煉鐵系統(tǒng)中西門子變頻器常見故障診斷及維修

張 毅

（承德鋼鐵集團(tuán)有限公司，河北 承德 067000）

西門子變頻器能夠以較低的能耗進(jìn)行各項工業(yè)操作，因此其在煉鐵領(lǐng)域受到極大的關(guān)注。這種變頻器之所以能夠快速變頻，是因為其內(nèi)部構(gòu)造中具備無極調(diào)速的能力，能夠在發(fā)動機(jī)工作的過程中在另一個頻道實現(xiàn)同時頻率轉(zhuǎn)換[1]。但是這種同時性的頻率轉(zhuǎn)換極易發(fā)生故障，因此想要安全高效地使用這種西門子變頻器，就需要同時掌握其故障診斷以及維修方法。我國已經(jīng)有了很多基于此類的研究，大多數(shù)都是基于收集故障信息并對其進(jìn)行歸類分析，以此診斷與維修西門子變頻器。但是這些方法通常在數(shù)據(jù)處理過程中精度不足，導(dǎo)致其在診斷時準(zhǔn)確閾值偏低，無法實現(xiàn)維修工作。因此本文對煉鐵系統(tǒng)中西門子變頻器的常見故障診斷及維修方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

1 煉鐵系統(tǒng)中西門子變頻器故障診斷方法設(shè)計

1.1 收集故障信號

想要擁有更準(zhǔn)確的診斷結(jié)果，就需要在設(shè)備故障數(shù)據(jù)的采集過程中實現(xiàn)更高的精準(zhǔn)度。收集數(shù)據(jù)需要由西門子變頻數(shù)據(jù)采集裝置的支持，將收集到的數(shù)據(jù)根據(jù)單元依次排查，然后以樣本的相似度指標(biāo)確定故障信息。故障信息的相似度指標(biāo)需要計算歐式距離：

式中，d表示歐式距離的長度單位，一般而言，d的數(shù)值越大，則歐式距離越短，d的數(shù)值越小，則歐式距離越長；n表示該類故障數(shù)據(jù)的個數(shù)；i表示故障數(shù)據(jù)的排列順序；ix表示樣本相似度在x軸上的指標(biāo)，iy表示樣本相似度在y軸上的指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上需要同時計算西門子變頻器故障單元的基礎(chǔ)數(shù)值，并按照機(jī)器學(xué)習(xí)的方法將故障振幅判定為無監(jiān)督聚類、有監(jiān)督聚類以及半監(jiān)督聚類，并依照內(nèi)部指標(biāo)衡量計算公式得到西門子變頻器發(fā)生故障時的運行振幅，完善故障數(shù)據(jù)的功能完整性[2]。此時可以k假定表示某一項數(shù)據(jù)相對于故障信息之間的相似性，則可以通過公式（2）是實現(xiàn)二者之間的關(guān)系判定。

式中，k表示二者之間的距離指標(biāo)，m表示疑似故障數(shù)據(jù)的信號，n表示已經(jīng)確定的故障數(shù)據(jù)信號。當(dāng)k小于1時，則該判定的信號為故障信號，若k大于等于1，則該信號為非故障信號。通過這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)對于故障信號的收集。

1.2 離散型故障信號特征提取

特征提取的主要目的是將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成能夠被機(jī)器識別的數(shù)據(jù)，通常需要在故障信號收集完成之后再進(jìn)行。將基于傅立葉變換的原始信號在時域與頻域之間相互轉(zhuǎn)換，能夠得到更精準(zhǔn)、更便捷的信號轉(zhuǎn)換方法[3]。設(shè)離散型傳遞函數(shù)的表達(dá)式為X，則有公式（3）。

式中，X表示離散型故障信號的傳遞函數(shù)；Ο表示該函數(shù)的復(fù)雜度定義；n表示離散型故障信號在計算過程中的映射個數(shù)[3]。通過公式（3）獲得離散型故障信號的映射關(guān)系之后，就可以直接將信號轉(zhuǎn)換為機(jī)器信號如圖1所示。

圖1 信號轉(zhuǎn)換流程

如圖1所示，將每一個故障信號依次通過以上方法轉(zhuǎn)換為能夠被機(jī)器識別的數(shù)據(jù)信號，就可以實現(xiàn)該類離散型故障信號的特征提取。

1.3 診斷數(shù)據(jù)上傳定位

將以上已經(jīng)轉(zhuǎn)換為及其信號的數(shù)據(jù)全部上傳值設(shè)備電壓以故障電流單位中，設(shè)置各個電流與電壓節(jié)點，明確信號的傳輸路徑，并時刻更新故障信號的實時狀態(tài)[4]。假設(shè)設(shè)備上傳數(shù)據(jù)的信號振幅表達(dá)式為Y則可以得到公式（4）：

式中，d表示數(shù)據(jù)從開始節(jié)點到上傳結(jié)束節(jié)點之間的距離；i表示上傳故障數(shù)據(jù)的個數(shù)；zij表示坐標(biāo)系中原始信號的投影數(shù)目；iω表示上傳后機(jī)器信號與原始信號之間的間距；a表示信號樣本的重構(gòu)型間距。經(jīng)過以上信號的上傳之后，能夠得到故障信號的濾波轉(zhuǎn)換定律，將自動化的架構(gòu)添加進(jìn)西門子變頻其故障信號上傳機(jī)制中，能夠更好地實現(xiàn)信號故障診斷工作[5]。故障數(shù)據(jù)的上傳是整個故障診斷的重要步驟，在利用該段經(jīng)歷轉(zhuǎn)換原始數(shù)據(jù)的過程中，經(jīng)過時域、頻域的特征提取，能夠得到包括均值、重心在內(nèi)的各項變換指標(biāo)。并通過故障特征的復(fù)雜度計算，反映出該段故障數(shù)據(jù)的信號處理能力。最后再通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法得到變頻信號定位偏移角度的計算公式（5）。

式中，Hi表示西門子變頻器故障信號診斷結(jié)果定位偏移的角度；α表示故障信號的上傳字節(jié)數(shù)；β表示故障數(shù)據(jù)的模糊指數(shù)；ia和ib分別表示西門子變頻器故障信號導(dǎo)向的x軸與y軸位置參數(shù)。將公式（5）輸入計算機(jī)中，就能夠自動得到常見的故障名稱及維修策略，并得到故障節(jié)點的位置。

2 煉鐵系統(tǒng)中西門子變頻器常見故障維修

以上文中得到的西門子變頻器故障診斷方法作為維修依據(jù)，可以通過軟硬件之間的端機(jī)數(shù)據(jù)連接接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸如圖2所示。

圖2 故障維修數(shù)據(jù)接口

在故障維修中，接收數(shù)據(jù)的信號需要通過變頻器的識別，并通過I/O智能化驗證，才能開始進(jìn)入適配階段。在觀察指示燈時，結(jié)合指示燈的紅、黃顏色，判斷故障部位以及故障種類[6]。然后根據(jù)維修手冊中的內(nèi)容按照規(guī)定方法進(jìn)行故障節(jié)點的驗證，以避免故障診斷失誤的情況出現(xiàn)。如果該節(jié)點確實發(fā)生故障，則可以及時根據(jù)維修方法進(jìn)行故障維修。