煙草機(jī)械全設(shè)備壽命周期監(jiān)測實(shí)踐

李貴強(qiáng) 韓曉曦

紅云紅河集團(tuán)昆明卷煙廠 云南 昆明 650231

引言

設(shè)備全壽命周期監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)⒃O(shè)備的運(yùn)行狀況通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剿瓦_(dá)全壽命周期管理云平臺(tái),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理和評(píng)估,以此來判斷設(shè)備是否處于正?；蚍钦顟B(tài),可以遠(yuǎn)程統(tǒng)籌管理設(shè)備狀態(tài),發(fā)現(xiàn)設(shè)備早期潛在故障,為設(shè)備的長期平穩(wěn)運(yùn)行提供了可靠的技術(shù)保障。本文主要介紹了煙草機(jī)械的在線監(jiān)測展示平臺(tái)和云端分析系統(tǒng)。

1 設(shè)備故障預(yù)測與健康管理

故障預(yù)測與健康管理(PH M)是對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)傳統(tǒng)使用的機(jī)內(nèi)測試和狀態(tài)健能力的進(jìn)一步擴(kuò)展,它是從狀態(tài)監(jiān)控向健康管理的轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變引入了對(duì)系統(tǒng)未來可靠性的預(yù)測能力,能夠顯著降低使用與保障費(fèi)用,提高系統(tǒng)安全性、完好性和任務(wù)成功性,實(shí)現(xiàn)故障的監(jiān)測和自主式保障?，F(xiàn)代煙草生產(chǎn)設(shè)備正在向大型化和智能化方向發(fā)展,但精度高、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜相應(yīng)也導(dǎo)致煙草設(shè)備故障表現(xiàn)出很大的隨機(jī)性,一旦出現(xiàn)故障就會(huì)導(dǎo)致整條生產(chǎn)線停產(chǎn),造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。智能在線監(jiān)測系統(tǒng)通過將煙草設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行綜合分析,能夠在不停機(jī)的情況下對(duì)設(shè)備的異常情況及時(shí)報(bào)警。

2 煙草機(jī)械全設(shè)備壽命周期監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu) 圖1為煙草機(jī)械智能在線監(jiān)測系統(tǒng)的架構(gòu)圖。從圖中可以看到,該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集層、PLC硬件處理層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、智能分析層四部分組成。

圖1 煙草機(jī)械智能在線監(jiān)測架構(gòu)圖

2.2 數(shù)據(jù)采集層 數(shù)據(jù)采集層包括傳感器和傳感器接收模塊。振動(dòng)傳感器采用工業(yè)加速度振動(dòng)傳感器T101A,傳感器接收模塊采用24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。傳感器采集到的信號(hào)為模擬信號(hào),通過24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),實(shí)現(xiàn)真正意義上的全通道數(shù)據(jù)采集功能。傳感器布置安裝在設(shè)備上,用于測量設(shè)備各部件的振動(dòng)或溫度信號(hào)。傳感器連接設(shè)備和振動(dòng)采集模塊。振動(dòng)采集模塊放置在獨(dú)立的控制柜內(nèi),并就近配置在煙機(jī)設(shè)備的附近,煙機(jī)設(shè)備給控制柜提供220V 電源以及網(wǎng)絡(luò)接口。所有采集模塊同步采集,采集到的原始數(shù)據(jù)通過POWERLINK 通信協(xié)議傳輸?shù)絇LC系統(tǒng)。

2.3 PLC硬件處理層 采集層采集到的原始數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC 系統(tǒng)后,需要經(jīng)過PLC系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集策略處理,得到振動(dòng)的波形數(shù)據(jù)。其獲取波形數(shù)據(jù)響應(yīng)速度可達(dá)5分鐘/組。PLC與工控機(jī)采用TCP/IP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)需要采集實(shí)時(shí)的波形數(shù)據(jù)時(shí),可通過PLC 的IP 地址,直接觸發(fā)臨時(shí)采集程序,采集層可直接上傳所采集的信號(hào)。

2.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層 將采集層的原始數(shù)據(jù)通過POWERLINK 通信協(xié)議傳輸?shù)絇LC中的CF緩存中,設(shè)置7天的數(shù)據(jù)緩存?zhèn)浞荨Ｍ瑫r(shí),PLC 通過FTP協(xié)議將波形數(shù)據(jù)文件發(fā)送到工控機(jī)的FTP服務(wù)器,工控機(jī)FTP服務(wù)器將波形數(shù)據(jù)分發(fā)到遠(yuǎn)端FTP 客戶端。波形數(shù)據(jù)文件經(jīng)讀取注入MYSQL數(shù)據(jù)庫中,工控機(jī)FTP服務(wù)器及遠(yuǎn)端FTP客戶端的波形數(shù)據(jù)可長期備份保存。

