rh真空系统故障诊断

rh真空系统故障诊断rh真空系统故障诊断第1页目次1问题提出及可行性分析2RH-KTB真空设备抽气性能影响原因3RH-KTB真空设备在线监测系统4RH-KTB真空设备故障诊疗教授系统5RH-KTB真空设备教授系统评价rh真空系统故障诊断第2页1问题提出及其可行性分析1)RH-KTB真空系统宝钢RH-KTB炉外精炼设备从日本引进，由四级水蒸气喷射泵串联组成，并有两级开启泵，次序开启，以压力为控制对象，可自动控制，也可手动控制。rh真空系统故障诊断第3页

RH-KTB真空设备结构rh真空系统故障诊断第4页设备开启模式RH-KTB真空炉外精炼设备开启模式：为确保钢水充分除气、合金化，确保浇注温度等，水蒸气喷射泵按下表次序开启：开启模式4A+4B4A+4B+3A+3B4A+3A+S24A+3A+S2+S1工作时间min0-1.51.5-3.53.5-5.86以上入口压力KPa100-2828-7.57.5-0.60.6-0.06rh真空系统故障诊断第5页设备特点设备庞大，组成复杂；是炼钢过程中关键设备，关系到生产产量；一旦出现故障，人工排查十分困难，时间上也不允许；影响设备运行原因多，相互关联，故障诊疗困难，普通用户难以处理．rh真空系统故障诊断第6页2)问题确实定要处理问题：设备运行状态监测、故障诊疗；包括内容：

监测系统软、硬件，教授系统软件；包含子问题：设备运行影响原因；运行状态参数阈值确实定；故障原因分析及处理方法；

rh真空系统故障诊断第7页需要知识水蒸气喷射泵抽气理论；现场设备运行数据分析；现场操作者经验；教授经验；rh真空系统故障诊断第8页动态原因：工作介质参数随四季，随设备使用环境改变；问题难度：现场操作人员难于处理，教授能够给出合理提议；求解效率：在线完成，响应时间短；难度所在：对设备熟悉程度；与教授充分沟通；各原因间相互影响；传感器准确性确保；软件开发技术，用户接收能力；问题定位rh真空系统故障诊断第9页3)可行性分析满足ExpertSystem(ＥＳ)开发基础条件：尚无理论算法完全处理问题；存在领域教授；知识表示可被计算机接收；难度适中；专业问题；rh真空系统故障诊断第10页3)可行性分析(2)很强实用性：以较小投入，取得可观经济效益；提升设备安全性，可靠性，实现自动化和智能化；计算机技术可实现：满足快速响应，在线工作所需硬件条件；专职开发人员，在要求时间内可完成开发。rh真空系统故障诊断第11页小结RH-KTB真空设备在线监测与故障诊疗问题满足ＥＳ开发基础条件，有很强实用性，人力、物力以及计算机技术可实现。rh真空系统故障诊断第12页２RH-KTB真空系统抽气性能影响原因1）喷射泵抽气原理和特点：高压水蒸气经拉瓦尔喷嘴取得超音速气流，实现减压增速，将压力能转化为动能，在混合室内进行动量和能量交换，进入扩压器，实现动能向压力能转换，最终排到大气或前级泵中。气体在喷射泵中流动可用气体动力学理论连续性方程，动量方程，能量方程进行描述；rh真空系统故障诊断第13页喷射泵特点和应用含有结构简单、工作稳定可靠、抽气量大，能够抽出含有水蒸气、粉尘、易燃、易爆以及腐蚀性气体特点。广泛应用于冶金、化工、食品、制药等过程工业领域。缺点：能量损失较大，抽气效率不高。rh真空系统故障诊断第14页2)单级喷射泵单级泵由喷嘴、混合室、扩压器组成。rh真空系统故障诊断第15页单级喷射泵结构组成喷嘴是喷射泵关键个别,高压蒸汽经喷嘴减压增速,取得超音速气流,用以携带被抽气体；混合室为蒸汽射流和被抽气体能量和动量交换提供空间,使二者压力和速度趋于一致；扩压器将混合气体减速增压,使之能够克服出口反压,将混合气体排到大气中或被前级泵抽走。rh真空系统故障诊断第16页第一级喷射器实物图片rh真空系统故障诊断第17页单级泵中气体流动规律rh真空系统故障诊断第18页喷射泵性能与背压关系2023/4/2619rh真空系统故障诊断第19页水蒸气喷射泵性能及其影响原因抽气量，工作真空度；可归结为：压缩比引射系数膨胀比三者函数关系有各种计算方法，但仅适合用于特定使用条件和环境，尚无统一普适性计算方法，往往需要与试验结合。

