劉志強，李富才，陳 凱，謝萬強，全基哲，陳孝明

（1.上海交通大學機械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室，上海200240；2.寶鋼股份 研究院，上海201900）

冷軋機組振動數(shù)據(jù)采集與報警判斷系統(tǒng)

劉志強1，李富才1，陳 凱1，謝萬強1，全基哲2，陳孝明2

（1.上海交通大學機械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室，上海200240；2.寶鋼股份 研究院，上海201900）

冷軋機組軋鋼過程中，機架振動會導致鋼板上產(chǎn)生振紋，影響產(chǎn)品質(zhì)量?；诖?，開發(fā)了軋機振動監(jiān)測與報警系統(tǒng)，以便在軋制過程中，當冷軋鋼板出現(xiàn)振紋時及時報警并將報警位置等信息存儲。首先根據(jù)測試內(nèi)容，決定需要采集軋機振動、軋制速度、軋制距離、剪切信號，然后搭建系統(tǒng)。在設置采樣參數(shù)及報警參數(shù)的基礎上，實時采集軋機機架振動、軋制速度以及軋制距離信號，根據(jù)軋制速度將軋機振動原始信號分頻段后統(tǒng)計與報警值比較，判斷其是否超標，如果超標，則記錄報警的機架、頻段以及始末位置。以鋼卷號命名每卷原始數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)，如果有報警則保存報警數(shù)據(jù)。經(jīng)長時間測試，該系統(tǒng)能夠有效監(jiān)測軋機振動狀況以及準確做出報警判斷。

振動與波；軋機振動；數(shù)據(jù)采集；信號處理；報警判斷

軋機振動是軋制過程中普遍存在的問題之一[1]，給生產(chǎn)帶來嚴重的問題。一般而言，帶鋼強度越高，材料硬度越大，軋制速度越快，軋制過程中振動就越大[2]，而振動的增加嚴重影響產(chǎn)品的質(zhì)量，最突出的表現(xiàn)是由軋機振動引起的表面振動紋，嚴重時甚至引起帶鋼等斷裂，對生產(chǎn)的連續(xù)性以及其他方面帶來嚴重的不利影響。隨著汽車等行業(yè)產(chǎn)品的輕量化，材料強度提高與硬度增加，軋制產(chǎn)品的表面質(zhì)量要求提高，生產(chǎn)工藝的進步以及社會需求的加大，軋制速度越來越快，軋機振動問題就更加突出。

根據(jù)振動的成因，可分為受迫振動與自激振動。受迫振動，可以通過提高工藝系統(tǒng)的剛度和阻尼、采取隔振與減振裝置等方式降低。軋機自激振動產(chǎn)生的原因比較復雜，按照振動表現(xiàn)出來的現(xiàn)象可分為兩大類，軋機主傳動系統(tǒng)引起的扭轉(zhuǎn)振動與軋機垂直系統(tǒng)振動[1，2，4]。扭轉(zhuǎn)振動的成因比較多，傳動部件缺陷[5]，外界干擾引起的沖擊[6]，軋輥打滑[7]，電機運轉(zhuǎn)電流諧波形成的諧波轉(zhuǎn)矩及其反饋回路通過控制回路放大引起的振動[8]，軸的不平衡與重力、慣性力耦合導致周期性振動等。軋機垂直振動原因也比較復雜，比如張力波動[9]，乳化液穩(wěn)定性變化以及油膜失穩(wěn)[10]，結(jié)構(gòu)缺陷[11]等。軋機軋制速度加快以及連續(xù)作業(yè)，軋機垂直振動的問題更加突出。軋機機組各個機架不是單獨工作，各機架振動相互耦合，使得軋機振動機理、原因更加復雜，冷軋機組振動這個難題暫時難以徹底解決。

