液压泄漏在线识别系统的开发与应用.pdf

第 3 9卷第6期 2 0 1 5年 1 1月 冶 金自 动 化 Me t a l l u r g i c a l I n du s t r y Aut o ma t i o n Vo 1 ． 3 9 No． 6． p6 9 7 2 No v e mb e r 2 0 1 5 经 验 交流 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． is s n ． 1 0 0 0 -7 0 5 9 ． 2 0 1 5 ． 0 6 ． 0 1 4 液 压 泄漏在 线 识别 系统 的开发 与应 用 姜 红 ， 王美华 ， 张振亚 ， 李学会 1 ． 河北科技大学信息科学与工程学院， 河北 石家庄 0 5 0 0 5 4 ； 2 ． 河北钢铁集团石家庄钢铁有限责任公司， 河北 石家庄 0 5 0 0 3 1 摘要 针对冶金行业缺少行之有效的液压泄漏在线监测手段这一技术难题， 开发了液压泄露在线识别系统， 通过对液压油品泄漏的总量监测和对易泄漏部位的重点监测， 点面兼顾 ， 实现了对整个液压系统油品泄漏情 况的在线 自动识别。实际应用证明该系统工作可靠 ， 检测结果准确， 节油效果显著。 关键词 液压泄漏； 在线识别 ； 相对温度差； 液位下降速度 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 0 - 7 0 5 9 2 0 1 5 0 6 - 0 0 6 9 - 0 4 De v e l o p m e nt a n d a pp l i c a t i o n o f o n l i ne de t e c t i o n f o r o i l l e a ka g e o f h yd r a u l i c s ys t e m J I ANG Ho n g ， WANG Me i h u a ， Z HANG Z h e n y a ， L I Xu e h u i 1 ． C o l l e g e o f I n f o r m a t i o n S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ， H e b e i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， S h i a z h u a n g 0 5 0 0 5 4． C h i n a ； 2 ． S h i a z h u a n g I r o n S t e e l C o ． ， L t d ． ， H e b e i I r o nS t e e l G r o u p ， S h i a z h u a n g 0 5 0 0 3 1 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e o n l i n e d e t e c t i o n s y s t e m f o r t h e o i l l e a k a g e o f h y d r a u l i c s y s t e m i s d e v e l o p e d a i mi n g a t t h e t e c h n i c a l p r o b l e m o f t a c k o f e f f e c t i v e de t e c t i o n me t h o d s f o r t h e o i l l e a k a g e o f hy dr a u l i c s y s t e m i n t h e me t a l l u r g i c a l i nd u s t r y． Th e a u t o ma t i c o n l i n e d e t e c t i o n for t he o i l l e a k a g e o f t h e who l e h y d r a u l i c s y s t e m i s i mp l e me n t e d b y mo n i t o r i n g t h e t o t a l o i l l e a k a g e v o l u me a n d e s p e c i a l l y t h e e a s y t o l e a k s i t e ． T h e a p p l i c a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h i s s y s t e m i s r e l i a b l e， a c c u r a t e， a n d s i g n i f i c a n t l y o i l s a v i n g ． Ke y wo r d s o i l l e a k a g e o f h y d r a u l i c s y