（机械电子工程专业论文）轧机异常振动智能诊断技术开发与研究.pdf

摘要 摘要 钢材是国家建设中必不可少的物资，而轧机是生产钢材的主要生产设备。珠钢 板带热轧机生产线自年投产以来取得了良好的经济效益，但随着生产设备的改进以 及生产工艺的提高，工艺情况变得复杂，且随着轧制速度的提高和轧件厚度的降低， 在板带热轧机上的振动形态也变得多种多样，开始出现很多新的故障，对钢材的生 产带来了不良的影响。因此，开发研究出板带热轧机故障智能诊断系统，对有效排 除故障和及时维护板带热轧机显得必要，不仅能为社会带来经济效益，在理论上也 具有重要的意义。 本文以珠钢板带热轧机的振动为主要研究对象，首先综述了轧机振动的国内外 研究现状以及课题的来源和研究意义。接着研究了板带热轧机的振动机理，分析了 板带热轧机系统振动的类型和在轧制钢材过程中关键参数对板带热轧机振动的影 响，为轧机故障诊断专家系统的研究开发奠定了基础。 在查阅相关文献和现场调研的基础上，根据珠钢板带热轧机振动的实际情况， 确定了板带热轧机振动的测试参数，制定了振动测试方案，选定了测试仪器。对采 集的数据采用了时域分析、互谱分析、互相关分析等方法进行了研究，得出相关结 论，从机械设计、工艺参数和设备状态等方面确定了板带热轧机振动的原因，并提 出了解决措施。 在故障诊断应用方面，神经网络和专家系统是人工智能领域内两个重要的技 术。本文建立了神经网络模型，研究了b p 神经网络的算法并提出了改进方法，并 将其应用n s l 机振动故障诊断实例中，最后研究了专家系统的机器学习和推理机制 等内容，建立了基于神经网络的专家系统。 在用户需求的基础上，应用v b n e t 作为系统的开发语言完成了基于神经网络 的板带热轧机异常振动智能诊断专家系统的设计开发。通过对系统进行测试验证， 达到了预期目标。 最后是总结和展望，简要地概况了本文所完成的工作，展望了本系统今后需要 改进和完善的地方。 关键词：振动；故障诊断；测试；神经网络；推理机制；专家系统 广东工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t s t e e li st h ee s s e n t i a lm a t e r i a lf o ro u rc o u n t r y sc o n s t r u c t i n g ，a n ds t r i ph o tr o l l i n g m i l li sap r i m a r ym a n u f a c t u r i n ge q u i p m e n tt op r o d u c es t e e l t h ep r o d u c i n gl i n eo fs t r i p h o tr o l l i n gm i l lh a da c h i e v e dg o o de c o n o m i cb e n e f i t sw h e ni tw a sp u ti n t oo p e r a t i o n h o w e v e r , w i t ht h ei m p r o v e m e n to fm a n u f a c t u r i n ge q u i p m e n ta n dp r o d u c t i o np r o c e s s ， i n c r e a s ei nr o l l i n gs p e e d ，a n dl o w e ri nr o l l i n gt h i c k n e s s ，t h ep r o c e s sc o n d i t i o n sb e c a m e c o m p l i c a t e d ，t h es t r i ph o tr o l l i n gm i l lh a dav a r i e t yo fv i b r a t i o nm o d e sa n dal o to fn e w f a u l t ，b r o u g h ta d v e r s ee f f e c t st ot h es t e e lp r o d u c i n g r e s e a r c ha n dd e v e l o pai n t e l l i g e n t f a u l td i a g n o s i ss y s t e mi sn e c e s s a r yt op r e c l u d ef a u l ta n dp r o t e c tt h ep r o d u c i n gl i n e ，t h e s y s t e mn o to n l yc a nb r i n ge c o n o m i cb e n e f i t st ot h ec o m m u n i t y , b u ta l s oh a v ei m p o r t a n t s i g n i f i c a n c ei nt h e o r y f i r s to fa l l ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e si n t e r n a la n df o r