鑒于軋機振動這個難題帶來很大的不利影響，成因比較復雜，目前難以徹底解決，所以對軋機機組振動數(shù)據(jù)采集，通過在線實時分析判斷其是否報警，顯得尤為重要。軋機振動在線監(jiān)測，能夠降低成本，減少檢修、維修時間，提高企業(yè)生產(chǎn)效率。

本研究通過對軋機機架振動、軋制速度、軋制距離以及剪切信號采集，根據(jù)軋制速度范圍，將每個機架振動信號分成低頻、中頻與高頻三部分，分別統(tǒng)計其有效值，然后分別與設置的報警值比較大小以判斷是否報警，如果報警則提示報警，以及記錄出現(xiàn)報警的機架、頻段與始末位置。

1 系統(tǒng)搭建

VB.NET是微軟（Microsoft）公司.NET戰(zhàn)略計劃的重要組成部分，它一種為高效地生成類型安全應用程序而設計的語言[12]。該語言能夠輕松實現(xiàn)多線程（Multi-Thread）技術(shù)、面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）技術(shù)、結(jié)構(gòu)化處理（Structured-handling）技術(shù)等[12]。鑒于VB.NET這些優(yōu)點，所以該系統(tǒng)基于它進行開發(fā)。

首先分析系統(tǒng)需要采集數(shù)據(jù)所需要包含的數(shù)據(jù)內(nèi)容，在此基礎上尋找采集的方法，進而基于VB.NET搭建系統(tǒng)。

1.1 采集數(shù)據(jù)內(nèi)容及方法

由于軋機振動與軋制速度必然有聯(lián)系，系統(tǒng)除了需要對冷軋機組振動信號采集以外，還必須對軋制速度進行采集。為了獲得報警的起始于結(jié)束的準確位置，還需以軋制過程中的冷卷鋼剪切為基準，采集軋制距離信號與剪切信號。

（1）軋機振動信號采集

工業(yè)中常用的加速度傳感器主要有ICP型加速度傳感器[13]與壓電式加速度傳感器[14]等。ICP型加速度傳感器工作時需外界提供一個直流電源，輸出電壓范圍一般為±5V的電壓信號，這種標準電壓信號通常只能無衰減地傳輸較短的距離（一般在50 m以內(nèi)），不適合遠距離輸出，而本系統(tǒng)中，機架與主控室的布線距離約150 m。壓電式加速度傳感器，輸出為電荷量，可以無衰減地傳輸較遠的距離，通過數(shù)據(jù)采集器前端放置的電荷放大器將其傳感器輸出轉(zhuǎn)換成電壓信號，從而解決遠距離信號無失真的傳輸問題。本系統(tǒng)采用的是JF102加速度傳感器，其靈敏度為100 pC/g。傳感器靈敏度是固定的，而電荷放大器相關參數(shù)可人為設置，在設置電荷放大器的增益參數(shù)以及設置靈敏度參數(shù)的基礎上，通過數(shù)據(jù)采集儀器采集電壓信號，根據(jù)式就可以反推軋機振動的加速度大小。在電壓信號進入數(shù)據(jù)采集儀器之前，用電荷放大器將高頻信號濾掉，以避免混疊，影響后續(xù)信號采集。

（2）軋制速度信號采集

5#機架與4#機架振動對于冷軋產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響，1#～3#機架對產(chǎn)品質(zhì)量的影響相對較小，所以只對5#機架與4#機架的軋制速度信號實時采集。通過傳感器將5#軋機與4#軋機的電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為電流信號。軋機傳動部件是固定的，即傳動比是確定的，在忽略軋制過程中彈性滑動的前提下，即可根據(jù)式(2)通過電流值轉(zhuǎn)化為軋制速度大小。

（3）軋制距離信號采集

軋制距離測量，是通過檢測5#機架附近板型輥編碼器產(chǎn)生的高低脈沖電平信號的上升沿來測量。每個脈沖信號代表固定的軋機距離，以上一冷卷鋼的剪切信號作為此冷卷鋼的軋制距離的零點，通過檢測脈沖上升沿個數(shù)即可得到軋制距離。

