設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)在青島卷煙廠生產(chǎn)線的應(yīng)用

煙草行業(yè)是典型的裝備密集、技術(shù)密集型企業(yè)，隨著制絲設(shè)備的飛速發(fā)展，集成化、高速化、自動(dòng)化、技術(shù)密集化程度日益提高。隨著分組加工技術(shù)的精細(xì)化、深入化研究與應(yīng)用和國(guó)家煙草專(zhuān)賣(mài)局組織實(shí)施的“按客戶(hù)訂單組織貨源”工作推廣，煙草工業(yè)企業(yè)的制造工藝、技術(shù)裝備、生產(chǎn)管理等環(huán)節(jié)要求要有生產(chǎn)組織的快速響應(yīng)能力，為更好的提高設(shè)備的運(yùn)行控制水平，制絲車(chē)間創(chuàng)新設(shè)備管理理念，積極實(shí)施設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，成為提高設(shè)備運(yùn)行效率的有力手段。制絲車(chē)間運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)備故障診斷系統(tǒng)，對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行在線的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并輔之以定期的計(jì)劃監(jiān)測(cè)，從根本上改變了原有的設(shè)備管理制度，而且在保證設(shè)備安全運(yùn)行，消除設(shè)備事故方面起到較好的作用。

中國(guó)煙草總公司《煙草工業(yè)企業(yè)設(shè)備管理辦法》明確要求“積極采用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和現(xiàn)代故障診斷技術(shù)，發(fā)展以設(shè)備技術(shù)狀態(tài)為基礎(chǔ)的維修方式”。因此，通過(guò)推進(jìn)實(shí)施設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)有利于進(jìn)一步提高設(shè)備管理和維修水平，提高設(shè)備的有效作業(yè)率，克服過(guò)剩維修及維修不足現(xiàn)象，從而提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，積極響應(yīng)節(jié)能減排號(hào)召。據(jù)統(tǒng)計(jì)，企業(yè)采用故障診斷技術(shù)后，設(shè)備事故可減少75%，維修費(fèi)用可節(jié)約10%～20%。

1 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)就是在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)特定的特征信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、變換、記錄、分析處理并記錄，從而對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障診斷的基礎(chǔ)工作。依托傅里葉變換可以將設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域，此時(shí)頻域包含的信息和原信號(hào)時(shí)域包含的信息完全相同，將信號(hào)看成許多諧波（簡(jiǎn)諧信號(hào)）之和，每一個(gè)諧波稱(chēng)作該信號(hào)的一個(gè)頻率成分，考察信號(hào)含有那些頻率的諧波，以及各諧波的幅值和相角。

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)一般可以分為周期性信號(hào)（給定條件下取值是確定的）和非周期性信號(hào)（給定條件下取值不確定）。對(duì)于信號(hào)可以進(jìn)行時(shí)域或者頻域的描述，以表示信號(hào)的各個(gè)組成成份。

對(duì)周期性信號(hào)而言：

周期信號(hào)可以看作均值與一系列諧波之和。

對(duì)于非周期信號(hào)一個(gè)非周期信號(hào)可以分解為角頻率連續(xù)變化的無(wú)數(shù)諧波的疊加，其周期分量的頻率比（或周期比）不是有理數(shù)。為此將非周期信號(hào)視為周期為無(wú)窮大的周期信號(hào)，x（t）的傅里葉變換為：

一個(gè)非周期信號(hào)可以分解為角頻率連續(xù)變化的無(wú)數(shù)諧波的疊加。

同時(shí)由于傅里葉變換在頻域范圍內(nèi)具有疊加性、頻移性質(zhì)等特性可以對(duì)信號(hào)方便的進(jìn)行相關(guān)分析。

通過(guò)建立機(jī)器的部件和元件模型，計(jì)算和列表故障頻率并在頻譜上標(biāo)注特征頻率峰值，從而實(shí)現(xiàn)如下輔助診斷包含：

狀態(tài)監(jiān)測(cè)在制絲生產(chǎn)線的實(shí)施

青島卷煙廠制絲車(chē)間針對(duì)煙草設(shè)備獨(dú)特性，根據(jù)設(shè)備特點(diǎn)對(duì)關(guān)鍵工序、重要設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，采用在線監(jiān)測(cè)的故障診斷技術(shù)。具體方法是：

（1）以生產(chǎn)線（梗絲線、葉片線、葉絲線、混絲線、除塵設(shè)備、異味處理設(shè)備）為單位，來(lái)實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)的低層布線;

（2）在需要采集數(shù)據(jù)的部位安裝加速度傳感器，從傳感器上引線至機(jī)器外的VS800數(shù)據(jù)采集箱，并行排列，然后統(tǒng)一接入采集平臺(tái)的采集卡上;

