一種中間包鋼水控流裝置的自動測試系統和方法與流程

本發明屬于煉鋼連鑄生產工藝中的設備監控領域，涉及一種中間包鋼水控流裝置的自動測試系統和方法。

背景技術：

在煉鋼連鑄生產中，中間包鋼水控流裝置是十分關鍵的設備，它安裝在中間包底部，用于對注入結晶器的鋼水流量進行調節和控制，使連鑄在一定的拉坯速度條件下，保持鋼水在結晶器內的液位穩定。連鑄的結晶器鋼水液面穩定性對連鑄的鑄坯產品質量非常重要，一旦結晶器內鋼水液面發生異常波動或失控，不僅將會導致鑄坯夾渣等質量缺陷，而且還會造成澆鑄中斷、漏鋼、溢鋼等生產事故。因此，中間包鋼水控流裝置的設備狀態和動作性能對結晶器鋼水液面的穩定性至關重要。

如圖1所示，中間包鋼水控流裝置主要由中間包水口的控流機構12和驅動裝置11組成，同開度控制模塊13一起構成現有的中間包鋼水控流系統。其中，控流機構12一般采用塞棒機構或者滑板機構，塞棒機構是通過塞棒的垂直升降運動，調節塞棒口與中間包底部水口開口度，來控制中間包鋼水流出量；滑板機構是通過滑板水平運動，調節動滑板與靜滑板之間的開口度，來控制中間包鋼水流出量。驅動裝置11則由電液伺服裝置或者電動伺服裝置組成，用于精確驅動控流機構12，從而調節水口開度變化；開度控制模塊13的輸入端接收結晶器 鋼水液位控制系統(未圖示)送來的開度設定信號，和來自控流裝置的開度檢測信號一起，對水口控流機構的開度進行閉環控制調節。

為了避免在鋼水澆鑄時產生異常事故，中間包控流裝置每次在上線后或者澆鑄前，都要進行動作測試檢查和確認。例如，在電液伺服裝置作為驅動裝置11時，需要通過測試來測量以下測試指標是否滿足標準，例如正向驅動速度、反向驅動速度、正向最大驅動力、反向最大驅動力、伺服零位偏差。若以上指標不在標準范圍，則需要對驅動裝置11進行維護調整。目前，這一作業主要通過操作人員在現場進行手動操作、人工目測、人工記錄的方式來完成。現有的測試方式存在以下幾個問題：

1)人工測試費時費力，效率低；

2)受個人操作因素影響大，容易漏測和誤測，并無法追溯；

3)測試結果難量化，影響對設備狀態和性能的準確分析和評估；

4)無法及時對中間包控流裝置的性能劣化及時進行調整和修正。

然而現有技術中并未提供一種測試裝置和測試方法來對中間包鋼水控流系統進行自動的測試。

技術實現要素：

本發明旨在解決上述技術問題，提供一種中間包鋼水控流裝置的自動測試系統以及測試方法，取代人工測試。

本發明提供一種中間包鋼水控流裝置的自動測試系統，包括用于控制中間包水口的控流機構、以及對所述控流機構進行驅動的驅動裝 置，還包括：測試子系統、分析子系統以及工業以太網，所述測試子系統與所述分析子系統通過工業以太網進行數據通信，其中，所述測試子系統包括開度控制模塊、測試控制模塊和檢測模塊，所述開度控制模塊的輸出端與所述驅動裝置相連接，用于對所述驅動裝置進行控制和調節，所述測試控制模塊的輸出端與所述開度控制模塊相連接，用于向所述開度控制模塊傳送激勵信號，所述檢測模塊與所述驅動裝置相連接，用于檢測所述驅動裝置的驅動位移信號和驅動力信號，所述開度控制模塊、所述測試控制模塊以及所述檢測模塊均連接至所述工業以太網，用于數據通信；

所述分析子系統具備數據采集模塊、數據分析模塊和操作監視模塊，所述數據采集模塊連接至所述工業以太網，所述數據采集模塊用于數據采集和數據通信；所述數據分析模塊與所述數據采集模塊相連接，用于存儲運算規則、指標判定規則和參數調整規則，以及用于將所述數據采集模塊所發送的各項數據進行分析比較和參數調整，并將調整后的數據發送至所述數據采集模塊；所述操作監視模塊分別與所述數據采集模塊、所述數據分析模塊相連接，用于人工輸入測試參數和標準規則，并顯示測試過程和測試結果以及報警。

優選的，所述測試控制模塊包括：

用于產生階躍激勵信號的階躍信號發生器，用于產生斜坡激勵信號的斜坡信號發生器以及用于產生正弦波激勵信號的正弦波信號發生器，還包括第一測試通道和第二測試通道，其中所述第一測試通道的輸入端和所述第二測試通道的輸入端均通過第一三向選擇開關連接到所述階躍信號發生器的輸出端、所述斜坡信號發生器的輸出端以及所述正弦波信號發生器的輸出端之一，所述第一測試通道的輸出端通過 第二雙向選擇開關與所述開度控制模塊的輸入端相連接；所述第二測試通道的輸出端通過第三雙向選擇開關與所述開動控制模塊的輸出端相連接。

