西门子模块6ES7214-1AF40-0XB0安装调试
1 引言
在现代化的轧钢厂，传动系统的正常工作和稳定状况直接对生产的作业率起到至关重要的作用。过去几年中，由于缺乏必要的监控手段，传动系统出现故障，就会造成较长的停机时间，这对于一个现代化生产单位来说，是非常致命的。如何降低传动系统的故障率，提高系统的稳定性，成为摆在我们面前迫切需要解决的问题。因此开发一套传动的故障诊断系统就显得尤为重要。
2 传动故障诊断系统
2.1 控制系统的软硬件介绍
轧钢传动装置为西门子1000kva 630v中压逆变柜和整流柜单元6se70。本系统的开发全部基于原控制系统，只需要修改传动装置的状态字，step7程序及wincc的画面。
plc采用s7400；软件使用step7 v5.2；hmi软件使用wincc6.0。
2.2 开发过程
(1) 在plc中增加新开发的传动诊断故障专用块fc350。将18架轧机的轻重故障代码分别进行处理。其中，故障分为轻重故障两类。轻故障定义为一过性的非停车故障。轻故障诊断的意义，在于使用fc350模块捕捉到轻故障，为提前预警和预防性检修提供重要的预警信息。重故障是指引起紧急停车的严重故障。传动诊断故障专用块fc350部分程序分别如图1、2所示。
图1 轻故障程序
图2 重故障程序
(2) 在逆变器中，将第六个状态字进行修改。由于原来的字连接的是逆变器的温度，因此利用一个选择器，将温度和故障的k参数通过画面上的一个控制点进行选择，满足点检和日常的故障记录要求。在整流器中修改状态字，将温度、进线电压、直流母线电压连到状态字上。具体的参数修改如下：
逆变器参数修改：
p734.06=0525 第5个模拟量选择器
u174=3114 第1控制字的第14位
u175.01=247 变频器温度大值
u175.02=250 变频器故障值(高字节重故障，低字节轻故障)
u951.76=10 第5个模拟量连接器使能
整流器参数修改：
p694.02=11 散热器温度
p694.03=6 直流母线电压
p694.04=30 电网电压
(3) 在wincc中增加主传动故障诊断画面。4段整流器状态监控画面如图3所示。
图3 主传动故障诊断画面
3 应用举例
3.1 温度报警
温度报警可以及时对整流器，逆变器的温升情况进行监控，了解整流器，逆变器的运行状态，一旦发现温度或电压有异常波动趋势时，可立即进行处理。
3.2 码盘故障
当点检发现故障诊断中某一架轧机频繁报a034轻故障时，就要注意观察该架轧机的电流速度曲线，如果出现如图4的曲线时，则码盘必须进行更换。
其它故障判断可以通过故障诊断系统报出的轻故障，对传动系统出现的问题及时处理，避免事故扩大化。
1 引言
随着计算机技术、通信技术、控制技术以及网络技术的发展，使得通过网络监控远端的机器人成为可能。远程监控就是远程客户端利用计算机通过网络实现对远程对象的监视和控制。为了使远程客户能够监视并控制深海集矿机运行状态，引入远程监控技术。它的引入给深海集矿机控制系统带来极大便利和优势的同时，也导致网络传输时延、数据包出错及丢失等问题引入到控制系统，加大了控制复杂性，一定程度上影响实时远程监控系统性能[1]。
2 系统分析
2.1 系统结构
深海集矿机实时远程监控的闭环系统结构如图1所示[2]。internet作为信息传输通道引入到控制系统的前向通道和反馈通道，实现任何时间、任何地点对集矿机的实时监控。
图1 深海集矿机远程监控系统结构图
2.2 问题分析
由于深海集矿机的行走速度是影响采矿效率的重要因素，因此提出集矿机行走速度实时远程控制系统分析问题。深海集矿机的行走是由履带液压泵控马达系统驱动。图2给出集矿机履带液压系统基本框图。远程监控系统中，履带速度传感器的原始测量值通过数字通信信道直接传输反馈给远程控制器。
图2 集矿机履带液压系统基本框图
经过试验观测，把网络引入到控制系统，与未接入网络时相比，速度控制能有着明显的变化。造成这种变化的因素有很多，其中网络时延是影响系统性能的主要因素之一。网络时延主要受网络硬件性能、信道利用率、通信数据量以及网络通信协议的影响[3]。因此，网络时延t主要由以下几部分组成：t=tn+tr+tv
tn是数据信号在物理链路上的传输时间。这个时间与整体时延相比可忽略不计，因此通信节点之间的地理距离并不是决定时延大小的主要因素。
tr是总的路由时延，包括排队时间以及处理时间。位于工作现场的深海集矿机和位于远端的控制端是通过公共网络而不是专用网络互连，两节点间的通信可以通过不同的路由完成，而不同的路由所产生的时延也不同。
tv为扰动时延。主要是由于网络传输中不可预测的扰动，例如数据丢失与传输中的差错或者信息颠倒，导致重传时延
分析结论：网络时延具有不确定性和随机性。