s t e m； o n l i n e d e t e c t i o n； r e l a t i v e d e v i a t i o n o f o i l t e mp e r a t u r e； de s c e n t v e l o c i t y o f o i l l e v e l O 引言 在连轧生产 中， 轧机液压 油品泄漏检测一直 是个难题 ， 其 主要原 因是 液压管 路点多 面广 ， 泄 漏位置隐蔽， 轧机冷却水和液压油颜色一致、 难 以区分， 以上因素决定了采用传统的人工 目视检 查方式检测难 度大 ， 并且 往往需 要停机 、 停 水逐 一 排查 ， 检 查 耗 时长 ， 会 对 生产 造 成不 利 影 响。 液压站在不设值班人员的情况下， 泄漏往往是在 一 整箱液压油漏完之时才会被发现 ， 发现时 间严 重滞后。为了找到泄漏点， 还必须重新加油， 在 油品继续 泄漏 的情 况下 才可 能发现 泄漏点 。从 开始泄漏 到泄漏点 的最终 确认这一 时间段 内大 量的油品会 白白漏 掉 ， 既增加 了生产成 本 ， 又加 重 了环境污染 。 节能降耗、 降本增效、 建设环境友好型企业 既是国家对企业的要求更是企业 自身生存和发 展的需要。为此， 河北科技大学与河北钢铁集团 石家 庄钢铁有 限责任公 司科技 人员联合 开发 了 作者简介 姜红 1 9 7 3 一， 女 ， 讲 师 ， 硕士 ； 收稿 日期 2 0 1 4 ． 1 2 - 3 1 冶 金自 动化 第3 9卷 液压泄漏在 线识别 系统。系统 通过 监测液压 油 液位下降速度 实现对整个 液压系统 泄漏情况 的 识别 ， 并利用易泄漏液压支路的管壁 温度 变化判 断是否存在泄漏点， 点面兼顾， 实现了对整个液 压系统油 品泄 漏情况 的在 线 自动识 别。该 系统 自2 0 1 2 年应用于石钢轧钢生产线至今， 工作稳 定可靠 ， 报警及 时准确 ， 实现 了全 天候实 时在线 监测 ， 节油效果明显 ， 经济效益显著 。 1 泄漏识别原理 液压系统主要 由液压泵 、 油箱 、 液压 管路 、 液 压控制及执行元件组成。油箱是液压油的存储 设备 ， 液压油泄漏会 导致油箱 液位下 降， 因此 油 箱液位下降 速度快慢是判 断整个液压 系统泄 漏 程度的最直接指标 。 液压系统在工作 中有能量损失 ， 包括压力 损 失 、 容积损失和机 械损失 ， 这 些损失会 转化为 热 能使液压系统的工作油温升高 。当液压管路 发生泄漏时 ， 流经泄漏管路的液压油热能以热传 导方式使液压管路管壁温度升高， 而且油品泄漏 速度越快 ， 管壁温度上升 幅度越高。因此可以根 据液压管路温度 高低能反 映管路 内油 液流动速 度快慢这一 规律实现对液压 易泄漏 部位泄漏 的 识别 。 综上 ， 通过总量泄漏识别和易泄漏部位泄漏 识别 ， 可 以既解 决 整个 液压 系统 的泄 漏识 别 问 题 ， 又解决液压支路的泄漏识别问题 。 2 系统硬件组成 2 ． 1总量 泄漏 识 别 油箱液位检测方式有 2种 磁性浮子液位计 和连续式测量液位计。磁性浮子液位计底端与 油箱底部相 连通 ， 根据连通器 原理 ， 液位计 液面 与油箱液面一致 ， 总是浮在液位计液面上 的磁性 浮子所在位置直 接反映 了油 箱 的实际液 面。液 位计外壁垂直方向等距离安装若 干磁敏开关 ， 当 磁性浮子位置与磁敏开关位置相平时 ， 磁 敏开关 产生电信号， 该信号将液位信息经导线传至 P L C 进行程序处理 。连续式 测量液 位计则是 对油箱 液面位置进行连续检测 。 如图 1所示 ， 石钢 轧钢生 产线 总量泄漏识 别 系统由液压 油箱 、 磁 敏开 关 、 液 位计 带磁 性 浮 子 、 P L C等组 成。磁 敏开关通 过屏蔽 双绞线 连 接至 P L C的数字量输入模板 。 PL C D ■ ⋯ ～ ， ● - ， ， ● ， 磁敏开关 液压油箱 图 1 总量 泄漏 识别系统硬件 组成 F i g ． 1 Ha r d w a r e s t r u c t u r e o f d e t e c t i o n s y s t e m f o r t o t a l o i l l e a k a g e v o l u me 2 ． 2易泄漏部位泄漏识别 如图2 所示 ， 易泄漏部位泄漏识别系统由液 压系统各易泄漏支路 、 测温元件 、 P L C、 人机界 面 计算机 H MI 组成。测温元件 以接触 式安装 方 式安装在易泄漏支路管路的外壁上， 并经屏蔽双 绞线以四线制方式 连接至 P L C的模拟量输入 模板 ， P L C与 H M I 通过网络线路相连。 屏蔽双绞线 』 ● I ， 』 _ 。 i 路 图 2易泄漏部 位泄漏识别 系统硬 件组成 F i g ． 2 Ha r d wa r e s t r u c t u r e o f d e t e c t i o n s y s t e m f o r e a s y -- t o l e a k s i t e 3 系统功 能及实现 3 ． 