JPH01295003A - 圧延機診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧延機診断装置に係わり、特に圧延機の電気油
圧サーボ機構を構成する油圧圧下装置の異常検知に好適
な診断装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の電気油圧サーボ系の異常箇所検知方法、特に電気
サーボ弁を用いた圧延機の油圧圧下装置の異常箇所検知
方法には、特開昭６１−８８３０９号に記載のものがあ
り、これは、シリンダ位置指令信号に対してサーボ電流
、サーボ弁開度、シリンダ位置の各信号をそれぞれ基準
値と比較して各信号における十又は−の極性を求め、そ
の極性に応じて予め定めておいた判定基準に基づいて異
常発生箇所を検出するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来方法は、シリンダ位置指令信号が下記（１）式
で示されるような単純な場合は異常発生箇所を検出可能
である。

ｆ　（ｔ　）　＝ａｔ＋ｂ　　　　　　　　　（１）こ
こでｆ　（ｔ）　ニジリンダ位置指令信号ｔ：時間 ａ、ｂ：定数 しかしながら、圧延機が稼動中のときは、シリンダ位置
指令信号は単純な関数で表わすことができす、周波数成
分を含んだｖＬ雑なものとなる。また、サーボ電流、サ
ーボ弁開度等の信号は、シリンダ位置フィードバック信
号を含んださらに複雑な信号となり、比較回路を用いて
基準信号と比較することは非常に困難である。

本発明は、圧延機が保守点検時等のような単純動作時の
みでなく稼動中であっても異常を検知することのできる
圧延機診断装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、電気油圧サーボ
系を構成する装置の各種要素の入力信号及び出力信号を
取り込む信号取込手段と、前記信号取込手段に取り込ま
れた入力信号及び出力信号を解析する解析手段と、前記
解析手段の解析結果に基づき前記電気油圧サーボ系の異
常判定を行なう判定手段と、前記判定手段の判定結果を
表示する表示手段とを備えている。

前記解析手段は、好ましくは、前記各種要素の入力信号
及び出力信号より伝達関数を演算してその伝達関数に関
するデータを求め、前記判定手段は予め設定された正常
時の伝達関数に関するデータを有し、前記演算された伝
達関数のデータとこの予め設定された正常時の伝達関数
のデータとを比較して異常判定を行なう。

前記判定手段は、好ましくは、予め設定された判断ルー
ルを有し、前記解析手段の解析結果をこの判断ルールに
よりマトリックス探索し、異常判定を行なう。

本発明の圧延機診断装置は、好ましくは、前記判定手段
により異常判定が行なえなかった場合又はさらに詳細な
情報が必要な場合、予め設定された問診ルールに基づき
故障探索方法又は故障対策のガイダンスを前記表示手段
に表示させる問診手段をさらに有する。

また前記判定手段は、好ましくは、予め設定された余寿
命別の推移伝達関数を有し、上記演算された伝達関数と
この余寿命別の推移伝達関数とを比較して余寿命を判定
する。

本発明の圧延機診断装置は、好ましくは、前記信号取込
手段に取り込まれた各種要素の入力信号及び出力信号の
ノイズを除去するためのフィルター手段をさらに有し、
このフィルター手段は、平均法、ウィンドウ法及び最大
エントロピ法の各種フィルターからなっている。

〔作用〕

信号取込手段に取り込まれた各種要素の入力信号及び出
力信号は解析手段により解析され、その解析結果に基づ
き判定手段で電機油圧サーボ系の異常判定を行なう、こ
のため圧延機がたとえ可動中にあり、入力信号及び出力
信号に複雑な信号が含まれていても、電気油圧サーボ系
の異常を検知することかできる。