rh真空系统故障诊断第20页3）多级喷射泵系统

各级泵（串联或并联），冷凝器，管路，阀门，检测控制系统。rh真空系统故障诊断第21页

为了取得更高真空度，将多级水蒸气喷射泵串联起来工作，中间还设有冷凝器。多级喷射泵和中间冷凝器、管路、阀门以及电控个别等组成了水蒸气喷射泵系统.为缩短泵开启时间，要设置开启泵，为预防第一级泵膨胀而结冰，在扩压器要有加热套.多级泵结构组成rh真空系统故障诊断第22页冷凝器（混合式）结构rh真空系统故障诊断第23页设置开启泵喷射泵系统rh真空系统故障诊断第24页多级泵中蒸汽加热套rh真空系统故障诊断第25页4）喷射泵系统性能影响原因

(1)工作介质状态参数：水蒸气、冷却水压力、流量、温度；当工作水蒸气压力、温度、流量过高时，冷凝器冷凝效果难以确保，泵系统工作稳定性将受影响；当工作水蒸气压力、温度、流量过低时，各级泵抽气能力将受到影响；当冷却水压力、流量过低时，温度过高时，冷凝器冷凝效果不能确保，泵系统工作稳定性和抽气能力将受到影响。rh真空系统故障诊断第26页喷射泵系统性能影响原因（2）(2)气体负荷：被抽气体压力、流量、温度；各级泵，冷凝器，阀门等密封处漏气量；泵抽气量（气体负荷）与取得真空度相关，当气体负荷过大时，泵系统真空度将下降，不能满足工艺要求。rh真空系统故障诊断第27页喷射泵系统性能影响原因（3）(3)主要零部件磨损：

各级泵喷嘴几何尺寸与泵性能亲密相关，因为粉尘堆积或气流冲刷，会引发尺寸改变，将影响泵抽气性能。rh真空系统故障诊断第28页RH-KTB真空系统故障当上述参量值超出设计值时，真空设备可能发生故障。RH-KTB真空设备故障表现为：在工作过程中，在要求时间内，达不到要求真空度。

rh真空系统故障诊断第29页小结RH-KTB真空设备性能影响原因：

(1)工作介质状态参数

(2)气体负荷

(3)主要零部件磨损rh真空系统故障诊断第30页3RH-KTB真空设备在线监测系统监测信号共设29个，其中14个开关量信号（K0-K13）和15个模拟量信号（P0,PW,Pg,TW,T1,T2,Tg,FW,Fg，P1-P5，T0）。1）监测内容和监测点选定rh真空系统故障诊断第31页2）硬件组成rh真空系统故障诊断第32页3）监测软件主界面rh真空系统故障诊断第33页数据采集与处理rh真空系统故障诊断第34页数据接收与显示