（4）剪切信號采集

剪切信號電路的狀態(tài)隨剪切刀具的狀態(tài)變化。軋制完一卷鋼剪切時，繼電器閉合，進入數(shù)據(jù)采集儀器信號為高電平；非剪切狀態(tài)時，繼電器斷開，進入數(shù)據(jù)采集儀器信號為低電平。通過檢測此脈沖信號判斷是否剪切以及產(chǎn)生新的鋼卷。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在數(shù)據(jù)采集方法選擇好后，搭建的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如

圖1所示。軋制過程中，熱卷鋼從1#軋機進入，冷卷鋼成品從5#軋機出來。利用壓電式加速度傳感器采集軋機的振動信號，將加速度信號轉(zhuǎn)化為電荷，經(jīng)過電荷放大器轉(zhuǎn)化為電壓輸入給數(shù)據(jù)采集儀器。將5#與4#軋制速度信號轉(zhuǎn)化為電流信號輸入給數(shù)據(jù)采集儀器。為了獲得報警始末位置，在5#機架附近，采集板型輥編碼器產(chǎn)生的高低脈沖信號，通過檢測此數(shù)字信號的上升沿測量軋制距離。軋制完一卷鋼，產(chǎn)生剪切脈沖信號，通過檢測此信號是否產(chǎn)生新的脈沖來判斷是否軋制完一卷冷卷鋼。軋制完一卷冷卷鋼，進行剪切，保存數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)庫中獲得冷卷號以命名文件。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在前面的基礎上，基于VB.NET開發(fā)的系統(tǒng)，包含三個功能區(qū)域：菜單欄、顯示內(nèi)容選取區(qū)域與圖形顯示區(qū)域。菜單欄包含設置系統(tǒng)配置、采樣、顯示、報警等參數(shù)，顯示最近卷與當前卷報警信息，以及采集數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)回放等功能。顯示內(nèi)容選擇區(qū)域包含切換實時采集數(shù)據(jù)顯示內(nèi)容及歷史數(shù)據(jù)回放內(nèi)容。圖形顯示區(qū)域用于顯示實時采集的數(shù)據(jù)或者歷史數(shù)據(jù)。

2 采樣參數(shù)選擇

此系統(tǒng)是在線實時工作，并且軋機軋制速度可達到1 400 m/min，更先進的軋機軋制速度可能更快，所以在采集過程中，數(shù)據(jù)除了要保證誤差較小，還得保證連續(xù)性，防止數(shù)據(jù)丟失，特別要避免產(chǎn)生累計誤差，否則每卷鋼的數(shù)據(jù)以及上一卷鋼與下一卷鋼之間的數(shù)據(jù)偏差可能隨著時間增加而不斷累加，導致數(shù)據(jù)有效性不斷降低，甚至完全失效。在數(shù)據(jù)采集過程中，軋機振動與軋制速度信號為模擬信號，在設置好采樣參數(shù)的基礎上，一幀一幀地采集，數(shù)據(jù)前后幀之間數(shù)據(jù)連續(xù)，以剪切信號為分界點，以追加的方式存儲在文件中，保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

從本質(zhì)上講，帶鋼振動紋是由軋機的顫振引起，最主要的就是高頻垂直振動。對于軋機的正常高速軋制工作狀態(tài)下的高頻垂直振動，有些國內(nèi)外學者將其分為基頻、三倍頻振動與五倍頻振動[1,15，16]，它們范圍通常分別在40 Hz～100 Hz，180 Hz～360 Hz，500 Hz～700 Hz之間，它們都可能會導致帶鋼表面產(chǎn)生振動紋?；l振動影響相對較小，但可能會引起厚度不均與表面波動。三倍頻振動[1]具有突發(fā)的特征，通常在幾秒內(nèi)集聚大量能量，產(chǎn)生大幅振動，常伴有嘯叫聲，易造成明顯的厚度不均，嚴重時甚至引起帶鋼斷裂，可通過急劇降速以緩解。五倍頻振動[1]通常是一個漸進過程，不是突發(fā)的，雖然不會引起明顯的厚度差，但會在帶鋼表面引起明顯的表面條紋，影響帶鋼表面質(zhì)量，由于它是漸進發(fā)生，所以不易察覺，必須及時提醒報警，以防止惡化，造成較大損失。