3 补偿控制设计
3.1 控制策略
网络随机时延致使控制信息和反馈信息不能实时传递，影响到履带速度控制，进而影响监控系统的性能。当时延非常大或者变化非常剧烈时，就会严重影响到系统的稳定性。因此针对第二部分提出的问题研究其控制策略。实际中，电液比例阀的控制时延非常小，所以针对网络时延对实时远程监控系统性能影响进行研究。设计相应的时延补偿器来改善系统的控制品质。但时延补偿器采用的时延值对补偿控制非常重要。如果补偿环节使用的时延与实际网络传输时延存在误差，并且这种误差非常大时，补偿器不能及时有效地补偿信息延时，系统的稳定性仍然不能得到保证。所以，时延预测算法显得尤为重要。但时延算法要兼顾精度和速度两个方面要求。如果太复杂，会人为的加入一些新的延时。为此选取基于速下降法的自适应小均方差(lms)算法。它无需计算相关函数，也没有矩阵求逆，甚至不需要平均或微分来求梯度。因此，采用将自适应lms时延预测算法和自适应smith补偿控制相结合的控制策略，从而更好的解决大时延下控制系统不稳定的情况。
3.2 算法设计
履带液压系统实时远程监控系统中的网络时延具有随机性和不确定性，仅用几个概率分布式是不能描述的[4]。因此选取ar模型来预测网络时延，它能够根据新的时延数据，通过递推算法自动调整期参数，动态跟踪网络时延变化，使其接近于某种佳值。设系统中k时刻的加权系数、k时刻以前的n个时延数据用向量表示，则自适应ar模型为
(1)
其中，φ(i=1,2,…n)是对以前的n个时延数据的加权系数，xi是系统i时刻的网络时延；yk加权和。对于履带液压实时远程监控系统来说，上式的加权系数鰅并非常数，也并不一定会收敛到某一个确定值；其值总是根据新的时延数据不断调整。对于公式(1)，采用lms算法就可以完成对网络时延的估计和预测。
由εk=xk-yk得到平方及均方差分别为
(2)
(3)
由式(3)知，时延的均方误差时权系数的二次函数，是具有唯一小值的抛物形曲面函数，可用梯度法求其小值。将式(3)对权系数向量求导数，得均方误差函数的梯度。令该梯度为零，可得使均方误差小的佳权系数向量：
(4)
自适应算法的目的是求得式(4)的准确或者近似解，直接求解计算量大。所以，采用速下降法求其近似解。速下降法，下一时刻的权系数向量应该等于现时刻的权系数向量加上一个负均方误差梯度的比例项。由此得到系数的自适应lms递推算法
(5)
利用式(1)、式(2)和式(5)，即可对网络时延模型的权系数进行估计和对时延进行预测。把预测值用到smith预估补偿器中，达到补偿控制精度要求。
补偿控制就是要补偿网络时延对远程控制系统系能的影响。所以，采取在pi控制器端并联smith预估器，用来补偿网络时延，达到对履带液压系统的实时控制，进而实现对深海集矿机的实时远程监控[5]。对图1所示的远程监控系统，由于网络前向通道和反馈通道同时存在信息延时问题，将会影响到系统的动态性能指标，造成超调量增大，上升时间和过渡时间增长。当延时进一步增大时，还会导致系统不稳定。针对此问题，分别设计了反馈通道smith预估补偿器，前向通道自适应smith预估补偿器以解决模型不准确问题。带有时延补偿器的远程监控系统如图3所示。
图3 采用补偿器的远程监控系统框图
x(s)为系统输入，y(s)为系统输出，gc(s)为控制器，go(s)为被控对象，gsq(s)为网络前向通道中的自适应smith时延补偿器，gsf(s)为反馈通道中smith补偿器。和分别为控制系统的前向通道和反馈通道网络环节近似为时间常数随机变化的纯滞后环节，t1和t2分别为两通道的不确定时延。
gsq(s)和gsf(s)的传递函数为
仿真结果表明经过时延预估补偿器，时延被移除控制回路，则能得到不带用时延的控制信息和反馈信息，完成对履带液压系统的补偿控制，达到对深海集矿机的实时远程监控。
4 仿真结果
对图1所示的深海集矿机实时远程监控系统，采用自适应小均方差时延预测算法和自适应smith预估器相结合的补偿控制策略，对系统进行了仿真研究。被控对象为液压马达系统的电液比例阀。系统输入信号为单位阶跃信号。仿真结果如图4所示。
图4 系统仿真结果
从图4的仿真结果可以看出，在控制系统中引入网络后，系统的超调量增大，控制品质变坏。采用小均方差算法和smith预估补偿控制策略后，系统超调量减小，有效地补偿了延时影响，从而使得系统误差显著减小，控制品质明显好转。
5 结束语
本文针对深海集矿机实时远程监控系统，采用小均方差时延预测算法和自适应smith预估补偿控制策略，能在一定程度上保证系统在时延情况下的稳定性。但在网络时延随机性较大、变化剧烈时，ar模型就不能达到很好的预测效果，引入较大的预测误差，系统的控制效果恶化，需要深入研究更合理的模型，减小预测误差，进一步改善系统性能。