e i g ns t a t eo fs t r i ph o tr o l l i n gm i l l b a s e do nt h ez h u j i a n gs t e e lc o ，l t ds t r i ph o tr o i l i n gm i l l ，a n di n t r o d u c et h es o u r c ea n d r e s e a r c hs i g n i f i c a n c eo ft h es u b je c t t h e nr e s e a r c ht h et y p eo ft h es t r i ph o tr o l l i n gm i l l s y s t e mv i b r a t i o na n dt h em e c h a n i s mo fs t r i ph o tr o l l i n gm i l l ，a n a l y z et h ee f f e c to fr o l l i n g p a r a m e t e r sf o rs t r i ph o tr o l l i n gm i l li nr o l l i n gp r o c e s s ，i ti sh e l p f u lt or e s e a r c ha n d d e v e l o pt h ef a u l td i a g n o s i se x p e r ts y s t e m a c c o r d i n gt ot h ea c t u a ls i t u a t i o no fz h u ji a n gs t r i ph o tr o l l i n gm i l l ，d e t e r m i n et h e v i b r a t i o np a r a m e t e r s ，m a k eav i b r a t i o nt e s t p l a na n ds e l e c t e dt h et e s te q u i p m e n t s a n a l y s i st h ec o l l e c t e dd a t e sw i t hs o m em e t h o d ss u c h 邪t i m ed o m a i n ，c r o s s s p e c t r a l ， c r o s s - c o r r e l a t i o n ，h a ds o m er e l e v a n tc o n c l u s i o n s ，f i n do u tt h ev i b r a t i o nr e a s o n so fs t r i p h o tr o l l i n gm i l l ，a n dg i v es o m es o l u t i o n sf r o mm e c h a n i c a ld e s i g n ，p r o c e s sp a r a m e t e r s a n dd e v i c es t a t u s i nf a u l td i a g n o s i sa p p l i c a t i o n s ，n e u r a ln e t w o r k a n de x p e r ts y s t e ma r et w oi m p o r t a n t t e c h n o l o g yi na r t i f i c i a li n t e l l i g e n c ef i e l d t h ep a p e re s t a b l i s hn e u t r a ln e t w o r km o d e l ， r e s e a r c ht h ea l g o r i t h mo fb a c kp r o p a g a t i o na n dg i v ei m p r o v e dm e t h o d f i n a l l y , d i s c u s s t h em a c h i n el e a r n i n ga n dr e a s o nt h em e c h a n i s mo f e x p e r ts y s t e m o nt h eb a s i so fu s e rn e e d s ，f i n i s h e dt h es t r i ph o tr o l l i n gm i l l sa b n o r m a lv i b r a t i o n i n t e l l i g e n td i a g n o s i se x p e r ts y s t e mw h i c hb a s eo nt h en e u t r a ln e t w o r kb yu s i n gv b n e t a b s t r a c t a st h el a n g u a g eo fs y s t e md e v e l o p m e n t a f t e rt h es y s t e m sb e i n gt e s t e da n dv e