根據(jù)Nyquist采樣定理，采樣頻率頻率要為信號最高頻率的兩倍以上時，采樣之后的數(shù)字信號才能完整地保留了原始信號中的信息。在實際工程應用中，通常采樣頻率為原始信號最高頻率的5—7倍，設置太高則計算量比較大，對電腦配置比較高，設置略大于或等于2.56倍，雖能夠分析出其頻譜特征，但對于信號的高頻部分得到的頻譜幅值與實際情況相差較大。采樣頻率提供三個選項，分別為2 560 Hz、3 072 Hz和5 120 Hz，既能覆蓋軋機振動全部信息，且不是很大，對電腦配置要求也不是特別高。采樣點數(shù)直接決定采集的信號長度，設置太低，顯示信號太短，得到的信息比較少；設置太高，計算量比較大，且圖像刷新比較慢。采樣點數(shù)提供1 024與2 048兩個選項，圖形顯示比較適中，且計算量也不是很大。采樣參數(shù)提供的選項不多，可以減少人為地選擇不合適的參數(shù)。

軋制距離信號與剪切信號為數(shù)字信號，通過檢測脈沖上升沿來計數(shù)。以剪切信號為基礎，使用VB.NET自帶的timer控件，采用系統(tǒng)默認的參數(shù)，每隔1/18 s記錄當前脈沖數(shù)目以及時間，這樣即使軋機處于最大軋制速度（1 400 m/min）時，軋機距離數(shù)據(jù)最大丟失約為1 m，且不會產(chǎn)生累計誤差。

3 信號處理與報警判斷

采集信號后，5#與4#機架軋對產(chǎn)品的最終質(zhì)量產(chǎn)生明顯影響，軋制速度比較快，根據(jù)其軋制速度進行分頻處理，其余三個機架直接分頻處理，然后統(tǒng)計分頻后的各個機架、頻段信號，與報警值比較，判斷其是否報警，如果報警則記錄報警始末位置。

3.1 信號分頻

振動信號進入電荷放大器，在電荷放大器處設置低通濾波參數(shù)。為避免混疊，通道上限頻率應小于采樣頻率的一半；同時為了獲取軋機振動信息，通道上限頻率應大于軋制振動五倍頻的上限范圍。對于采集的信號，根據(jù)軋機處于不同的軋制速度范圍，即可知道軋機振動各頻段范圍，將軋機振動原始信號分成低頻、中頻與高頻，分別包含基頻、三倍頻與五倍頻振動信號。將信號分頻的方法比較多，濾波[17]、小波變換[18]等，考慮到此系統(tǒng)需實現(xiàn)實時在線分頻，且各頻段范圍在不斷變換，計算量不能太大，所以選用濾波方法分頻。

理想帶通濾波器為

離散表達式為

其中ωl與ωh分別代表通帶下線與上限角頻率。

鑒于此系統(tǒng)實時在線系統(tǒng)，且分頻范圍隨軋制速度變化而改變，即濾波范圍不斷改變，所以選用窗函數(shù)法進行濾波分頻處理，該方法在程序設計方面比較簡單，相位是線性的，算法總是穩(wěn)定的[19—21]。