優選的，所述數據分析模塊包括數據庫和運算單元，所述數據庫用于存放運算規則、指標標準值(范圍)和參數調整規則，所述運算處理單元根據所述數據庫中所存放的所述運算規則、指標標準值和參數調整規則進行運算。

優選的，所述操作監視模塊具備顯示器、輸入裝置和報警裝置。

本發明還涉及一種中間包鋼水控流裝置的自動測試方法，上述中間包鋼水控流裝置的自動測試系統，包括以下步驟：

步驟1、用戶通過所述操作監視模塊設定測試參數，測試參數類型如表1所示；

具體的，其特征在于，所述測試參數包括：測試類型，負載類型、激勵信號類型以及激勵信號的參數，其中所述測試類型包括開環測試和閉環測試，所述負載類型包括負載和空載，所述激勵信號類型包括階躍信號、斜坡信號以及正弦波信號，表1是測試參數的具體內容。

表1測試參數

步驟2、所述分析子系統通過工業以太網將所述測試參數傳輸給所述測試控制模塊，所述測試控制模塊根據所述測試參數，控制相應的激勵信號通過所對應的測試通道的輸出至所述開度控制模塊，進行測試，所述檢測模塊檢測和采集所述驅動機構的被測數據，并通過所述工業以太網將被測數據發送至所述數據采集模塊；

步驟3、所述數據分析模塊讀取所述數據采集模塊中的所述被測數據，并根據所述數據庫中存放的參數標準和運算規則，對所述被測數據進行運算分析，生成測試指標，并顯示在所述操作監視模塊上，并將所述測試指標與所述數據庫中的標準值進行比較，若所述被測測試指標超過所述標準值，則，所述數據分析模塊對所述操作監視模塊輸出報警信號，所述操作監視模塊進行報警。具體的，各項測試指標以及各項指標的確定規則由表2所示。

表2各項測試指標以及各項指標的確定規則

具體的，其特征在于，步驟2具體包括以下步驟：

步驟2.1，所述數據采集模塊獲取所述操作監視模塊中所輸入的測試參數；

步驟2.2，所述數據采集模塊將所述測試參數通過所述工業以太網傳送給所述測試控制模塊；

步驟2.3，所述測試控制模塊根據所述激勵信號的類型，將所述第一三向選擇開關連接至所對應的信號發生器；所述測試控制模塊根據所述測試類型，選擇對應的測試通道，若為開環測試，則接通所述第二測試通道，若為閉環測試，則接通所述第一測試通道；

步驟2.4，所述測試控制模塊根據所述測試參數產生相應的激勵信號，并通過所對應的測試通道傳送至所述開度控制模塊，所述開度控制模塊接受到所述激勵信號后，對所述控流機構驅動裝置進行控制；

步驟2.5，所述檢測模塊檢測和采集所述控流機構驅動裝置的被測數據，并通過所述工業以太網將被測數據發送至所述數據采集模塊；

步驟2.5，測試結束后，所述測試控制模塊斷開所述測試通道，并將所述開度控制模塊復位。

優選的，步驟3還包括以下步驟：

步驟3.1，所述數據分析模塊的所述運算單元讀取所述數據采集模塊中的所述被測數據，并同時讀取所述數據庫中的所述運算規則；

步驟3.2，所述數據運算模塊根據所述測試指標的運算規則，生成各項測試指標，并顯示在所述操作監視模塊上；

步驟3.3，所述運算模塊讀取所述數據庫中的指標標準值，并將所述測試指標與所述指標標準值進行比較，若所述被測測試指標超過所述標準值，所述數據分析模塊對所述操作監視模塊輸出報警信號，所述操作監視模塊進行報警。

優選的，在所述步驟3之后還包括自動修正步驟，若所述被測測試指標超過所述標準值，則所述數據分析模塊根據存儲在所述數據庫 中的調整規則生成修正參數，該修正參數用于影響所述測試指標，隨后所述數據分析模塊將調整后的修正參數傳送給所述數據采集模塊，所述數據采集模塊通過所述工業以太網將所述調整后的修正參數發送給所述開度控制模塊，從而控制所述開度控制模塊按調整后的修正參數對所述控流機構進行控制。其中調整規則是指儲存在數據庫中的修正參數和所述被測測試指標之間的某種調整關系，例如，被測測試指標為伺服零位偏差值，通過修正參數A對開度控制模塊的輸出量進行補償，可以修正伺服零位偏差指標，其調整規則為，修正參數A取伺服零位偏差值的相反數，即調整后的修正參數A＝-伺服零位偏差值。