r i f i e d ，i t a c h i e v e dt h ed e s i r e d g o a l a tl a s t ，i tg e n e r a l i z e df i n i s h e dw o r ki nt h i sp a p e ra n dp r o s p e c t e dt h em o r er e q u i r e d p o i n t so ft h es y s t e m k e yw o r d s ：v i b r a t i o n ；f a u l td i a g n o s i s ；t e s t ；n e u t r a ln e t w o r k ；r e a s o n i n g m e c h a n i s m ；e x p e r ts y s t e m i i i 广东工业大学硕士学位论文 i v c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) a b s t r a c t ( e n g l i s h ) i i c h a p t e r li n t r o d u c t i o n 1 1 1t h eb a c k g r o u n do ft h es u b j e c t 1 1 2r e s e a r c hs t a t u so ft h es u b j e c ta td o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a ll e v e l 2 1 3s o u r c eo f t h es u b j e c t 5 1 4r e s e a r c hs i g n i f i c a n c eo ft h es u b j e c t 5 1 5m a i nt o p i c so ft h es u b j e c t 5 c h a p t e r 2t h e o v e r a l ld e s i g no ft h ei n t e l l i g e n td i a g n o s i ss y s t e m 7 2 1f o r e w o r d 7 2 2c o m p o s i t i o no ft h es t r i ph o tr o l l i n gm i l ls y s t e m 7 2 3t h et y p eo f t h es t r i ph o tr o l l i n gm i l ls y s t e mv i b r a t i o n 8 2 3 1t o r s i o n a lv i b r a t i o no fs t r i ph o tr o l l i n gm i l lm a i nd r i v es y s t e m 9 2 3 2v i b r a t i o no f t h es t r i ph o tr o l l i n gm i l lb a s es y s t e m 1 0 2 4c o l l e c ta n da n a l y z et h ev i b r a t i o nd a t e s 11 2 4 1t e s tp a r a m e t e r s 11 2 4 2a n a l y z et h et e s tr e s u l t s 11 2 5e s t a b l i s h m e n to f n e u t r a ln e t w o r ke x p e r ts y s t e m 1 2 2 5 1n e u t r a ln e t w o r km o d e l 1 3 2 5 2i m p r o v e m e n to f n e u t r a ln e t w o r ka l g o r i t h m 1 3 2 6d e v e l o p m e n to fd i a g n o s i ss y s t e m 14 2 6 1c o m p a n yr e q u i r e m e n t sa n a l y s i s 1 4 2 6 2s y s t e ms t r u c t u r e sa n df u n c t i o n s 1 4 2 7s u m m a r y 15 c h a p t e r 3s t r i ph o tr o l l i n gm i l lv i b r a t i o nm e c h a n i s ma n d t e s tp a r a m e t e r s 1 6 3 1f o r e w o r d 1 6 3 2i n f l u e n c ep a r a m e t e r so fs t r i ph o tr o l l i n gm i l lv i b r a t i o n 1 6 3 2 1r o l l i n gf o r c ei n f l u e n c e 16 i x 广东工业大学硕士学位论文 3 2 2r o l l i n gs p e e di n f l u e n