窗函數(shù)不僅對時域信息產(chǎn)生影響，同樣對頻域信息也產(chǎn)生影響。使用窗函數(shù)對原信號截短，窗函數(shù)的主瓣與旁瓣情況產(chǎn)生直接的影響，主瓣的寬度直接影響截短后的信息的頻域分辨率，而旁瓣峰值可能湮沒頻譜分量中較小的成分。在選擇窗函數(shù)時，應盡量選擇主瓣較窄，旁瓣較小的窗函數(shù)[19—21]。

旁瓣的漸進衰減速度直接也直接影響截短后的信號時域與頻域信息，選擇窗函數(shù)時應盡量選擇旁瓣衰減較快的。除了滿足以上條件，窗函數(shù)還得是非負的實偶函數(shù)，關于對稱中心非遞增，F(xiàn)ourier變化后盡可能使正的，漸進無偏的[19—21]。常見窗函數(shù)如表1所示，表中B、B0、A、D分別代表主瓣寬度、主瓣歸一化的幅值衰減到-3 dB的寬度、最大旁瓣幅值、旁瓣譜漸進衰減速度。

對比幾種窗函數(shù)的特征參數(shù)，選用窗寬為100的漢明窗（Hamming-window），其主瓣較窄，主瓣歸一化幅值衰減到-3 dB的寬度也比較小，旁瓣最大幅值很小，其表達式如式所示，時域與歸一化頻域圖像如圖2所示。濾波算法如式所示。

其中x(n)，y(n)分別為濾波前后的信號，?代表卷積。

表1 窗函數(shù)及其特征

圖2 漢明窗時域圖形及頻域圖形

3.2 信號統(tǒng)計分析

去除原始信號的直流偏量后，將信號分成低頻、中頻與高頻三組信號，分別代表基頻、三倍頻與五倍頻信號。5#與4#軋機處于不同的軋制速度區(qū)間范圍，低頻、中頻、高頻的分頻范圍也不同。將軋制速度分成5個區(qū)間，分別設置各個速度區(qū)間內(nèi)的低頻、中頻與高頻范圍進行設置。

正常工作狀態(tài)下，軋制速度為1 045 m/min時，5#機架的振動信息如圖3所示。由頻域圖像可得，在此軋制速度下振動主要集中在30 Hz～80 Hz，180 Hz～300 Hz，550 Hz～700 Hz之間，分別對應基頻振動、三倍頻振動、五倍頻振動。

離線點的信號數(shù)值大小變化范圍很大，且易受外界干擾，并不能體現(xiàn)軋機振動是否處于正常范圍內(nèi)，所以必須以一定時間范圍內(nèi)或者以一定長度的信號統(tǒng)計分析才能判斷其是否超出正常的范圍。本系統(tǒng)信號是以幀的形式采集，幀與幀之間信號連續(xù),一幀信號的長度由采樣頻率域采樣點數(shù)共同決定。在統(tǒng)計分析過程中，對采集的每幀信號分頻濾波后統(tǒng)計分析。具體統(tǒng)計方式如式所示。

其中i=1,…5分別代表1#—5#機架，j=l，m，h分別代表低頻、中頻、高頻，ai,j,k代表原始信號濾波后的各通道、各頻段的值，代表各通道、頻段的有效值（即代表5#機架低頻有效值），N為采集的一幀數(shù)據(jù)信號點數(shù)。分頻之后的信號進行統(tǒng)計所得到有效值，以此作為判斷軋機振動是否超標。

圖3 5#機架振動信息

圖3 （續(xù)）5#機架振動信息

對于采集的每幀原始振動數(shù)據(jù)，分頻后根據(jù)式(7)，統(tǒng)計采集的各幀數(shù)據(jù)中各機架、各頻段的振動有效值。軋制的一卷振動沒有超標5#機架的統(tǒng)計信息圖像如圖4所示。軋制速度處于700 m/min～900 m/min時，低頻與中頻振動有效值突增，如果是在此速度段內(nèi)，由于軋制速度引起的相互耦合導致振動幅值突增，而且產(chǎn)品振動紋在合格范圍內(nèi)，則應將增加相應機架該速度段內(nèi)修正系數(shù)，以減少誤報警。