電気油圧サーボ系を構成する装置が圧延機の油圧圧下装
置であり、要素かそのサーボ弁である場合、解析手段は
、サーボ弁のスプール位置信号とコイル電流からサーボ
弁の伝達関数を演算し、その伝達関数からある１点以上
の周波数での位相又はゲイン利得を算出する。判定手段
には正常時の伝達関数の位相又はゲイン利得が予め設定
されており、解析手段で算出された位相又はゲイン利得
と予め設定された位相又はゲイン利得とを比較し異常判
定を行なう０例えば、サーボ弁にスプール固渋の異常が
生じた場合は、伝達関数の位相遅れ、又はゲイン利得の
低下が生じ、上記比較からスプール固渋の異常を検知す
ることができる。なおある１点以上の遅れ位相での周波
数を比較してもよい。

判定手段がマトリックス探索する場合には、複数の信号
の解析結果の組み合わせで異常判定が行なえ、異常発生
箇所と異常内容を正確に知ることかできる。

問診手段を設けた場合には、判定手段により異常判定が
行なえなかった場合又はさらに詳細な情報が必要な場合
でも、オペレータは表示手段に表示される故障探索方法
又は故障対策のガイタンスに従い問診をし、情報を補充
することにより、より正確かつ詳細な診断を行なうこと
ができる。

前記判定手段が余寿命を判定する場合は、電気油圧サー
ボ系要素の余寿命を知ることができる。

各種フィルターからなるフィルター手段を設けた場合に
は、取込信号の種類に応じて最適のフィルターを選択し
、信号ごとに適切にノイズを除去することができ、より
正確な解析が可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の好適実施例を第１図〜第７図を参照して
説明する６ 第１図において、本発明の一実施例による圧延機診断装
置は、データ取込装置１０、バッファメモリ１１、フィ
ルタ１２、波形処理装置１３、Ａ−ボード１４、サンプ
ル定数９利定用データが入っている定数メモリ１５、デ
ータサンプリング装置１６、判断ルールが入っている第
１のルールメモリ１７、問診ルールか入っている第２の
ルールメモリ１８、判定演算装置１つ、表示装置２０か
らなっている。

データ取り込み装置１０は多チャンネンルのＡＤ変換器
よりなり、後述するシリンダ位置指令値、サーボ電流、
誤差電圧等のアナログ信号はここでディジタル信号に変
換され、−時、バッファメモリ１１に蓄えられる。その
ディジタル信号はノイズなどの外乱データを取り除くフ
ィルタ１２を通って波形処理装置１３に取り込まれ、こ
こで必要に応じ、伝達関数が生成される。データサンプ
リング装置１６においては、波形処理装置１３で生成さ
れた伝達関数の定数メモリ１５内のサンプル定数でのゲ
イン利得、位相が算出される。また入力信号と出力信号
が単純な関係にある場合は、その関係を演算する。この
ように波形処理装置１３、定数メモリ１５及びデータサ
ンプリング装置１６は、入力信号及び出力信号を解析す
る解析手段を構成する。

判定演算装′８．１つでは、データサンプリンタ装置１
６での演算結果と定数メモリ１５の判定用データとを比
較し、第１のルールメモリ１７の判断ルールに基づき異
常箇所の判定が行われる。このように定数メモリ１５、
第１のルールメモリ１７、判定演算装置１９は、上記解
析手段の解析結果に基づき各種要素の異常判定を行なう
判定手段を、構成する０判定演算装置１９での判定結果
は、表示装置２０によって表示される。

また判定演算装置１つで異常判定が行なえなかった場合
又はさらに詳細な情報か必要な場合には第２のルールメ
モリ１８の問診ルールに基づき故障探索方法又は故障対
策のガイダンスを表示装置２０に表示させる。