c e l 7 3 2 3r o l l i n gt h i c k n e s si n f l u e n c e 1 7 3 2 4r o l l i n gt h i c k n e s si n f l u e n c e 1 8 3 3i n s t a n c e sa n da n a l y s i s 1 8 3 3 1s t r i ph o tr o l l i n gm i l lv i b r a t i o nf a i l u r em o d e 1 8 3 3 2c a s es u m m a r ya n a l y s i s 2 1 3 4d a t ac o l l e c t 2 1 3 4 1t e s tp a r a m e t e r sp o i n t sa n di n s t r u m e n tl a y o u t 2 1 3 4 2v i b r a t i o nt e s t ：2 2 3 4 3r o l l i n gf o r c et e s t 2 3 3 4 4m a i nd r i v es y s t e mt o r s i o n a lv i b r a t i o nt e s t 2 3 3 4 5t e s te q u i p m e n t 2 4 3 4 6d e f i n et h et e s tp r o g r a m 2 5 3 5t e s tr e s u i t sa n dr e s e a r c h 2 5 3 5 1r o l l i n gf o r c et e s tr e s u l t s 2 5 3 5 2m a i nd r i v es y s t e mt o r s i o n a lv i b r a t i o nt e s tr e s u l t s 2 7 3 6c r o s s c o r r e l a t i o na n dc r o s s s p e c t r a la n a l y s i s 31 3 6 1r e l a t i o n s h i pa n a l y s i sb a s i ct h e o r yo f v i b r a t i o ns i g n a l 3 1 3 6 2c o r r e l a t i o na n a l y s i ss u m m a r y “3 4 3 7t e m p e r a t u r ei m p a c ta n a l y s i s ”3 5 3 8v i b r a t i o na n a l y s i sa n di m p r o v e m e n t s 。3 6 3 8 1v i b r a t i o np r o c e s s 3 6 3 8 2v i b r a t i o nc a u s e s 3 6 3 8 3m e a s u r e sf o rv i b r a t i o ns u p p r e s s i o n 一3 7 3 9s u m m a r y 3 8 c h a p t e r 4r e s e a r c ho ft h es t r i ph o tr o l l i n gm i l l v i b r a t i o nn e u t r a ln e t w o r kf a u l t d i a g n o s i se x p e r ts y s t e m 3 9 4 1f o r e w o r d 3 9 4 2t h ec o m b i n a t i o no f n e u t r a ln e t w o r ka n de x p e r ts y s t e m 3 9 4 3t h es t r u c t u r ea n dd e v e l o p m e n tm e t h o d o l o g yo fn e u t r a ln e t w o r ke x p e r ts y s t e m 4 0 y c o n t e n t s 4 3 1t h es t r u c t u r eo fn e u t r a ln e t w o r ke x p e r ts y s t e m 4 0 4 3 2d e v e l o p m e n tm e t h o d o l o g yo f n e u t r a ln e t w o r ke x p e r ts y s t e m 4 1 4 4r e s e a r c ho fn e u t r a ln e t w o r ke x p e r ts y s t e mt e c h n o l o g ya n dm e t h o d s 4 2 4 4 1n e u t r a ln e t w o r kd e s i g n 4 2 4 4 2n e u t r a ln e t w o r km o d e lo fr o l l i n gm i l la b n o r m a lv i b r a t i o n 4 6 4 4 3n e u t r a ln e