3.3 報警判斷

5#機架與4#機架報警參數(shù)，需分別設置各頻段的參考值與參考次數(shù)，并且將軋制速度分成五段，分別為A檔以下、A檔與B檔之間、B檔與C檔之間、C檔與D檔之間以及D檔以上，設置每檔的速度范圍及報警修正系數(shù)，其中，參考次數(shù)為連續(xù)采集信號的幾幀數(shù)據(jù)的有效值大于對應的報警值才提示報警，修正系數(shù)為根據(jù)其軋制速度對報警值進行調(diào)整的參數(shù)，各機架、頻段的報警值為相應的參考值與相應的修正系數(shù)的乘積。軋制速度在A檔與B檔之間、B檔與C檔之間及C檔與D檔之間，軋制速度每隔20 m/min，修正系數(shù)線性插值，A檔以下以及D檔以上修正系數(shù)保持不變。

如果5#機架A檔速度為200 m/min，修正系數(shù)為0.4，B檔速度為400 m/min，修正系數(shù)為0.6，低頻、中頻、高頻的報警參考值分別為0.3、0.35、0.4，則速度在335 m/min時修正系數(shù)為0.54，低頻、中頻、高頻的報警值分別為0.163、0.189、0.216。如果參考次數(shù)分別設置為3、4、3，低頻連續(xù)3次、或中頻連續(xù)4次、或高頻連續(xù)3次超過報警值則報警。

1#機、2#與3#機架，軋制速度相對較慢，對產(chǎn)品最終質(zhì)量影響不是很大，所以不根據(jù)軋制速度分頻，而是各機架分別直接按照同一參數(shù)分為低頻、中頻、高頻三板斧，各機架、各頻段的報警值直接等于相應的報警參考值，參考次數(shù)含義跟4#機架以及5#機架參考次數(shù)一致。

5#機架與4#機架的低頻、中頻、高頻范圍設置同對應的修正系數(shù)設置類似，根據(jù)在不同軋制速度區(qū)間內(nèi)基頻、三倍頻與五倍頻的頻率范圍進行設置。1#、2#與3#機架軋制速度不大，對于產(chǎn)品的最終質(zhì)量的直接影響不是特別大，所以不根據(jù)軋制速度設置分頻以及報警修正系數(shù)。當振動超標報警時，記錄報警始末位置并且發(fā)出報警聲，低頻、中頻、高頻的不同的報警聲音。具體的報警判斷及報警機架、頻段與始末位置記錄流程如圖5所示。

4 文件存儲

啟動儀器時，系統(tǒng)默認的參數(shù)為上次關閉時的參數(shù)，當軋制速度大于10 m/min且軋制距離大于10 m時，才認為是處于軋制狀態(tài)，創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)文件，以追加的形式往里邊寫入數(shù)據(jù)，否則處于非軋制狀態(tài)。剪切時，停止將數(shù)據(jù)寫入文件并關閉文件，并創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)文件，以追加的形式往里邊寫入數(shù)據(jù)。當軋制速度小于5 m/min或者20 s內(nèi)軋制距離小于10 m時，就認為已處于非軋制狀態(tài)，停止將數(shù)據(jù)寫入文件并關閉文件。建立的軋制狀態(tài)判斷機制，可以避免產(chǎn)生無效的數(shù)據(jù)，減少用戶查詢的不便。