次に圧延機の電気油圧サーボ機構を構成する油圧圧下装
置を例にとり、本実線間の動作を説明する。

まず、圧延機における油圧圧下装置の制御系を第２図を
参照して説明する。第２図において、２１は油圧シリン
ダ２２のシリンダ位置指令信号？出力する位置設定器で
あり、位置設定器２１により指示されたシリンダ位置指
令信号は、加算器２３においてシリンダ位置フィードバ
ック信号と加算され、誤差電圧を生成し、サーボアンプ
２４により誤差電圧に比例したコイル電流を出力し、サ
ーボ弁２５のコイル２６に磁束を作り出す、コイル２６
はスリーブ２７内を軸線方向に移動可能なスプール２８
に固定されており、コイル２６に磁束が発生すると、そ
の外側に配置されている永久磁石２９の磁力により、コ
イル２６はスプール２８と共に軸線方向に動く、スプー
ル２８が図示の位置にある時、ポンプ３０の油は実線矢
印の経路を通って油圧シリンダ２２に流れ込み、油圧シ
リンダ２２を押し上げる。又、スプール２８がスリーブ
２７内を左へ動いた場合は、油圧シリンダ２２内の油は
点線矢印の経路を通ってタンク３１内に流れ込み、油圧
シリンダ２２が下降する。スプール２８の動きはスプー
ル位置検出器３２で検出される。また油圧シリンダ２２
の動きは、油圧シリンダ位置検出器３３によって検出さ
れ、シリンダ位置指令信号にフィードバックされる。そ
して、シリンダ位置指令信号と閉ループを構成すること
により、油圧シリンダ２２を常に設定位置に保つべく動
作する。

このような油圧圧下装置の制御系をブロック図で表わす
と第３図のようになる０図中、Ｖｒｅｆはシリンダ位置
指令信号、Ｖｓは誤差信号、ｉｖはコイル電流、ＶＯは
スプール位置信号、Ｙはシリンダ変位、ＳＹはシリンダ
位置フィードバック信号を示す。

このようなサーボ系における故障としては、サーボアン
プ２４、加算器２３の演算回路の異常によってコイル電
流の生成が正常に行なわれず、スプール２８の動作が遅
くなり、油圧シリンダ設定の時間が長すぎたり、スプー
ルの動作が早くなって油圧の流入速度の増大により油圧
衝撃か発生する等の機械的に好ましくない故障がある。

又、サーボアン１２４においては、電源ヒユーズ切断に
よる出力不可の状態も起こりうる。サーボ弁２５の故障
としては、コイル２６の断線、ショート、スプール２８
とスリーブ２７間では、油中のゴミによる固渋、又、ス
プール２８、スリーブ２７の摩耗等がある。油圧シリン
ダ２２においては、それを構成するシリンダ３４とピス
トン３５間のパラギンの摩耗により油の洩れが多くなり
、流入量−ストローク量の換算効率が落ち、油圧シリン
ダ２２の応答速度が低下する故障もある。

本実施例の圧延機診断装置においては、このような油圧
圧下装置の制御系に対して、圧延機の稼動中における常
時監視においては、シリンダ位置指令信号ＶＩＩＥＦ、
誤差電圧ＶＳ、コイル電流ｉｖ、スプール位置信号Ｖｏ
−シリンダ位置フィードバック信号ＳＹをデータ取込装
置１０を通してＡＤ変換して取込みながら、故障解析に
十分なデータが取れる時間間隔毎にバッファメモリ１１
にデータを貯える０通常はその時間が過ぎると新しいデ
ータを入れてゆき、稼動中の最新のデータが常にバッフ
ァメモリ１１に保存される。又、圧延機の図示しないサ
ーボ制御盤の中にはシリンダ位置指令信号ＶＲＥＦに対
して、シリンダ位置フィードバック信号ＳＹが極端に遅
い場合に故障発生信号が出力される。この故障発生信号
は本装置のデータ取込装置１０に取込まれ、データの取
込み更新を中止する。その時点で故障前のデータがバッ
ファメモリ１１内に残る。そして、そのデータを元にし
て故障解析を行なうことにより故障発生原因、及び対策
を短時間に行なうことが出来る。

具体的には、スプール２８に関しては、入力であるコイ
ル電Ｋ　ｉ　Ｖに対しスプール位置信号■０の伝達関数
を演算する。そして正常な時の伝達関数と異常な時の伝
達関数を、ある１点以上の周波数での位相遅れ、又はゲ
イン利得について比較する。又はある１点以上の遅れ位
相での周波数を比較する。そしてその差が予め設定され
た値より大きい場合は異常と判断する。