rh真空系统故障诊断第35页各监测参数阈值确实定

数据处理软件主界面rh真空系统故障诊断第36页监测参数初始阈值rh真空系统故障诊断第37页数据查询与打印rh真空系统故障诊断第38页运行状态分析与汇报rh真空系统故障诊断第39页小结对RH-KTB真空设备性能影响原因进行分析，确定监测系统方案，完成在线监测系统硬件组织和软件编制，能够实现对设备监测点数据采集、显示、存放、查询、打印；对采集数据进行处理和分析,确定监测点监测域值，含有对监测点超限提醒和报警功效，并给出运行状态汇报。rh真空系统故障诊断第40页4RH-KTB真空系统故障诊疗1）教授系统概述2）故障模式与原因分析3）教授系统组成4）教授系统软件5）教授系统软件离线测试rh真空系统故障诊断第41页传统程序设计方法限制传统程序设计方法：数据＋算法＝程序在处理科学计算中非常有效，但在人类知识处理方面存在一些限制：（1）缺乏灵活性从已知数据推出新数据，再由得出数据推算出新数据。所以，数据被推出次序是已知。rh真空系统故障诊断第42页传统程序设计方法限制传统程序执行次序是程序驱动(Programdriven)过程，下一步将发生什么都由程序预订好了。所以，它只能做那些大家制订事情，这种预定性和被动性与人思维过程灵活性、主动性截然不一样，难以恰当模拟人推理过程。rh真空系统故障诊断第43页传统程序设计方法限制（2）（2）缺乏不准确推理传统程序中数据和知识是准确，事物关系要么存在，要么不存在。现实生活中知识大个别是含糊，但大家总能从中以一定可能性得出结论，即不准确推理。传统程序中普通不考虑不准确推理过程，要实现不准确推理是困难。rh真空系统故障诊断第44页传统程序设计方法限制（3）（3）缺乏适当算法传统程序不适合基于知识问题求解。对于实际问题，要检验问题全部可能状态算法可能会造成“组合爆炸”，从而不可管理。*综上，传统程序设计方法不能有效地处理人类知识，所以造成基于知识程序设计（KnowledgeBasedProgramming）方法—教授系统出现。rh真空系统故障诊断第45页1）教授系统概述教授系统：ExpertSystem(ES)是一个含有大量专门知识计算机智能信息系统，它利用知识和推理技术来求解和模拟通常要由人类教授才能处理各种复杂、详细问题。教授系统双重性：（1）模仿人类推理意愿—智能性（2）处理详细问题必要性rh真空系统故障诊断第46页教授系统组成教授系统使用基于知识程序设计方法，有一个巨大知识库，储存某一领域专门知识，还有一个推理机构，教授系统结论，是利用内部知识进行推理得到。知识库和推理机是教授系统关键：知识+推理=系统实际上，完整教授系统由四个别组成：知识库、推理机、知识获取个别、解释界面rh真空系统故障诊断第47页教授系统组成rh真空系统故障诊断第48页教授系统优劣判据教授系统具备知识多寡，是判断教授系统优劣主要依据。所以，教授系统也称为“知识系统”（KnowledgeBasedSystem）。实际上，教授系统优劣与知识结构亲密相关。因为，优化知识结构是知识有效利用关键。rh真空系统故障诊断第49页教授系统意义基于知识系统是人工智能（ArtificialIntelligence）从科学研究走向实际应用，从普通思维方法探讨转入专门知识利用重大突破，即由计算机数值运算到逻辑推理飞跃。rh真空系统故障诊断第50页教授系统两大特征（1）处理那些需要教授处理实际、详细问题，而教授知识和经验是处理问题关键。（2）模仿人类推理方式来求解问题，与数据库系统不一样，与传统计算程序不一样。rh真空系统故障诊断第51页教授系统三大功效（1）处理没有严格数学模型问题，求解含糊性、概率性问题，求解传统计算程序难以求解问题。传统软件—按次序排列指令来运行，是次序动作集合，关心“怎么做”。教授系统—从知识出发，利用推理来求解问题，关心“做什么”。知识是教授系统关键。rh真空系统故障诊断第52页教授系统三大功效（2）（2）学习功效—自学习、机器学习教授是那些含有丰富知识和实践经验大家。能处理普通人无法很好处理问题。人之所以成为教授，在于其本身不停学习和知识积累，而且不停进行知识更新。教授系统应具备知识积累和知识更新功效，即自学习功效。rh真空系统故障诊断第53页教授系统三大功效（2）机器学习是人工智能中最具智能特征个别。严格地讲，没有学习功效系统不能认为是智能系统。教授系统经过机器学习，使其处理问题能力得到提升。教授知识和经验储存于教授系统知识库中，知识库应含有开放性（人工输入知识）和自积累能力（机器学习）。rh真空系统故障诊断第54页教授系统三大功效（3）（3）解释功效教授系统对得出推论、提议等推理过程能进行解释，能够帮助用户处理和处理问题，提升用户对问题了解。rh真空系统故障诊断第55页