圖4 5#機架振動統(tǒng)計信息及報警值

在設置的存儲的路徑下，以當前天的時間命名方式，形式如20140310，自動建立文件夾，里邊再建立兩個子文件夾，分別包含原始數(shù)據(jù)與統(tǒng)計數(shù)據(jù)，每個文件夾里包含一天的數(shù)據(jù)，以方便查閱數(shù)據(jù)文件。將文件創(chuàng)建時刻格式化為長度為14的字符串命名文件，形式如20140315093548，以追加的形式存儲數(shù)據(jù)。獲得剪切信號后，停止往此卷鋼數(shù)據(jù)文件寫入數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建新一卷鋼的數(shù)據(jù)文件，從數(shù)據(jù)庫中取得冷卷號，然后重命名為冷卷號。以此方式，主要基于以下兩原因：

1）可以保證文件命名的唯一性，而且方便檢索；

2）占用電腦內(nèi)存比較小，只需要在緩存中保存略大于一幀地數(shù)據(jù)，而不需要將采集的整卷鋼數(shù)據(jù)保存在緩存中，導致電腦運行緩慢，甚至導致崩潰。

原始數(shù)據(jù)默認存儲為二進制文件，主要有以下三方面的原因：

1）相同的內(nèi)容二進制文件存儲、打開所需要的時間短；

2）所占的存儲空間小以及存儲、打開過程中所占的內(nèi)存??；

3）二進制文件在一定程度上可以自動加密，如果不知道文件中數(shù)據(jù)存儲內(nèi)容的方式，一般無法直接打開文件查閱數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)在線實時運行，數(shù)據(jù)量非常大。如果保存為文本文件，不到一個月就會產(chǎn)生1TB的數(shù)據(jù)，而軋機車間通常需要將數(shù)據(jù)保存3個月甚至更長。而二進制文件是各種存儲格式中，占硬盤空間比較小，不到文本文件大小的1/4，1TB的硬盤可存儲4個月以上的數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)能夠在線監(jiān)控冷軋機組振動狀況，根據(jù)軋機的軋制速度，將5#機架與4#機架振動信號通過濾波分成低頻、中頻、高頻成分然后分別統(tǒng)計，以及獲得相應的報警值，然后對應的量進行比較大小，其余三個機架直接分頻并統(tǒng)計后，直接與對應的報警值比較大小，判斷其是否報警。如果報警則提示報警，并記錄相應的機架、頻段、始末位置。出現(xiàn)報警時適當降低軋制速度；對于易發(fā)生振動的材料，在軋機振動未達到報警值時，可以此為依據(jù)提高軋制速度，實現(xiàn)在保證質(zhì)量的前提下提高生產(chǎn)效率。本系統(tǒng)在線實時運行，工作穩(wěn)定，報警準確度高，減少檢修、維修成本，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。

[1]侯福祥，張杰，曹建國，等.帶鋼冷軋機振動問題的研究進展及評述[J].鋼鐵研究學報，2007，19(10)：6-10.

圖5 報警流程

[2]楊其俊，連家創(chuàng).高速冷帶軋機垂直自激振動穩(wěn)定性分析的數(shù)值計算方法[J].振動與沖擊，1996，15(3)：16-21.

[3]楊旭，童朝南，孟建基.冷板帶軋機含振動因素的軋制力模型[J].振動、測試與診斷，2010，30(4)：422-428.

[4]唐華平，鐘掘.單輥驅(qū)動軋機水平自激振動定性分析[J].機械工程學報，2001，37（8）：55-59.

[5]鄒家祥，徐樂江.冷連軋機系統(tǒng)振動控制[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1998.

[6]劉浩然，張業(yè)寬，李曉梅，等.軋機非線性傳動系統(tǒng)沖擊扭振的研究與抑制[J].振動與沖擊，2010，29(7)：179-183.

[7]王章海，王德俊.打滑狀態(tài)下軋機主傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性[J].東北大學學報，自然科學版，1998，19(5)：520-523.

[8]趙弘，白晶.軋機振動及非線性分析[J].機械，2003，30 (5)：16-19.

[9]李海亮.冷軋卷取機振動及張力分布的研究[D].燕山大學，2008.

