制絲生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備在線振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施

兌幸?！≡S佩（河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司黃金葉生產(chǎn)制造中心，河南鄭州　450000）

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制絲生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備在線振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施

兌幸福許佩
（河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司黃金葉生產(chǎn)制造中心，河南鄭州450000）

【摘 要】作為大型、連續(xù)化的生產(chǎn)企業(yè)，卷煙廠制絲系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)設(shè)備如各類滾筒和風(fēng)機(jī)都處于企業(yè)生產(chǎn)的核心位置，確保這些設(shè)備的長期、穩(wěn)定、高效、安全運(yùn)行是企業(yè)設(shè)備管理工作的重中之重。特別是大型設(shè)備，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)存在體積大，維修費(fèi)用高等特點(diǎn)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可以根據(jù)設(shè)備運(yùn)行時(shí)存在的震動(dòng)、溫度變化等諸多狀態(tài)，通過測取設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)信號，并結(jié)合其歷史狀況對所測取的信號進(jìn)行處理、分析、提取特征，研究機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的變化，從而診斷（識別）機(jī)械設(shè)備及其零部件的運(yùn)行狀態(tài)（正常、異常、故障），再進(jìn)一步預(yù)測設(shè)備未來的運(yùn)行狀態(tài)，最終確定需要采取何種必要的措施來保證機(jī)械設(shè)備取得最優(yōu)的運(yùn)行效果，本文就是依據(jù)設(shè)備配置的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)出一套在線振動(dòng)監(jiān)測、信號分析系統(tǒng)，達(dá)到預(yù)先發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患的目的。

【關(guān)鍵詞】在線振動(dòng)監(jiān)測制絲設(shè)備風(fēng)機(jī)

1　前言

煙草行業(yè)里有凝結(jié)眾多先進(jìn)技術(shù)先進(jìn)設(shè)備的現(xiàn)代化生產(chǎn)線，設(shè)備的安全穩(wěn)定長周期和優(yōu)質(zhì)運(yùn)行是企業(yè)的發(fā)展目標(biāo)。長期以來，這些關(guān)鍵設(shè)備一直采用定期維修方式，即無論設(shè)備有無故障都要強(qiáng)制解體維修，極易造成過剩維修、浪費(fèi)人工、物料、備品備件；且機(jī)器過多地拆卸，可能降低原有精度，甚至誘發(fā)人為檢修或裝配故障。即占用了設(shè)備本應(yīng)運(yùn)行的時(shí)間，又降低了設(shè)備使用率。因此，定期維修帶有一定的盲目性，既不經(jīng)濟(jì)又不合理，已經(jīng)不是設(shè)備維護(hù)檢修的發(fā)展方向。

預(yù)測性維修是以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)為基礎(chǔ)、通過監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，提前預(yù)測設(shè)備可能發(fā)生的各種故障，有計(jì)劃地安排設(shè)備維護(hù)時(shí)間，是目前最為先進(jìn)的和最佳性價(jià)比的維護(hù)策略。在美國預(yù)測性維護(hù)所占的比重由原來的不足20%提高到了50%。因?yàn)樵O(shè)備維護(hù)專家認(rèn)為：把少量資金花費(fèi)在狀態(tài)監(jiān)測上，比把大量資金花費(fèi)在因設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞而引起強(qiáng)迫停機(jī)后的檢修上更有價(jià)值。

鑒于該類設(shè)備在企業(yè)生產(chǎn)中所起的重要作用，在諸多檢測手段中，最優(yōu)的方式是采用在線振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，當(dāng)機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生摩擦力和轉(zhuǎn)動(dòng)力，由磨擦力和轉(zhuǎn)動(dòng)力引起的振動(dòng)，通過軸承傳遞到機(jī)器外殼，在線監(jiān)測滾筒和風(fēng)機(jī)等設(shè)備的振動(dòng)情況，可以及時(shí)將數(shù)據(jù)上傳與共享，并能實(shí)現(xiàn)基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的報(bào)警更新，極大地提高設(shè)備管理人員的工作效率。

圖1　振動(dòng)檢測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖2　 皮帶驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的測點(diǎn)布置圖

2　在線振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理

（1）信號采集：采集包含異?；蚬收闲畔⒌臓顟B(tài)信號是設(shè)備診斷技術(shù)的首要環(huán)節(jié)。采用合適的傳感器和測量方法來采集信號十分重要。

（2）信息處理：在采集設(shè)備有用信息的時(shí)候，很多干擾信號也會(huì)被采集，會(huì)使那些有用信號變的不明顯或雜亂無章。如何去除干擾，使有用信號突出表現(xiàn)出來。

（3）故障識別：得到了有用的設(shè)備信息后，需要經(jīng)過與標(biāo)準(zhǔn)或樣板模式進(jìn)行對比，才能確定或判斷設(shè)備處于何種狀態(tài)。

（4）預(yù)報(bào)：主要是對設(shè)備故障的發(fā)展趨勢和剩余壽命進(jìn)行預(yù)報(bào)。這對避免設(shè)備事故和減少損失是非常有意義的。