本發明提供了一套完善的中間包鋼水控流裝置的自動測試系統和方法，用于取代現有技術中的人工測試，本發明具有自動化程度高、測試指標全面、可自動實現性能調整的特點，可以同時快速獲取多個中間包鋼水控流裝置的靜態和動態性能，提高了測試效率和測試精度，避免了人工測試存在的漏測、誤測、難以追溯等問題，提升了對中間包鋼水控流裝置的狀態監測水平，提高了控流系統的穩定性。

附圖說明

圖1為現有中間包鋼水控流裝置的結構圖；

圖2為本發明的中間包鋼水控流裝置的自動測試系統的結構圖；

圖3為測試控制模塊的結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明的中間包鋼水控流裝置的自動測試系統和方法作進一步的詳細描述，但不作為對本發明的限定。

圖2為本發明的中間包鋼水控流裝置的自動測試系統的結構圖，如圖2所示，發明的中間包鋼水控流裝置的自動測試系統包括用于控制中間包水口的控流機構12，驅動裝置11與控流機構12相連接，對控流機構12進行驅動。

還包括測試子系統1、分析子系統3以及工業以太網2，測試子系統1與分析子系統3通過工業以太網2進行數據通信。

其中，測試子系統1包括開度控制模塊13、測試控制模塊14和檢測模塊15。開度控制模塊13的輸出端與驅動裝置11相連接，用于對驅動裝置進行控制和調節，該調節為閉環調節。測試控制模塊14的輸出端與開度控制模塊13相連接，本發明中測試分為開環測試和閉環測試，在開環測試的情況下，測試控制模塊14的輸出端與開度控制模塊13的輸出端相連接，在閉環測試的情況下，測試控制模塊14的輸出端與開度控制模塊13的輸入端相連接。

具體連接方式如圖3所示，測試控制模塊14包括用于產生階躍激勵信號的階躍信號發生器141，用于產生斜坡激勵信號的斜坡信號發生器142以及用于產生正弦波激勵信號的正弦波信號發生器143，三種信號發生器并列設置，其輸出端的引腳通過第一三向選擇開關K1選擇連接。

另外還包括第一測試通道和第二測試通道，分別對應閉環測試和開環測試。其中第一測試通道的輸入端和第二測試通道的輸入端均通過第一三向選擇開關K1連接三個信號發生器141～143的輸出端之一，第一測試通道的輸出端通過第二雙向選擇開關K2與開度控制模塊13 的輸入端相連接，因此激勵信號從開度控制模塊13的輸入端進入，從而進行閉環測試；第二測試通道的輸出端通過第三雙向選擇開關K3與開動控制模塊的輸出端相連接，因此激勵信號從開度控制模塊13的輸出端直接控制驅動裝置，從而進行開環測試。

檢測模塊15與驅動裝置11相連接，用于在測試中檢測驅動裝置的驅動位移信號和驅動力信號。另外，開度控制模塊13、測試控制模塊14以及測試模塊15均連接至工業以太網2，用于與分析子系統3之間進行數據通信；

分析子系統3主要執行測試中的數據分析和報警工作，具備數據采集模塊31、數據分析模塊32和操作監視模塊33。

具體的，數據采集模塊31連接至工業以太網2，用于數據采集和數據通信，包括采集檢測模塊15獲取的被測數據，以及發送數據分析模塊32進行調整后的修正參數。數據分析模塊32與數據采集模塊31相連接，本實施方式中，數據分析模塊32包括數據庫和運算單元，數據庫用于存放運算規則、指標判定規則和參數調整規則，運算處理單元根據數據庫中所存放的運算規則、指標判定規則和參數調整規則進行運算。操作監視模塊33分別與數據采集模塊31、數據分析模塊32相連接，具備顯示器、輸入裝置和報警裝置，用于人工輸入測試參數和標準規則，并顯示測試過程和測試結果以及報警。

另外，本發明還涉及一種中間包鋼水控流裝置的自動測試方法，基于上述中間包鋼水控流裝置的自動測試系統，包括以下步驟：

步驟1、用戶通過操作監視模塊32設定測試參數，用戶可以從操作監視模塊的輸入設備(如鍵盤)輸入如表1所述的測試參數，本實施方式中所輸入的測試參數如表3；

表3本實施方式中所輸入的測試參數

步驟2、分析子系統3通過工業以太網將測試參數傳輸給測試控制模塊14，測試控制模塊14根據測試參數，將第一三向選擇開關K1選擇到階躍信號發生器141，同時將測試控制模塊14的輸出端通過第三雙向K3與開度控制模塊13的輸出端相連接后，開始輸出激勵信號，進行測試。測試過程中，檢測模塊檢測14采集驅動機構的被測數據，并通過工業以太網2將被測數據發送至數據采集模塊31。

