cu cinci caje se folosesc trei rnasini de

grosime: una situata la intrarea trenului, una la iesirea primei caje si o alta masina de grosime

la iesirea trenului.

Tensiometrul - furnizeaza valoarea tensiunii benzii laminate si constituie un elernent foarte

important al procesului de laminare. In orice tren de laminare exista un tensiometru la iesirea

fiecarei caje.

Traductorul de presiune - cu ajutorul acestuia se calculeaza forta de laminare in fiecare caja.

Figura 2 prezinta un tren de laminare cu cinci caje, subliniind principalele variabile

disponibile. Notatia folosita in figuri este urmatoarea:

- 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 viteza unghiulara a motoarelor;

- 0 - grosimea de intrare a benzii, 1 grosimea benzii intre cajele 1 si 2, 2 grosimea benzii

intre cajele 2 si 3, 3 grosimea benzii intre cajele 3 si 4, 4 grosirnea benzii intre cajele

4 si 5, 5 grosimea de iesire a benzii;

- 0 tensiunea de intrare, 1 tensiunea intre cajele 1 si 2, 2 tensiunea intre cajele 2 si 3, 3

tensiunea intre cajele 3 si 4, 4 tensiunea intre cajele 4 si 5, 5 tensiunea de iesire

- 0 viteza de intrare a benzii, 1 viteza benzii intre cajele 1 si 2, 2 viteza benzii intre

cajele 2 si 3, 3 viteza benzii intre cajele 3 si 4, 4 viteza benzii intre cajele 4 si 5, 5

viteza de iesire a benzii;

- 1, 2, 3, 4, 5 forta totala pentru cajele 1,2,3,4 respectiv 5;

- 1, 2, 3, 4, 5 pozitia cilindrilor de lucru pentru cajele 1,2,3,4 respectiv 5;

- 1, 2, 3, 4, 5 curentul absorbit de motorul cajei l, 2, 3, 4 respectiv 5.

Obtinerea unei ecuatii analitice din modelele analitice disponibile in teoria laminarii,

care sa dea valoarea tensiunii in banda intre caje, este foarte dificil de realizat. Tensiunea in

banda intre caje are influenta asupra fortei de laminare, raporturi de alunecare inainte, razei

deformate cat si asupra cuplului de laminare.

Detectia defectelor intr-un laminor cu mai multe caje consecutive:

S-a luat in vedere diagnoza traductoarelor de tensiune in banda si diferitele defecte ce

pot influenta aceste marimi in cazul aparitiei unei functionari necorespunzitoare. In tabelul

de mai jos sunt prezentate o serie de defecte tipice care se pot reflecta in tensiometrele unui

laminor cu mai rnulte caje consecutive. Aceste defecte influenteaza direct calitatea

produsului laminat sau determina ruperea benzii intre caje, ceea ce duce la diminuarea

productiei si cresterea cantitatii de tabla cu grosirne in afara limitelor de toleranta admise.

Set de defecte reflectate in tensiunea in banda pentru un laminor cu mai multe caje

consecutive. Defecte abrupte - A, defecte incipiente I.

Intr-o astfel de instalatie industriala se pot achizitiona diferite masuratori de la senzorii

disponibili pe baza carora se pot construi diferite modele matematice care pot fi folosite in

diagnoza. Patru astfe1de reziduuri au fost construite, corespunzator celor patru tensiometre dintr-

un laminor cu cinci caje, folosind modelele matematice a1e tensiunii in banda. Pe baza diferentei

dintre iesirile acestor modele si valorile reale ale tensiometrelor, reziduurile obtinute pot fi folosite

pentru a detecta prezenta defectelor prezentate in tabelul de mai sus.

Pentru a obtine un semnal de detectie robust, a fost considerat un prag variabil calculat in

maniera propusa. Regiunea de incredere considerata pentru modelul tensiunii este

100(1 )% cu = 103. Reziduurile si pragul variabil in prezenta unui defect precum si

semnalul de decizie a defectelor in prezenta unor defecte surprinse in date reale achizitionate de

la un laminor sunt prezentate in fig. de mai jos. Generarea unor astfel de defecte este in practica,

un lucru dificil de obtinut. Aceste defecte apar in functionare unui tandem destul de frecvent si

sunt urmate, in general, de ruperea benzii intre caje, avand drept consecinta scaderea productiei.

Tensiometrele intr-un laminor de tabla au o importanta foarte mare in procesul de laminare,

o mare parte a defecteior ce pot apare intr-un laminor se reflecta imediat in tensinnea intre caje. In

general aceste defecte influenteaza direct valoarea tensiunii in banda, si datorita sistemului de

control al tensiunii in banda care modifica pozitia cilindrilor sau viteza cajei de lucru, este

influentata forta de laminare si grosimea tablei obtinuta la iesirea cajelor.

Dupa cum se observa din rezultatele prezentate, defectele sunt detectate cu mici intarzieri

introduse de fereastra de timp folosita pentru a elirnina alarmele false. Intarzierea detectiei

defectelor se poate reduce ajustand aceasta fereastra de timp.

Robustetea pasiva in aceasta schema este obtinuta prin folosirea unui prag variabil.

Principalul dezavantaj al calculului pragului variabil folosind intervalul de incredere este

selectia regiunii de incredere care trebuie facuta empiric. Aceasta schema de detectie poate fi

folosind atat utilizand retelele neruonale cat si orice alte modele ce contin parametrii.