（3）設(shè)置采集頻率，周期性的在采集平臺(tái)上采集數(shù)據(jù)，并上傳數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)，然后進(jìn)行故障診斷分析;

（4）根據(jù)不同的設(shè)備結(jié)構(gòu)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)設(shè)定設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)低報(bào)警、高報(bào)警檻值，有系統(tǒng)自動(dòng)生成報(bào)警信息并推送至設(shè)備管理平臺(tái)顯示;

（5）在軟件中輸入電動(dòng)機(jī)、齒輪箱等設(shè)備參數(shù)，建立機(jī)器的診斷模型，實(shí)現(xiàn)基于故障特征參數(shù)（頻率和頻帶）的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和報(bào)警;

（6）軟件能夠自學(xué)習(xí)建模，建立正常狀態(tài)模型，然后根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與正常狀態(tài)模型的差別進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估和智能診斷;

（7）系統(tǒng)支持管理者，分析師，瀏覽者三級(jí)權(quán)限，可支持集團(tuán)/公司下不同級(jí)別使用者的數(shù)據(jù)瀏覽功能，也保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可靠性。

2.1 實(shí)施過(guò)程

2.1.1 狀態(tài)監(jiān)測(cè)工作流程

根據(jù)振動(dòng)監(jiān)測(cè)的技術(shù)特點(diǎn)和車(chē)間實(shí)際管理需求，制絲車(chē)間設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)流程為：

2.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

由于各運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子上的振動(dòng)載荷都直接的作用在軸承上，因此選擇軸承為主要的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。為了便于傳感器的安裝，一般選擇水平或者垂直方向。制絲線離線監(jiān)測(cè)設(shè)置5個(gè)工藝段，42個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置6個(gè)數(shù)據(jù)采集單元， 94個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)。每個(gè)在線采集單元都通過(guò)光纖把數(shù)據(jù)傳送至中央控制室進(jìn)行信號(hào)分析，整個(gè)采集網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如下：

現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)置

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)VS00系列振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，VS800采集站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)采集和傳輸按照如下步驟完成：

1）根據(jù)傳感器類(lèi)型為ICP加速度傳感器，通過(guò)軟件設(shè)置，可控制采集硬件開(kāi)啟傳感器電源供電。

2）正確連接傳感器接線采集站，只測(cè)量振動(dòng)的傳感器占用一個(gè)振動(dòng)通道，振動(dòng)溫度一體的傳感器占用兩個(gè)測(cè)量通道，其中溫度測(cè)量接入模擬信號(hào)調(diào)理板，接線或者更改接線需要在斷電狀態(tài)下進(jìn)行。

3）在10OM以太網(wǎng)接口接入RJ-45型以太網(wǎng)接頭，連接VS800到局域網(wǎng)中。

4）VS800采集站配套箱體需要外部220VAC電源接入，保證設(shè)備的正常。

5）需要光纖通訊的模塊，還需要配置光電轉(zhuǎn)換模塊兒。

3" 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的診斷與處理

VS800數(shù)據(jù)采集模塊支持8，16，24，32通道振動(dòng)和4通道數(shù)字量輸入，20路模擬量信號(hào)?？梢越咏鼨C(jī)器現(xiàn)場(chǎng)安裝在IP65防水防塵機(jī)箱或防爆機(jī)箱內(nèi)，振輸入通道可接受IEPE型振動(dòng)加速度和速度傳感器，數(shù)字輸入通道支持各種轉(zhuǎn)速傳感器和開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)輸入。

數(shù)據(jù)采集包括總振動(dòng)值，軸承狀態(tài)值，信號(hào)特征值，頻譜/波形，包絡(luò)解調(diào)譜，幅值/相位和轉(zhuǎn)速，這些值應(yīng)該根據(jù)被監(jiān)測(cè)的設(shè)備通過(guò)軟件設(shè)置。數(shù)據(jù)采集的條件也可以進(jìn)行設(shè)置，包括按周期或日程，轉(zhuǎn)速范圍，功率或負(fù)荷等條件，以便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有意義的分類(lèi)，有效地評(píng)估機(jī)器狀態(tài)報(bào)警。VS800內(nèi)置獨(dú)特算法判斷每一筆數(shù)據(jù)的有效性，完成基本和高級(jí)數(shù)據(jù)處理功能，提供基本監(jiān)測(cè)和高級(jí)專(zhuān)業(yè)分析所要求的數(shù)據(jù)。

VS800有多種運(yùn)行和通訊模式，一般在網(wǎng)絡(luò)正常連接時(shí)將數(shù)據(jù)及時(shí)上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，而在網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)進(jìn)行本地存儲(chǔ)，一旦網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)即上傳本地存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。根據(jù)采集參數(shù)設(shè)置不同本地可存儲(chǔ)10-30天不等。