具體步驟如下：

步驟2.1，數據采集模塊31獲取操作監視模塊33中所輸入的測試參數；

步驟2.2，數據采集模塊31將測試參數通過工業以太網2傳送給測試控制模塊14；

步驟2.3，測試控制模塊14根據測試參數，將第一三向選擇開關K1選擇到階躍信號發生器141，同時將測試控制模塊14的輸出端通過第三雙向選擇開關K3與開度控制模塊13的輸出端相連接；

步驟2.4，測試控制模塊14根據測試參數中階躍信號參數的初始值0％，控制產生0幅值的的激勵信號，接受到激勵信號后，對驅動機構進行控制；由于是開環測試，此時驅動機構11的伺服閥閥芯回到0位，隨后，根據預設的初始化時間10s后，測試控制模塊將階躍信號發生器141所產生的階躍信號變為30％的階躍量輸出；

步驟2.5，檢測模塊15檢測和采集驅動機構的被測數據，并通過工業以太網2將被測數據發送至數據采集模塊31；

步驟2.5，由于預設的測試時間為30s，因此測試結束后，測試控制模塊斷開測試通道，并將開度控制模塊復位，停止輸出激勵信號，并使得選擇開關K1～K3均復位。

步驟3、分析子系統3根據所獲取的被測數據進行分析、運算以及報警，具體的如下所述：

步驟3.1，數據分析模塊32的運算單元讀取數據采集模塊31中的所述被測數據，并同時讀取數據庫中的運算規則，運算規則為表2中“各項測試指標的確定規則”一列所示；

步驟3.2，數據分析模塊32根據測試指標的運算規則，生成各項測試指標，并顯示在操作監視模塊33上，在本實施方式中，所生成的 測試指標如表四，最后一列標準范圍為儲存在數據庫中的指標標準值(范圍)；

表四本實施方式中所生成的測試指標

步驟3.3，運算模塊讀取數據庫中的指標標準值即為表四中的標準范圍，并將測試指標與指標標準值進行比較，若測試指標超出指標標準值范圍，數據分析模塊32對操作監視模塊33輸出報警信號，操作監視模塊33進行報警，本測試實例中，預定的負載類型為帶滑板機構，即驅動油缸與滑板機構已經連接上，通過與負載條件下的指標標準范圍進行比較，數據分析模塊發現伺服零位偏差指標超出了標準范圍(標準范圍為-2％～+2％)，數據分析模塊32對操作監視模塊33發送報警信息，在操作監視模塊33的監視終端上顯示指標異常報警，提示對應的中間包鋼水控流裝置的伺服閥閥芯存在著過大的零位偏移，需要進行及時調整維護。

另外，在本發明中，在步驟3之后還包括自動修正步驟，若被測測試指標超過標準值(如本實施方式中的“伺服零位偏差”)，則數據分析模塊32根據存儲在數據庫中的調整規則，對影響測試指標的修正參數進行調整，數據分析模塊32將調整后的修正參數傳送給數據采集模塊31，數據采集模31塊通過工業以太網將所述調整后的修正參數發 送給開度控制模塊13，從而控制開度控制模塊13按調整后的修正參數對驅動機構11進行控制，進而控制控流機構12。

其中調整規則為儲存在數據庫中的修正參數和所述被測測試指標之間的某種調整關系，例如，本實施方式在數據庫中儲存有對伺服零位偏差值超標的調整規則，該調整規則包括：通過修正參數A對開度控制模塊的輸出量進行補償；修正參數A為伺服零位偏差值的相反數，調整后的修正參數A＝-伺服零位偏差值，且該參數A限定的可調范圍為±10％；因此，由于該中間包鋼水控流裝置的伺服零位偏差指標已超標，并且調整后的參數A未超出限定的可調范圍，故滿足參數自調整條件，分析子系統3通過所述數據分析模塊32將調整后的修正參數A傳送給所述數據采集模塊31，然后再通過工業以太網2發送至開度控制模塊13，用該修正參數A對開度控制模塊13的輸出量進行補償，調整后的開度控制模塊的輸出量＝調整前的開度控制模塊的輸出量+修正參數A＝調整前的開度控制模塊的輸出量+(-5.05％)。

作為該調整后的結果，經過對該中間包鋼水控流系統開度控制模塊的輸出量進行調整后，再次測試的結果顯示該中間包鋼水控流裝置的性能已經恢復到正常范圍，達到了及時改善系統性能的效果。

以上具體實施方式僅為本發明的示例性實施方式，不能用于限定本發明，本發明的保護范圍由權利要求書限定。本領域技術人員可以在本發明的實質和保護范圍內，對本發明做出各種修改或等同替換，這些修改或等同替換也應視為落在本發明的保護范圍內。