推理机依据系统接收到信息，利用知识库中知识，按照一定推理策略，处理当前问题。已知知识+规则新事实（结论或新知识）推理机包含：推理方法和控制策略。rh真空系统故障诊断第56页推理方法推理方法：准确推理、不准确推理准确推理：原因和结果有必定联络rh真空系统故障诊断第57页推理策略（1）正向推理从初始条件目标状态（结论、结果）（2）反向推理从目标状态初始状态（数据、条件）（3）混合推理从初始条件目标状态*正向推力用于预测分析、趋势分析，从现实状况看未来；*反向推力用于故障诊疗，从结果找原因。rh真空系统故障诊断第58页

解释系统解释推理过程，让用户了解得到结论依据，回答用户提出问题。rh真空系统故障诊断第59页教授系统特点和适用领域教授系统特点传统程序—数据+算法教授系统—知识+知识应用（1）专业性只限于求解某一领域专门问题。（2）不确定性求解不能用准确数学模型描述、更多地依赖经验知识问题。rh真空系统故障诊断第60页教授系统特点和适用领域（3）可修正性知识库与推理机分离，能够修正知识库而不影响整个系统，所以，含有灵活性；而且，经过知识库修正，能够提升系统工作能力，所以，含有成长性和可进化性。（4）可信性经过解释系统，用户了解推理过程，所以，含有透明性。（5）实用性和高效性rh真空系统故障诊断第61页2）RH-KTB故障模式与原因分析故障定义：在工作过程中，在要求时间内，达不到要求稳定真空度。宝钢RH-KTB真空炉外精炼设备开启模式：为确保钢水充分除气、合金化，确保浇注温度等，水蒸气喷射泵必须按下表所列：rh真空系统故障诊断第62页设备开启模式开启模式4A+4B4A+4B+3A+3B4A+3A+S24A+3A+S2+S1工作时间min0-1.51.5-3.53.5-5.86以上入口压力KPa100-2828-7.57.5-0.60.6-0.06rh真空系统故障诊断第63页RH-KTB真空设备故障原因分析真空室泄漏量大（包含真空室体、顶枪、伸缩节处动密封、合金料仓等处泄漏）；系统外漏量大（包含管路、泵体、冷凝器被腐蚀击穿、连接法兰等处泄漏）；系统内漏量大（包含蒸汽阀门、连接法兰等处蒸汽泄漏）；冷凝水参数达不到设计要求；工作蒸汽参数达不到设计值；泵喷嘴因磨损、堵塞等原因，使泵功效退化。rh真空系统故障诊断第64页3)教授系统组成（1）知识表示：采取产生式规则假如泵已开启，且工作蒸汽压力或温度或流量低于下限或下下限，那么，可能引发泵性能下降，或仪表读数有误；假如泵已开启，且冷凝水入水温度高于上限或上上限，或流量或压力低于下限或下下限，那么，可能引发泵性能下降，或仪表读数有误；rh真空系统故障诊断第65页产生式规则知识表示假如泵已开启，且蒸汽、冷凝水参数正常，抽气时间长于上限或上上限，且前级泵或系统入口压力高于上限或上上限，那么，泵或真空室存在漏气，或仪表读数有误；rh真空系统故障诊断第66页教授系统知识库形式rh真空系统故障诊断第67页教授系统知识更新-机器自学习

自学习内容：各监测参数阈值。学习方法：假如泵已开启，且冷凝水参数超限，且P1或P0正常，那么，冷凝水参数上限或上上限上扩。假如泵已开启，且蒸汽参数超限，且P1或P0正常，那么，蒸汽参数下限或下下限下延；rh真空系统故障诊断第68页Y设备运行各测点参数测量、统计及显示P1超限否其它参数超限开启自学习程序修正参数上下限统计修正前后数值及发生时间精炼结束YNY开启故障诊疗程序显示、存放故障诊疗结果及故障处理提议NN机器自学习框图