t w o r ke x p e as y s t e mk n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o na n da c q u i s i t i o n 51 4 4 4n e u t r a ln e t w o r k b a s e dr e a s o n i n g 5 3 4 5s u m m a r y 5 5 c h a p t e r 5d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fd i a g n o s i ss y s t e m 5 6 5 1s y s t e mr e q u i r e m e n ta n a l y s i s 5 6 1 ；1 1s y s t e mf u n c t i o n sr e q u i r e m e n ta n a l y s i s 5 6 ：；1 2s o f t w a r ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t 5 7 5 2t h ed e s i g no f s y s t e mm a i nf u n c t i o n a lm o d u l e s ：5 8 5 2 1t h em a i ni n t e r f a c ed e s i g n 5 8 5 2 2u s e rm a n a g e m e n tm o d u l e 5 9 5 2 3f a u l td a t a b a s em a n a g e m e n tm o d u l e 6 0 5 2 4m a c h i n el e a r n i n gm a n a g e m e n tm o d u l e 6 1 5 3s y s t e mf a u l td i a g n o s i sm a n a g e m e n tm o d u l e ：6 1 5 3 1s y s t e mf a u l td i a g n o s i sm a n a g e m e n tm o d u l e 6 2 5 4s u m m a r y 6 4 c o n c l u s i o na n dp r o s p e c t s 6 5 r e f e r e n c e s 6 7 p u b l i s h e dp a p e r d u r i n gc a n d i a d e t ef o rm a s t e r 7 0 d e c l a r a t i o n 7 1 a c k n o w l e d g e m e n t 7 3 x i 第一章绪论 1 1 本课题研究背景 第一章绪论 钢铁工业是非常重要的基础工业部门，是发展国民经济与国防建设的物质基 础。衡量一个国家工业化的标准之一就是冶金工业的水平，而轧钢机是生产钢材的 主要设备，大多数的钢都是经过轧制成材的。然而，在钢材轧机生产过程中将会不 可避免地出现轧机振动问题，由于轧机系统中存在多种形式的振动现象，并且其各 自振动特点和发生原因都互不相同，使轧机的振动问题成为世界范围内的技术难题。 随着科学技术和生产技术的不断发展，生产设备规模逐渐扩大、产品品种结构 变得多元化，生产技术和工艺过程日趋复杂，也发现轧机存在各种新的振动问题。 但经国内外众多专家和学者研究发现，轧机最普遍的振动主要有轧机主传动系统的 扭振和机架系统的垂直振动。轧机异常的振动将带来严重的危害：导致板带热轧机 主要传动零部件( 机件) 疲劳，影响其使用寿命；造成轧件质量下降，影响企业的 经济效益以及企业的竞争力；给设备的安全生产带来隐患；造成生产环境的变坏， 影响有关工作人员的健康。 由于轧钢设备的传动链长，工艺情况复杂，且随着轧制速度的提高和轧件厚度 的降低，在板带热轧机上的振动形态也显得多种多样。国内外学者对板带热轧机振 动形态也做过很多研究，对于轧机振动的研究取得了很多的成果，但对不同的轧机 或轧制环境，轧机振动无论从外在形态上还是内部机理上均有很大差异，因此应针 对不同的振动采用相适应的研究方法，取得最优的解决方案，具有重大意义。 近年来，随着计算机软硬件技术水平的提高，一些新的技术已经或正在逐步应 用到实际生产乜1 。这些技术与高速发展的计算机网络技术以及控制技术相结合，从 建立模型到实际生产运用，在不断地完善和优化。结合现代高新技术对轧机异常振 动问题进行研究是目前解决轧机振动问题的方法之一，轧机故障智能诊断专家系统 成为人们在轧钢行业研究的热点之一，由于轧机振动的特殊性，对轧机振动研究尤 为重要。研究轧机振动的机理，根据振动发生的原因提出解决措施，进而开发研究 出轧机智能诊断与维护系统，对有效排除故障的措施和及时维护轧机显得必要，不 仅能为社会带来经济效益，在理论上也具有重要的意义，是一项有意义的工作。 广东工业大学硕士学位论文 1 2 轧机振动的国内外研究现状 轧机存在的振动形式有很多种，其中主传动系统的扭振和主机架系统的垂直振 动是最主要的两种形式，由于轧机振动而引起的设备事故和对产品质量造成影响的 现象在国内外普遍存在，有时表现得十分严重。