3　在線振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)品

檢測振動(dòng)的方法就是在振動(dòng)設(shè)備上選擇一個(gè)檢測點(diǎn)，選擇好方向就可以測量位移、速率或加速度，振動(dòng)檢測系統(tǒng)如圖1。

目前在線振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的產(chǎn)品大多采用加速度傳感器，通過工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行狀態(tài)信號采集。將信號采集后送入數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析，軟件分析系統(tǒng)作為監(jiān)測數(shù)據(jù)和分析診斷的核心，集成了最廣泛應(yīng)用的預(yù)測維修技術(shù)，可完成建立機(jī)器測點(diǎn)數(shù)據(jù)庫、現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)及回放到客戶機(jī)中、分析及診斷設(shè)備狀態(tài)和故障，既可提供設(shè)備監(jiān)測診斷全面的方法和手段，又可為管理和決策人員提供全廠設(shè)備狀態(tài)的信息。

除了在線振動(dòng)檢測產(chǎn)品外，各個(gè)廠家還開發(fā)了手持式振動(dòng)檢測分析儀，可以進(jìn)行最多四通道振動(dòng)分析，并且可以做電流分析、動(dòng)平衡和噪聲分析，作為在線振動(dòng)檢測方式的補(bǔ)充。

4　在線振動(dòng)監(jiān)測方案實(shí)施

4.1制絲車間監(jiān)測點(diǎn)選擇原則

圖3　電機(jī)直接帶雙端支撐的泵或風(fēng)機(jī)的測點(diǎn)布置圖

表1　制絲車間檢測工位統(tǒng)計(jì)表

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷針對的是車間內(nèi)的重要大型設(shè)備，而且是沒有備用的設(shè)備，基本確定為30KW以上的電機(jī)或電機(jī)拖動(dòng)的設(shè)備。

4.2檢測點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)以上原則，將制絲車間需要檢測的設(shè)備點(diǎn)統(tǒng)計(jì)如下表1。

根據(jù)檢測點(diǎn)的需求，將使用105-130個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，對于沒有列入在線檢測項(xiàng)目的重要設(shè)備或有備用的設(shè)備，可以采用手動(dòng)檢測，定期、定點(diǎn)對設(shè)備狀態(tài)檢測后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，與在線設(shè)備一并分析，作為整套在線檢測系統(tǒng)的補(bǔ)充。

5　振動(dòng)檢測器安裝方式

不同的設(shè)備，為了獲取準(zhǔn)確的診斷信息，需要針對不同的設(shè)備采用不同的安裝方式，來獲取數(shù)據(jù)，具體安裝方式如下：

（1）皮帶驅(qū)動(dòng)的設(shè)備的測點(diǎn)布置如圖2所示。

（2）電機(jī)直接帶雙端支撐的設(shè)備的測點(diǎn)布置如圖3所示。

6　振動(dòng)檢測信號采集與處理

安裝振動(dòng)檢測器后，通過專門的數(shù)據(jù)總線就近連接到信號處理器中，在信號處理器中處理轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一的工業(yè)以太網(wǎng)信號。為了節(jié)約成本，可以將這些信號通過制絲設(shè)備控制層的光纖以太環(huán)網(wǎng)傳輸入中控室，可靠數(shù)據(jù)表明，振動(dòng)檢測數(shù)據(jù)在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中所占的帶寬最大為0.6%，對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的通訊不會(huì)造成過大影響。檢測的數(shù)據(jù)就地處理后轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號，通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸入中控室數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫為一套獨(dú)立的數(shù)據(jù)存儲和分析系統(tǒng)，單獨(dú)處理，數(shù)據(jù)在這里進(jìn)行分析，分析后的結(jié)果可以通過上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)顯示和調(diào)用，同時(shí)該信息還同生產(chǎn)過程中PLC系統(tǒng)采集到的電流、電壓、頻率等信號一起納入到中控體統(tǒng)的設(shè)備管理子模塊，用于車間設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和管理，該模塊也是廠MES系統(tǒng)的組成部分。所有數(shù)據(jù)可以存儲和訪問，向上可以讓設(shè)備管理部門了解設(shè)備運(yùn)行情況，向下可以讓設(shè)備維修人員就地或遠(yuǎn)程訪問，及時(shí)根據(jù)狀態(tài)制定維修計(jì)劃。通過開放網(wǎng)絡(luò)接口還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷，讓設(shè)備廠家具有豐富分析經(jīng)驗(yàn)的工程師一起判斷設(shè)備運(yùn)行情況。

7　結(jié)語

該項(xiàng)震動(dòng)檢測技術(shù)實(shí)施后達(dá)到了國內(nèi)設(shè)備管理的先進(jìn)水平，將設(shè)備維修管理提高到了一個(gè)新的臺階，隨著后期的管理和維護(hù)得當(dāng)，可以逐步實(shí)現(xiàn)企業(yè)設(shè)備的數(shù)字化管理。

作者簡介：兌幸福（1972—），男 ，河南鄭州人，工程師，主要從事煙草機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)管理工作，對現(xiàn)場總線、可編程控制器等領(lǐng)域有一定研究。許佩（1973—），男 ，河南鄭州人，工程師，主要從事煙草機(jī)械管理工作。