停泵rh真空系统故障诊断第69页（2）推理模式采取混合推理模式。正向推理：不论设备工作是否正常，教授系统都对工作介质参数状态进行时时评价，超限则报警/提醒；逆向推理：当各级泵入口压力参数达不到要求需进行故障诊疗，找出故障可能原因。

rh真空系统故障诊断第70页泵开启4A+4B4A+4B+3A+3B4A+3A+S24A+4B+S2+S1统计冷却水参数Gwat、Pwat、Twat统计蒸汽参数Gvap、Pvap、T0vap入泵气体温度T0统计泵入口压力P1、P2、P3、P4统计抽气时间Tpump统计水池压力P5停泵状态正常超限提醒或报警状态正常超限报警故障诊疗泵系统运行检测框图rh真空系统故障诊断第71页（3）状态分析与故障诊疗

A判断真空系统是否工作；B判断真空系统抽气是否正常；C检验水蒸汽喷射泵工作介质参数状态；D检验压力传感器准确性；E计算各级压缩比；F提取故障知识库中可能故障原因，分析故障可能原因；G总结全部故障原因，给出故障诊疗意见；rh真空系统故障诊断第72页（3）状态分析与故障诊疗（2）H归纳全部故障可能原因，依据置信度大小，在解释界面中列出引发故障可能原因、解释推理过程、以及给出故障排除方法。rh真空系统故障诊断第73页教授系统工作流程图rh真空系统故障诊断第74页（4）故障诊疗汇报设备发生故障时，教授系统即时进行故障诊疗，并将诊疗结果形成故障诊疗汇报。汇报内容包含：故障可能原因，提议处理意见以及相关解释。“故障原因”依据可能性大小来排列；“处理意见”则给出对应提议；“解释”个别向用户介绍故障诊疗推理过程。

rh真空系统故障诊断第75页故障诊疗汇报（2）rh真空系统故障诊断第76页4）教授系统软件（1）软件组成用VB6.0配合“组态王”5.1工控软件，在Windows98平台上运行。“组态王”主要完成板卡信号接收和转换，对数据范围进行简单处理，并将数据传送到VB中。rh真空系统故障诊断第77页软件组成个别及相互关系rh真空系统故障诊断第78页总体流程控制；用户管理；数据采集接收；泵系统组成；数据分析处理存放；数据查询报表打印；知识库；推理机；系统状态分析；系统故障分析及帮助系统。软件11个模块rh真空系统故障诊断第79页软件模块与流程rh真空系统故障诊断第80页（2）软件主界面及功效

由七个按钮组成：真空系统、传感器布置图、接收数据、状态判断、故障诊疗、数据查询、用户管理。rh真空系统故障诊断第81页5）教授系统软件离线测试为发觉软件运行过程中问题，调整各模块之间协调关系；为用户了解软件功效、使用好软件。rh真空系统故障诊断第82页软件离线测试软件rh真空系统故障诊断第83页5RH-KTB真空系统教授系统评价宝钢RH-KTB炉外精炼真空设备是炼钢部关键设备之一，真空设备监测与故障诊疗研究与软件开发对于监测设备运行状态，提升故障诊疗效率和准确性含有主要意义。经过一年多时间研究、开发、硬件安装及软件运行，到达预期目标。rh真空系统故障诊断第84页RH-KTB真空系统教授系统评价(1)在广泛调查、深入了解RH-KTB真空设备结构特征和实际工作情况基础上，确定了真空设备监测系统方案，在RH-KTB真空设备上建立了29个测点监测硬件系统；rh真空系统故障诊断第85页RH-KTB真空系统教授系统评价(2)由检测元件采集现场非电量信号（温度、压力、流量、开关量），经过数据采集卡（模/数转换卡、I/O卡）将现场信号转换成数字信号，经过数据处理软件（组态王5.1）将数据传送到监测软件数据处理系统中，进行数据存放与显示，形成教授系统数据库，实现对真空设备运行状态时时监测；rh真空系统故障诊断第86页3）RH-KTB真空设备中任一被监测参数超限时，监测系统主画面上对应点虚拟传感器以颜色改变来报警，并给出状态分析汇报；4）监测硬件系统经现场运行，工作稳定、可靠，软件界面简练、直观，数据历史查询、打印方便；RH-KTB真空系统教授系统评价(3)rh真空系统故障诊断第87页5）在理论研究和对大量现场数据分析基础上，广泛搜集教授与现场操作人员实际经验，并结合设备实际，建立了教授系统