日本干叶厂的一台轧机颤振最严重 发生在总轧制压下量为9 4 以上的重载轧制条件下，轧制速度为8 0 0 m m i n ，名义厚 度为0 1 6 m m 的薄带钢实际厚度在o 1 2 o 2 1 m m 的范围内波动，即产品厚差为 2 5 ，常造成废品、断带，降低了轧机的生产口】。我国某厂1 1 5 0 初轧机主马达升高 片由于振动断了4 0 0 多片，最后只好更换电机，导致停产4 0 多天，造成很大的经济 损失。 随着轧制设备的大型、高速、连续和自动化，初轧坯的质量不断加重，轧制速 度也不断提高。由于板型控制，液压a g c ，可控硅控制和晶体管化以及晶闸管变频 一交流电机调速等大量新技术的采用，使得轧机振动出现了许多新问题。我国某铝 加工厂进口的铝板轧机曾因振动产生大量的板面振痕，严重影响了产品质量h 1 。 随着轧制工艺的更新，计算机技术的发展，测试手段以及检测仪表的进步，振 动理论研究的深入，轧制振动的研究进入了新的阶段。以下简要综述国内外的研究 现状。 美国伯利恒钢铁公司在1 9 世纪6 0 年代对所属3 台轧机进行了现场测试和理论 分析。研究表明，轧机振动有时存在共振现象1 。当轧机传动系统的频率和电机升 高片的自振频率相耦合时，升高片将发生剧烈的共振，使升高片过早断裂。 1 9 世纪7 0 年代中期，加拿大钢铁公司由于连年设备事故频繁，影响正常工作， 在轧机动态性能的研究方面投入了较大精力，以改进轧机的设计工作，建立了机、 电系统动力学的数学模型，并通过应用计算机仿真技术求得轧机瞬态和稳态的动力 学特性，推导出了轧机咬钢时的动态扭矩数学模型】。 加拿大s 克里奇利等对高速连续式轧钢机的振动进行了专门的研究，他们把研 究的重点放在第四机架，认为振动的原因集中在$ l s j j 速度、轧制制度和润滑情况构 成的特定辊缝，由于辊缝的不稳定导致了轧机的振动n 1 。 美国钢铁公司研究室主任工程师w l r o b e r t s 曾经研究了该公司下属各厂冷连 轧机的颤振问题，发表了两篇著名的论文，分别论述了冷连轧机的第三倍频程和第 五倍频程的颤振问题。他认为除轧机安装、不正确磨辊及轴承缺陷等机械原因可以 2 第一章绪论 激起轧机颤振外，还有入口张力过大，润滑不良等情况也可以激起轧机的颤振阳1 。 e f r a i nu b i e i 等人针对希德拉尔轧钢厂的f 2 机架在轧制薄且窄产品时发生严重 的颤振现象，对使用设备进行了现场测试，进行了有限元分析，得出的结论是：颤 振是轧制过程中出现的一种特殊的自激振动，是由设备的动力学结构与轧制过程本 身的相互作用造成的；可行的解决方案是润滑* l * j j 、调整主轴的频率、减小可移动 部件的间隙。通过采取这些措施，明显改善了希德拉尔轧钢厂f 2 机架颤振现象阳1 。 国内众多专家和学者对轧机振动进行了深入的研究n0 u 1 。宝山钢铁公司和北京 科技大学的邹家祥等人针对宝钢冷轧厂2 0 3 0 m m 带钢冷连轧机的剧烈振动问题进行 了研究，分析了其振动机理，认为轧机振动发生的条件与辊缝摩擦和机座的固有特 性有紧密联系。对于已投入使用的轧机，不能方便而有效地改变其固有特性，控制 辊缝摩擦状态成为抑制轧机系统垂直自激振动的主要方法。 王芳，董宏通过对国内外各种类型轧机在高速* l * f j 薄板带时存在的垂直振动问 题进行了分析和总结，分析了轧机产生垂直振动的机理和引起轧机振动的主要因素， 并提出了有效控制轧机垂直振动的措施。 武汉钢铁公司与武汉科技大学合作研究了武汉钢铁公司的1 7 0 0 m m 冷连轧机 组，针对运转过程中轧机主传动系统的弧形接轴发生剧烈的振动问题开展了研究工 作，得出正确的结论并提出有效的建议和措施。 范小彬等针对某c s p 生产线f 3 轧机在轧制薄规格集装箱板时出现的严重振动 问题，测试了主传动系统扭振、机座轧辊振动等参数，经过分析找出主要振因，并 找出解决方法n 幻。 传统的轧制理论曾经在轧制技术的发展中起到了积极的作用，但是它已经满足 不了现代轧制技术发展的需要。用户日益提高的要求和市场越来越激烈的竞争促使 人们去寻求新的更有效的方法来解决所面临的技术难题n 副。8 0 年代后期，故障诊断 技术发展迅猛，并迅速引入到了钢铁行业，在轧机振动信号检测与处理、故障识别 和预报等方面，从理论、技术方法到测试手段不断的变得完善n 4 1 6 1 。日本新日铁公 司从1 9 7 0 年开始研究轧机故障诊断技术，1 9 7 7 年检测诊断了初轧牌坊、万向接轴 等重要部件的故障。当前，对机械设备故障诊断预报技术的研究变得十分活跃，正 在进一步研究准确而有效的诊断技术，建立良好的专家系统，以求实现诊断系统的 智能化。 广东工业大学硕士学位论文 自从麦克卢斯创立了神经元模型，奠定了人工神经网络理论的基础以来，神经 网络的研究方法在世界范围内掀起了新的高潮，它的自学习、自适应能力在许多领 域得到了广泛地应用。而将神经网络用于建造专家系统也有获得了一定的经验。 对于智能诊断专家系统的研究，国内外都进行的很积极n 刀。国外，美国对这方 面的研究一直处于国际领先地位，哈佛大学、麻省理工学院等著名大学在理论和实 践上都取得了很高的成就。