例えば、スプール位置信号Ｖｏとコイル電流ｉ■の関係
は下記の（２）式で表わすことができる。

ｖｏ　”　Ｋ　Ｂ　Ｘ　Ｇ２（Ｓ）ｘ　ｉ　ｖ　　　　
　　（２）ここで、ＫＢ・・・サーボ弁ゲイン定数Ｇ２
（Ｓ）・・・サーボ弁伝達関数 Ｇ２（Ｓ）はサーボ弁の特性に依存するものであり、ゲ
イン利得を縦軸とするボード線図に表わすと第４図に示
すようになる。この中で実線は正常時の特性を示す、サ
ーボ弁にスプール固渋の異常が生じた場合、伝達関数の
ゲイン利得の低下が生じ、ボード線図は第４図の点線の
ようになり、スプール固渋においては、周波数の高い部
分の応答が遅くなる。このゲイン利得の変化を検知すれ
ば異常を検知することができる。

またＧ２（Ｓ）を縦軸を位相にとりボード線図に表わせ
ば第５図に示すようである。ここで、正常であれば、９
０’位相遅れ周波数が例えは１５０Ｈ７に対し、１００
Ｈｚとなった時、予め差の限界値を４０　Ｈｚとしてお
けば、スプール２８がゴミ等の原因により固渋したもの
として、異常と判断することが出来る。

又、パワーアンプ部では、サーボアンプ２４への入力（
誤差電圧；Ｖｓ）と出力（コイル電流：ｉＶ）で下記の
（３）式が成立するかどうかを確認することによって異
常を検知することが出来る。

ｉｖ　　　−Ｋ　　八　　ＶＳ　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　−（３）ここで、Ｖｓ
・・・・・・誤差電圧 ｉｖ・・・・・・コイル電流 Ｋ　Ａ・・・・・・ゲイン 次に、加算器２３においては、シリンダ位置指令信号（
ＶＲＥＦ）と誤差電圧（Ｖｓ　）の関係が下記の（４）
式を満足しているがどぅがを検討することにより異常を
検知することが出来る。

ＶＳ　＝ＶＩＩＥＦ　−３Ｙ　　　　　　　　・（４）
ここで、Ｖｓ・・・・・・誤差電圧 ＶＲＥＦ・・・シリンダ位置指令信号 ＳＹ・・・・・・シリンダ位置フィードバック信号 油圧シリンダ２２においては、入力であるスプール位置
信号と出力であるシリンダ位置フィードバック信号ＳＹ
の伝達関数を演算する。正常であれば、第６図に示すよ
うに、９０’位相遅れ周波数が例えば１５Ｈｚであるの
に対し、破損等によりピストン３４がスムースに動かな
かった場合、９０°位相遅れの周波数が５Ｈｚであれば
、差の限界を３Ｈ２としておき、これを越えたときに異
常と判断することによって、故障箇所を判断することが
できる。

このようなサーボ弁２５、油圧シリンダ２２、加算器２
３、サーボアンプ２４についての異常の判定は、第１の
ルールメモリ１７に予め記憶された判断ルールにより行
われる。

第１のルールメモリ１７には、好ましくは、第７図に示
すような異常項目判定マトリックス表が設定されており
、各々の判断ルールの判定結果をこの表により７トリツ
クス探索し、異常発生箇所と異常内容を判定する。即ち
、第７図の表において、記号に１〜に５は異常判断ルー
ルによる判定係数であり、測定された信号を演算するこ
とによって得られる。記号に１〜に５はＫ　１〜１（５
の判定係数の正常と異常の境界値であり、経験的に決定
される値である。そして例えば、主系判定係数において
に１≦に１のとき主系即ち加算器２３は正常であり、パ
ワーアンプ系においてに２≦に２のときパワーアンプ系
即ちサーボアンプ２４は正常である。一方、Ｋ１　＞ｋ
ｌ、Ｋ２　＞Ｋ２のとき、それぞれ主系、パワーアンプ
系は異常である。またこれらの組み合わせにおいては、
Ｋ　１〜に５の全てが正常であるとき油圧圧下装置及び
その制御系は正常である。また異常においては、例えば
Ｉ（１、に３　、に４が異常でに２が正常ならばサーボ
弁コイル２６の短絡という異常である。このようにして
それぞれの異常の内容を組み合わせによって確定する。