2.5 智能分析層 振動(dòng)數(shù)據(jù)經(jīng)過采集和預(yù)處理后,即可由分析軟件進(jìn)行分析。分析軟件能提供豐富的專業(yè)分析功能,生成歷史趨勢圖、實(shí)時(shí)趨勢圖、振動(dòng)時(shí)域圖和FFT 頻譜圖、加速度包絡(luò)時(shí)域圖和頻譜圖、頻譜瀑布圖、層疊圖、伯德圖、極坐標(biāo)圖、奎斯特圖、拓?fù)鋱D和棒形圖,軸心軌跡圖、軸中心位置圖等。

分析軟件能夠自動(dòng)生成顏色報(bào)警、總值報(bào)警、頻段報(bào)警、軸承缺陷頻率報(bào)警等,可準(zhǔn)確地自動(dòng)診斷出常見的機(jī)械故障：不平衡、不對(duì)中、軸承損壞、皮帶磨損、基礎(chǔ)松動(dòng)、齒輪嚙合故障、轉(zhuǎn)子定子問題、葉片損壞、汽蝕、共振等。軟件會(huì)自動(dòng)進(jìn)行頻譜分析,確定機(jī)器故障的類型。

2.6 云端分析系統(tǒng) 故障預(yù)警需要提前在軟件中制定策略,當(dāng)軟件中的信息觸發(fā)了策略中的報(bào)警信號(hào),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。這些策略是由分析師根據(jù)長期積累的分析經(jīng)驗(yàn)做出的,設(shè)備的故障振動(dòng)信號(hào)往往存在一定的誤差,因此分析師需要將故障診斷與預(yù)測技術(shù)深入地與煙草設(shè)備結(jié)合,對(duì)設(shè)備故障演化機(jī)理理解不斷深入,不斷微調(diào)策略,以提高其預(yù)測精度。在每次更新時(shí)將最新的報(bào)警策略配置到在線監(jiān)測展示平臺(tái)。通過FTP服務(wù)器將振動(dòng)數(shù)據(jù)分發(fā)到云端MySQL數(shù)據(jù)庫,云端分析系統(tǒng)讀取MySQL 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),供分析師查看分析。以包裝機(jī)為例,該系統(tǒng)可以選擇各時(shí)間段、各設(shè)備測點(diǎn)的數(shù)據(jù),展示設(shè)備振動(dòng)的時(shí)域波形、頻域波形、總振動(dòng)RMS的趨勢等。同時(shí)提供了分析師常用的FFT 變換、包絡(luò)譜、高低通、窗函數(shù)等分析工具的封裝。

以包裝機(jī)為例,該系統(tǒng)可以選擇各時(shí)間段、各設(shè)備測點(diǎn)的數(shù)據(jù),展示設(shè)備振動(dòng)的時(shí)域波形、頻域波形、總振動(dòng)RMS的趨勢等。同時(shí)提供了分析師常用的FFT 變換、包絡(luò)譜、高低通、窗函數(shù)等分析工具的封裝。每當(dāng)出現(xiàn)新的故障時(shí),分析師會(huì)通過分析系統(tǒng)對(duì)故障進(jìn)行回溯,將故障信號(hào)總結(jié)歸納,設(shè)計(jì)到系統(tǒng)更新中,不斷完善監(jiān)測系統(tǒng)。

結(jié)語

通過在線監(jiān)測平臺(tái)和云端分析系統(tǒng)對(duì)煙草機(jī)械的監(jiān)測和預(yù)警,構(gòu)建了煙草機(jī)械的全設(shè)備壽命周期的監(jiān)測,使得煙草機(jī)械的設(shè)備壽命周期迅速地展現(xiàn)。在線智能預(yù)警與有豐富經(jīng)驗(yàn)的故障預(yù)測與健康管理分析師分析歸納結(jié)合,不斷提高對(duì)煙草機(jī)械故障的預(yù)警能力,降低生產(chǎn)過程中的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn),為安全生產(chǎn)提供了強(qiáng)力保障。