1总量 泄 漏识 别 在冶金工业中， 一套液压系统要实现完全无 泄漏很困难 ， 因此实际应用 中一般规定一个 允许 的泄漏速度 。笔者用油箱液位下降高度 A h所用 时间 t 与允许时间 相比较来判断整个系统泄 漏是否超出正常范围。 如图 1所示 ， 若干只彼此间距 为 h h的磁敏 开关安装在液位计外壁上 安装个数根据实际使 用情况确定 ， 当系统泄漏造成油箱液面下降时 ， 上下相邻的2个磁敏开关信号状态会依次发生 第6 期 姜红 ， 等 液压泄漏在 线识别系统的开发与应用 ‘ 7 l 变化 ， P L C监测的 2个信 号变化时 间间隔 t 若小 于允许的泄漏设定时间 T o ， 则判定液压系统总体 泄漏速度 已超 出正 常范 围 ， 系 统存在 较大泄 漏 ， P L C立 即向人机界面计算机 发出报警 ， 相 应报警 信息 以文本形式显示在界面上 。 当液位采用连续式测量液位计测量时， 判断 系统泄漏的原理 与磁敏开关的一致 ， 即可 以每隔 一 段时间 比如几分钟 对 液压油 的液位数 据读 取一次 ， 若 该时间段 内液 位下 降高度 A h大于允 许下降高度 A h 。 ， 则 自动产生报警。由于该方式 下 A h 。 可 以在软件 中设置得很小 ， 因此对 系统泄 漏的反应更灵敏 ， 识别精度更高， 可以在更短的 时间 内对泄漏事故产生报警 。 总量泄漏识别方案 同样适用于其他流体介 质系统的泄漏检测 ， 如稀油润滑站。 3 ． 2 易泄漏部位泄漏识别 经过对石钢 公 司轧钢厂 液压 泄漏情 况 的统 计发现 9 0 ％以上 的泄漏 出现在 轧机 垫块平衡管 路 ， 因此将 重点放 在对平衡 管路 的泄漏 监测 上。 在全线 2 2架轧机的每一架次 的垫块平衡管路外 壁上安装 1个 测温 电阻 P t l O 0 ， 测温 电 阻采 用接 触式安装 ， 测温信号接入 P L C的模拟量输入模 板 ， 采集到的温度在 P L C内进行处理。 首先 ， 采用“ 优化平均值法 ” 确定不泄漏管路 的温度基准值 1 对测量的温度值进行预筛选 ， 将不在合 理温度 区间 石钢轧钢厂车间内的年气温 变化幅 度为 一 2 0～ 5 0℃ 的测量值判定为无效值 ， 予以 剔除， 只有有效值参与后续计算。 2 对各 区域 、 各 架次 的垫 块平衡 管路进 行 分组 6～8架轧 机 为 l组 。由于统 计 显示 ， 区 域 内单架次泄漏 的几率为 9 0 ％ ， 2个架次 同时发 生泄漏 的几率 约为 9 ％ ， 3个架 次 同时出现 泄漏 的几率几乎为0 ， 因此对组内测量温度按大小进 行排序后 ， 为 了避免 测 量误 差 对识 别 结 果 的影 响， 除去 2个 最大温度 和 2个 最小 温度 ， 将 剩余 的温度值求和后再取平均值， 该平均温度即为该 区域对应架次不泄漏管路温度基准值。 然后， 将各架次平衡管路温度与不泄漏管路 温度基准值相比得出温升幅度， 再与设定温升幅 度进行 比较 ， 若高于设定则立 即在人机 画面上显 示报警 。 在环境 温度 2 0 c C时 ， 对轧机 平衡 管路 的泄 漏程度 、 对应的温升 幅度 、 系统反应 时间 识别 时 间 的统计见表 1 。 表 1 平衡 管路泄 漏程度 、 温升 幅度 、 识别时 间统计表 Ta b l e 1 S t a t i s t i c s t a b l e o f b a l a n c e p i p e ’ S l e a k a g e d e g r e e ， o i l t e mp e r a t u r e r i s e r a n g e a n d i d e n t i f i c a t i o n t i me 如表 1所示 ， 当某一架次 管路 温度 比基准温 度高 3℃ 报 警 门槛值 ， 实际应 用 时该值 可调 时 ， 说 明该管路 已经存 在较大 泄漏 ， 系统 立 即在 人机界面上产生红色报警信息 ， 提示维护人员对 该架次的平衡管路择 时进行检查 和处 理 ； 如果 高 于 6 oC 实际应用时可调 ， 则立即产生棕色报警 信息， 提示该管路已经发生严重泄漏 ， 必须立即 停车处理。由此解决 了泄漏 发现 晚和 泄漏点查 找 困难的问题 。 各架次液压 平衡 管路温 度在 人机界 面上 以 棒 图实时显示 ， 如图 3所示 。即使泄漏量 没有达 到报警门槛值 ， 点检人员也能够根据棒图显示的 温度高低对 现场各管路的泄漏 情况一 目了然 ， 例 如 ， 图中显示 1 6号 轧机垫 块平衡 管路 温度 已超 限 ， 画面顶端立 即出现报警信息。 4 系统优点和应用效果 总量泄漏识 别优点如下 1 对整个液 压系 统油品泄漏 的监测实现全覆盖 ， 无死角 ； 2 可根 据液压系统规模和生产实 际灵活设置监测参 数 ， 对不同液压系统的适 应性强 ； 3 该检测方 式可 用于各种封闭循环液体介质系统的泄漏检测 。 液压易泄漏部 位识别优点 如下 1 采用 温 升幅度 比较法和分组计算判断法 ， 消除了不 同季