なお、本判定マトリックスにおいては、サーボ弁コイル
系判定係数に４を導入しているので、コイル２６の出側
のコイル電圧ＶＶをさらに検出し、コイル電圧ｉｖとコ
イル電圧ＶＶとからコイル系判定係数に４を求めること
が必要である。

また第１のルールメモリ１７には、余寿命別の推移伝達
関数が予め設定され、上記演算された伝達関数とこの余
寿命別の推移伝達関数とを比較して余寿命を検知するこ
とができる。

即ち、サーボ弁２５においては、スプール２８がスリー
ブ２７内を高速にかつ高頻度に摺動するため、当然摺動
摩耗が発生し、それかある限界を越えると摩耗部を通じ
て油の洩れが大きくなり、油流出入効率か下がり、スプ
ール２８の動作速度が低下し、性能を満足出来なくなる
。

従来はサーボ弁２５を分解し、スプール２８とスリーブ
２７を取り出し、その摩耗量を計測するか、又はサーボ
弁を専用テストスタンドにセットし、圧力−ゲイン特性
を計測して摩耗の限界を判定していた。これらの方法は
いづれもサーボ弁を圧延機より取り外す必要があり、圧
延機稼働中においては不可能であり、又、多大の作業時
間を要するものである０本実施例においては、油圧シリ
ンダ２２内の圧力とスプール２８の動作量の関係に着目
し、異常判定を行なう。

つまり、油圧シリンダ２２内の圧力を一定に保つには、
油圧シリンダ２２内のパツキン部の微少な油のリーク量
を常にサーボバルブ弁２５より油を供給して補償する必
要がある。

油リーク量をＱ、油圧シリフタ２２内の圧力をＰｊｌ、
ポンプ３０の圧力をＰＳ、スプール２８の動作量による
流路係数をｆ　［Ｖｏ）とするとこれらの関係は式（５
）によって示される。　Ｖｏはスプール位置１３号。

Ｑ＝　ｆ　（Ｖｏ）Ｊ　Ｐｓ　−Ｐｊ　　　−（５）ｆ
　（ν０）はスプール２８が摩耗してくると当然変化し
、推移伝達関数ｆ’（Ｖｏ）となる。

従って、（３）式よりＱとＰｓとＰｊを測定すれば推移
伝達関数ｆ’（Ｖｏ）の関数か決定出来る。よって摩耗
量刑の推移伝達関数ｆ’（Ｖｏ）を予め求めておき、実
測したｆ’（Ｖｏ）を比較し、摩耗量を推定し、サーボ
弁２５の余寿命、異常を検知することが出来る。

一方、故障判定結果については、表示装置２０に故障部
位、故障種類、対策を表示するが、故障判定が行なえな
かったり、さらに詳細な情報が必要な場合においては、
サーボシステム関係の熟練技術者の判断をルール化して
、問診ルール１８に蓄えておき、その問診ルールに基づ
き、故障探索方法又は故障対策のガイダンスを表示装置
２０に表示させる。調査者は、表示装置２０に示される
カイダンスにより、本装置と問診形式で情報を補充し、
より正確かつ詳細な診断を行うことができる。

なお圧延機のサーボシステムでは、応答性が数ｍ　Ｓ　
ｅ　Ｃから十数ｍ５ｅｃと早く、かつ制御指令は数十Ｈ
ｚのオーダで変化している。この変化は圧延される板材
の厚みむら、温度むら、硬度むら等の影響によるもので
あるが、サーボ制御系より取り出された種々の信号には
必ずノイズが含まれており、それらの信号より伝達関数
を７Ｎ算するとノイズによる影響で真の伝達関数が得ら
れない。