[10]王橋醫(yī)，黃海軍，李志華.金屬塑性加工工作界面非穩(wěn)態(tài)潤滑軋機振動控制[J].中南大學學報，自然科學版，2010，41(4)：1418-1423.

[11]王夢魁.多維振動環(huán)境試驗的實踐[J].裝備環(huán)境工程，2005(3)：22-25.

[12]廖崇琦，侯春萍.基于VB.NET的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設計[J].微處理機，2007，27(6)：54-56.

[13]周敬然.加速度傳感器ICP關鍵制作工藝及檢測電路的研究[D].長春：吉林大學，2008.

[14]陸兆峰，秦旻，陳禾，等.壓電式加速度傳感器在振動測量系統(tǒng)的應用研究[J].儀表技術(shù)與傳感器，2007(7)：3-4.

[15]Farley T.23 Cold-Rolling on Productivity Mill and Vibration Product and Quality Its Impact[J].Flat-Rolled Steel Processes:Advanced Technologies,2010∶255.

[16]楊 旭，童朝南.板帶軋機振動問題研究[J].鋼鐵研究學報，2009，21(11)：1-4.

[17]續(xù)秀忠，張志誼.基于時頻濾波的時變模態(tài)分解方法[J].噪聲與振動控制，2006，25(5)：15-17.

[18]任學平，馬文生，楊文志，等.基于小波包分析的減速機故障診斷研究[J].噪聲與振動控制，2008，28(5)：73-76.

[19]陳奎孚，張森文.對稱窗函數(shù)的幅值譜特性[J].農(nóng)業(yè)工程學報，1999，15(1)：36-40.

[20]毛青春，徐分亮.窗函數(shù)及其應用[J].中國水運，2007，7 (2)：230.

[21]胡廣書.數(shù)字信號處理[M].北京：清華大學出版社，2009.

Vibration DataAcquisition andAlarm Judgment System of Cold-rolling Mills

LIU Zhi-qiang1,LI Fu-cai1,CHENKai1, XIE Wan-qiang1,QUAN Ji-zhe2,CHEN Xiao-ming2

(1.State Key Laboratory of Mechanical System and Vibration,Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240,China;2.Baosteel Research Institute,Shanghai 201900,China)

∶In the process of cold-rolling,vibration of the mills can cause vibration marks on the steel sheets which will lower the quality of products.Therefore,a vibration monitoring and alarm system for cold-rolling mills is developed.When the vibration marks occur in the cold-rolling process,the system will alarm timely and record the positions of the vibration marks.First of all,according to the purpose of testing,the necessary vibration data,rolling-speed data,rolling-distance data and cut information are chosen.Then,the system is built and installed.After setting the sampling and alarm parameters,the system acquires vibration data,rolling-speed data and rolling-distance data.According to the rolling-speed data,the original vibration data is divided into three parts∶low frequency part,middle frequency part and high frequency part.Then,results of the three parts are compared with their corresponding alarm data to judge whether the vibrations exceed the standard.If the vibration of some machines in some frequency range exceeds the standard,the system will record the alarm data,which includes the machine number,frequency range and position.The original data and statistical data files are named after the steel-roll numbers.It saves the alarm data if the alarm happens.Through a long time testing,the system can monitor vibration state of the cold-rolling machines effectively and give exact alarm judgments.

∶vibration and wave;cold-rolling set vibration;data acquisition;signal processing;alarm judgment

TH113.1< class="emphasis_bold">文獻標識碼：ADOI編碼：

10.3969/j.issn.1006-1335.2014.06.050

1006-1355(2014)06-0225-07

2014-04-28

科技部863計劃（2012AA040106）；

國家自然科學基金（11372179）；

教育部新世紀優(yōu)秀人才(NCET-13-0363)

劉志強（1990-），男，碩士研究生，主要研究方向為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，信號處理。

李富才（1971-），男，副教授，博士生導師。

E-mail∶fcli@sjtu.edu.cn