Izolarea activa a defectelor:

Pentru a obtine o mentenanta corespunzatoare, detectia defectelor trebuie urmata de

urrnatorul pas al diagnozei, izolarea defectelor. Izolarea corespunzatoare a defectelor insearnna

informatii corecte despre ce senzor sau element de executie a devenit inutilizabil sau ce defect a

aparut dintr-o lista de defecte. Astfel de informatii pot fi folosite in luarea deciziilor pentru a opri

propagarea efectului defectelor prin inlocuirea, sau ignorarea componentei defectate. Izolarea

defectelor poate fi folosita, deasemenea, in diferite scheme de control tolerante la defecte, in aceste

cazuri, informatia obtinuta, de la sistemul de diagnoza, este folosita pentru reconfigurarea online

a regulatorului.

Probleme curente in izolarea defectelor:

Izolarea defectelor reprezinta urmatorul pas in diagnoza defectelor, pas in cadrul caruia un

defect este semnalat dintr-un set de defecte. In general, procedura de izolare prevede un set de

reziduuri, spre deosebire de etapa de detectie, unde un singur reziduu este indeajuns.

Exista diferite metode de izolare bazate pe achizitia de cunostinte si interpretarea lor.

Aceste metode sunt impartite in metode de clasificare si metode de inferenta. Indiferent de metoda

de izolare folosita, acest pas al diagnozei necesita inforrnatii a priori despre comportamentul

sistemului in prezenta defectelor.

Se poate presupune ca defectele pot fi impartite in doua categorii: subsetul defectelor care

pot fi izolate si subsetul defectelor care nu pot fi izolate. Cel mai sinplu mod de a realiza o izolare

corespunzatoare a defectelor este de a proiecta si folosi un set de reziduuri structurate bazat pe

diferite redundante analitice. Fiecare reziduu ar trebui proiectat in asa fel incat sa fie sensibil la un

anumit defect, si insensibil la celelalte. Un astfel de set de reziduuri este numit set de reziduuri

structurate

Proiectarea acestui set se face in doi pasi. In primul pas sunt specificate relatii de

sensibilitate si inosensibilitate intre diferite defecte si reziduu. In cel de-al doilea pas sunt generate

reziduurile conform relatiilor dorite. Analiza de diagnoza este facuta determinand care reziduuri

depasesc un anumit prag. Aceasta analiza are ca rezultat un tabel de decizie booleana, izolarea

defectelor facandu-se pe baza acestui tabel.

Aplicarea diferitelor metode de diagnoza in industrie este un task dificil. Pentru a proiecta

un set de reziduuri este necesar accesul la diferite masuratori si diferite redundante analitice intre

variabilele disponibile. Introducerea unor senzori suplimentari pentru a obtine marimi redundante

este limitata in practica de costurile suplimentare generate..

In astfel de situatii, este posibila izolarea defectelor folosind un clasificator pentru a

examina trasaturile reziduurilor. O caracteristica particulara ar corespunde astfel unui defect

anume. Un dezavantaj principal al acestei metode este timpul necesar pentru izolarea defectului.

Pentru a extrage caracteristica defeciului din semnalul rezidual, sistemul trebuie sa continue sa

functioneze in starea defecta o perioada de timp nespecificata.

Schema de izolare activa a defectelor:

Schema propusa pentru izolare este prezenta in Fig de mai jos. Procedura de izolare incepe

dupa etapa de detectie.

In izolarea activa se presupune ca sistemul este stabil. Semnalul de test aplicat sistemului

poate fi unul din urmatoarele:

intrare constanta

treapta

impuls

semnal sinusoidal

Tipul semnalului de test si durata acestuia pot fi alese in functie de complexitatea sistemului.

Scopul testului este de a excita procesul pentru a extrage cat mai multa informatie.

Datele obtinute sunt prezentate unor.modele diferite ale defectelor pentru a identifica defectul ce

actioneaza asupra sistemului.

Izolarea defectelor ce se reflecta in tensiunea in banda intr-un laminor de table

Generarea defectelor prevazute in tabelul 1 este in practica un lucru dificil de obtinut.

Aceste defecte pot aparea in functionarea unui tandem si pot duce la ruperea benzii intre caje, acest

lucru ducand la scaderea productiei.

Tabelul 2 prezinta defectele considerate si modul de manifestare in practica.

Defectul 1 este relativ simplu de izolat. O sirnpla analiza a sernaalelor obtinute de la cele

doua celule de presiune ale unui tensiometru poate izola acest defect. De asemenea defectul 4 ar

putea fi izolat prin analiza fortei de laminare care oscileaza in prezenta unei portiuni de tabla,

nedecapata corespunzator. Defectul 6 poate fi izolat prin deschiderea si inchiderea sistemului de

emulsie a cajei si observarea variatiei fortei de laminare. O forta de laminare relativ constanta ar

insemna ca defectul 6 este prezent in sistem. Defectele 2 , 3 si 5 sunt detectabile dar nu pot fi

izolate din cauza faptului ca au acelasi efect asupra semnalelor disponibile. Izolarea unor

asemenea defecte necesita dezvoltarea unui simulator al unui tren de laminare pentru a putea

analiza corespunzator diferite scheme de diagnoza.

Concluzii

In aceasta lucrare a fost propusa o schema de izolare a defectelor numita izolare activa.

In industrie exista cateva restrictii care trebuie considerate in proiectarea unui sistem de

diagnoza. Pentru a obtine un set de reziduuri, este necesar accesul la diferite variabile din sistem

pentru a putea fi construite diferite relatii analitice redundante. In aplicatiile practice numarul

senzorilor si al variabilelor disponibile este intotdeauna limitat de posibilitatile fizice sau de

costurile necesare introducerii acestora.