そこで、本実施例では、信号をバッファメモリ１１に取
り込んだ後にランダムなノイズ成分を除去するため、フ
ィルタ１２を設けている。このフィルタは平均法、ウィ
ンドウ法、最大エントロピ法のフィルタ理論に基づいた
複数種類のディジタルフィルタからなっている。これに
より、取込信号の種類に応じて！＆適のフィルターを選
択し、信号ごとに適切にノイズを除去することができ、
より正確な解析が可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したごとく、本発明をによれば、圧延機がたと
え稼働中にあり、入力信号及び出力信号に複雑な信号が
含まれていても、電気油圧サーボ系の異常を正確に検知
することができ、圧延機の油圧圧下装置の安定稼働と生
産性向上に大なる効果を発揮するものである。

またマトリックス探索する場合には、異常内容まで正確
に知ることができる。

問診手段を設けた場合には、問診形式で情報を補充する
ことにより、より正確かつ詳細な診断を行なうことがで
きる。

余寿命を判定する場合は、電気油圧サーボ系要素の余寿
命を知ることができ、対策が容易となる。

各種フィルターからなるフィルター手段を設けた場合に
は、信号ごとに適切にノイズを除去することができ、よ
り正確な解析が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による圧延機診断装置の概略
構成図であり、第２図は診断の対象となる圧延機の油圧
圧下装置及びその制御系の系統図であり、第３図は同油
圧圧下装置及びその制御系のブロック図であり、第４図
はサーボ弁部のボード線図の一例であり、第５図はサー
ボ弁部のボード線図の他の例であり、第６図は油圧シリ
ンダ部のボード線図の一例であり、第７図は７トリツク
ス探索のための巽常項目判定マトリックスを示す図であ
る。 符号の説明 １０・・・データ取込装置　１２・・・フィルタ１６・
・・データサンプリング装置（解析手段）１７・・・第
１のルールメモリ（判断ルール）１８・・・第２のルー
ルメモリ（問診ルール）１９・・・判定演算装置（判定
手段） ２０・・・表示装置 出願人　　株式会社　日立製作所 代理人　　弁理士　春　日　　ｇ寞 、八　ｒ＋　　恥、八）へ　≧ 第３図 第４図 周波数特性 第５図 第６図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気油圧サーボ系を構成する装置の各種要素の入
   力信号及び出力を取り込む信号取込手段と、前記取り込
   まれた入力信号及び出力信号を解析する解析手段と、前
   記解析手段の解析結果に基づき前記電気油圧サーボ系の
   各種要素の異常判定を行なう判定手段と、前記判定手段
   の判定結果を表示する表示手段とを有することを特徴と
   する圧延機診断装置。
2. （２）前記解析手段は前記各種要素の入力信号及び出力
   信号より伝達関数を演算してその伝達関数に関するデー
   タを求め、前記判定手段は予め設定された正常時の伝達
   関数に関するデータを有し、前記演算された伝達関数の
   データとその予め設定された正常時の伝達関数のデータ
   とを比較して異常判定を行なうことを特徴とする請求項
   １記載の圧延機診断装置。
3. （３）前記判定手段は予め設定された判断ルールを有し
   、前記解析手段の解析結果をその判断ルールによりマト
   リックス探索し、異常判定を行なうことを特徴とする請
   求項１記載の圧延機診断装置。
4. （４）前記判定手段により異常判定が行なえなかった場
   合又はさらに詳細な情報が必要な場合、予め設定された
   問診ルールに基づき故障探索方法又は故障対策のガイダ
   ンスを前記表示手段に表示させる問診手段をさらに有す
   ることを特徴とする請求項１記載の圧延機診断装置。
5. （５）前記解析手段は前記各種要素の入力信号及び出力
   信号より伝達関数を演算し、前記判定手段は予め設定さ
   れた余寿命別の推移伝達関数を有し、前記演算された伝
   達関数とこの余寿命別の推移伝達関数とを比較して余寿
   命を検知することを特徴とする請求項１記載の圧延機診
   断装置。
6. （６）前記信号取込手段に取り込まれた各種要素の入力
   信号及び出力信号のノイズを除去するためのフィルター
   手段をさらに有し、このフィルター手段は、平均法、ウ
   ィンドウ法及び最大エントロピ法による複数種類のフィ
   ルターを含むことを特徴とする請求項１記載の圧延機診
   断装置。