一些比较著名的监测仪器公司也陆续推出了它们的产品， 其中c s i 公司推出的n s p e e t ri i 是一套全自动的在线监测专家系统，知识推理方式 采用的是正向推理，知识库采用的是逻辑树结构形式，可以对汽轮机、电动机等复 杂设备的故障进行分析，该系统具有自动化程度高、诊断功能强、分析速度快和扩 充性好等优点，它能够对旋转机械的六十多种故障给出诊断结果，具有很好的精确 性和实用性。然而，具体到轧机的专家系统还是比较少，英国的专家开发了一套应 用于轧机的专家系统，该专家系统具有友好地接受和修改规则与知识的接口，主要 用于板带质量的管理和传感器的确认。 国内，许多大学和科研单位对智能振动专家系统的研究也很多h 引。目前的研究 主要集中在旋转机械专家系统上，例如：哈工大从8 0 年代初开始对故障诊断进行研 究，最终研发出了一些诊断系统并将它们应用于实践，且取得良好的效果；华中科 技大学开发过一套针对轧机的监测系统，在宝钢的f 2 机架上使用过，从底层的数 据采集、状态监测和数据分析到上层的基于i m c m e t 的状态查询都进行了有益的探 索。该专家系统主要侧重在网络的搭建、信号采集分析等功能上，在诊断专家系统 方面研究不太多，主要是提供一个开发式诊断专家系统的框架，完成对设备故障性 质、位置和程度的诊断，功能集中在数据查询和诊断推理方面，该系统选取的研究 对象是f 2 机架，比较有局限性；其它大学和科研机构也在不同领域对专家系统进 行了大量研究。总而言之，近几十年来，我国在专家系统的研究和开发应用方面取 得了很大的成绩，各类专家系统的实际应用都具有较高的水平。 虽然众多学者针对轧机振动做了很多的研究工作，也取得了大量的成果。但由 于轧机振动问题十分复杂，有“幽灵振动”之称，目前轧机振动问题还没有完全解 决。随着轧机设备的大型、高速、连续和自动化，大量新技术被采用，使轧机振动 出现了许多复杂的新问题。因此，需要利用现代计算机技术，采用新方法、新技术 进一步研究轧机振动出现的新问题。 4 第一章绪论 1 3 课题来源 本课题来源于2 0 0 9 年广东省重点攻关项目板带热轧机异常振动测试和c a e 仿真的一部分。某公司在二十世纪末引进德国西马克公司的板带热轧机生产线，自 投产以来取得较高的产量，取得良好的经济效益。板带热轧机是板带热轧机设备的 重要组成部件，随着设备的大型、高速、连续和自动化，板带热轧机设备特别是f 3 机架在轧制2 o m m 以下薄板坯是出现了异常振动，严重影响了产品的正常生产，在这 种情况下有必要对板带热轧机的异常振动进行分析研究，研究出抑制振动的措施， 开发出板带热轧机异常振动智能诊断专家系统。 1 4 课题研究意义 板带热轧机振动是影响车l s j j 产品质量的一个重要因素，随着生产技术以及科学 技术的发展，用户对钢板的质量要求越来越高，因此研究和解决板带热轧机的异常 问题显得日益迫切。 对板带热轧机异常振动的研究具有如下意义：有利于找出板带热轧机异常振动 的振源，采取有效措施减小或消除振动；有利于提高产品质量，保证设备安全，提 高经济效益；有利于改善工厂生产环境。 本课题通过研究板带热轧机振动的机理，深入了解板带热轧机振动的产生原因 和症状，为有效地预测和抑制轧机振动提供科学的方法和措施，为板带热轧机振动 的难题提供一些理论和实践研究。终上所述，本课题的研究对促进轧机状态监测和 振动故障诊断专家系统的发展具有一定的理论意义，同时将研究出的故障诊断专家 系统应用于实际生产中，使其具有重要的使用价值。 1 5 本课题的研究内容 本课题的主要研究内容是针对板带热轧机的异常振动，研究和开发出一套板带 热轧机异常振动智能诊断专家系统，能够准确地完成轧机异常振动的故障诊断，主 要研究内容如下： 1 对板带热轧机振动的相关理论进行探讨和研究，分析影响板带热轧机异常振 动的因素。 2 根据现场实际情况制定测试方案，对振动数据进行采集，进而进行分析，根 5 广东工业大学硕士学位论文 据分析结果提出合理的抑制板带热轧机异常振动的措施。 3 研究神经网络算法，搭建神经网络模型，研究专家系统的知识表示和推理机 制，建立专家系统，最后建立基于神经网络的故障智能诊断专家系统。 4 结合v i s u a lb a s i c n e t2 0 0 5 和s q ls e r v e r2 0 0 5 ，对板带热轧机异常振动智能 诊断专家系统进行开发，并用诊断实例对专家系统进行验证。 6 第二章板带热轧机异常振动智能诊断系统的整体设计 第二章板带热轧机异常振动智能诊断系统的整体设计 2 1 概述 板带热轧机异常振动智能诊断系统是对某公司薄板坯连铸连轧生产设备运行时 的各种特征参数进行监测以及获取，根据这些参数来盘点设备的运行状态，确定异 常振动发生的位置，分析故障发生的原因，再由故障诊断专家系统给出合理的解决 故障的建议措施。本章针对板带热轧机异常振动智能诊断系统的结构和功能进行整 体论述。 2 2 板带热轧机系统构成 某公司，在二十世纪末从德国西马克公司引进第一条薄板坯连铸连轧技术生产 线，拥有当时世界上钢铁工业成熟的高新技术设备，年产量超过1 0 0 万吨。 生产线如图2 - 1 所示，其中板带热轧机组由六架四辊精轧机组成，都配有工作 弯辊系统( w r b ) 、液压压下系统( h g c ) 、串辊系统( c v c ) 、带钢厚度自动控 制系统( a g c ) 等，并由3 级计算机系统实现逻辑控制、过程优化控制、顺序控制、 生产控制和质量控制等多层次高智能化的自动控制方式