VS-Suite狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟件包，支持VS800在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集模塊和VBT系列離線機(jī)器狀態(tài)巡檢儀，形成基于局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)的一體化狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成系統(tǒng)和服務(wù)。主要包括如下功能模塊：

VS-DB數(shù)據(jù)庫(kù)（MySQL）;存儲(chǔ)所有狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，設(shè)置數(shù)據(jù)和參數(shù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)支持按時(shí)間遠(yuǎn)近考慮的數(shù)據(jù)稀釋功能，保證分析平臺(tái)的響應(yīng)速度。支持云端數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)同步。

VS-Analyst基于C/S結(jié)構(gòu)的客戶(hù)端軟件;系統(tǒng)設(shè)置和分析師軟件界面，提供各種專(zhuān)業(yè)分析工具、繪圖和報(bào)告功能。

VS-Monitor 在線采集，報(bào)警和通知軟件;支持VS800本地采集或云采集模式;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警狀態(tài)，提供報(bào)警指示，發(fā)送通知訊息給指定人員。

VS-View 機(jī)器狀態(tài)瀏覽服務(wù);提供基于Web的機(jī)器狀態(tài)瀏覽，以便隨時(shí)隨地查看機(jī)器狀態(tài) – 報(bào)警，趨勢(shì)，繪圖，自動(dòng)分析結(jié)果。

4" 實(shí)際診斷案例

4.1機(jī)械松動(dòng)故障

機(jī)械松動(dòng)是比較常見(jiàn)的故障，有兩種情況，一種是地腳螺絲連接松動(dòng)，它帶來(lái)的后果是引起整個(gè)機(jī)器松動(dòng)，另一種情況是零件之間正常的配合關(guān)系被破壞造成配合間隙過(guò)大而引起的松動(dòng)，比如滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈與轉(zhuǎn)軸的配合或外圈與軸承座孔之間的配合，因喪失了配合精度而造成松動(dòng)。由松動(dòng)引起的振動(dòng)具有一定的非線性，其振動(dòng)信號(hào)的頻率成份相當(dāng)復(fù)雜，除了基頻（等于轉(zhuǎn)頻）以外，還產(chǎn)生高頻次諧波和分頻振動(dòng)，頻譜結(jié)構(gòu)成梳狀。

制絲車(chē)間編號(hào)為5102的烘絲機(jī)除塵風(fēng)機(jī)出現(xiàn)較嚴(yán)重的振動(dòng)，該電機(jī)為37KW，轉(zhuǎn)速為1480轉(zhuǎn)/分，（轉(zhuǎn)頻為24.67HZ），通過(guò)軸承箱傳動(dòng)風(fēng)機(jī)，測(cè)得故障頻譜圖如圖13。經(jīng)判斷為松動(dòng)故障。設(shè)備維修人員檢修后發(fā)現(xiàn)地腳螺絲松動(dòng)，緊固后測(cè)得振動(dòng)數(shù)值下降，頻譜正常，達(dá)到IS02372的允許標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 轉(zhuǎn)子不平衡故障

轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動(dòng)也是常見(jiàn)的多發(fā)故障。產(chǎn)生不平衡的原因：轉(zhuǎn)軸上所裝配的每個(gè)零部件，如果材質(zhì)不均勻（如鑄件中存在氣孔、砂眼，加工誤差）、裝配偏心以及在長(zhǎng)期運(yùn)行中產(chǎn)生不均勻磨損、腐蝕、變形，或者某些固定件松脫、各種附著物不均勻堆積等各種原因，都會(huì)導(dǎo)致零件發(fā)生質(zhì)心偏移而造成不平衡。

在例行的設(shè)備巡檢中，發(fā)現(xiàn)WQ1108回潮機(jī)排潮風(fēng)機(jī)的振動(dòng)值異常變大，風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)超標(biāo)，頻譜顯示工頻水平振動(dòng)速度較大為xx/sec，診斷為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)扇葉上粘上了不均勻積垢，再測(cè)試，其振動(dòng)下降達(dá)到xx mm/sec的正常值。并在設(shè)備保養(yǎng)過(guò)程中規(guī)定操作工定期清理風(fēng)機(jī)扇葉，避免該類(lèi)故障的發(fā)生。

4.3轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障

轉(zhuǎn)子不對(duì)中也是機(jī)械常見(jiàn)故障之一，有以下幾種：a.轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子間的聯(lián)接不對(duì)中，主要反映在聯(lián)軸器的對(duì)中性上。b.轉(zhuǎn)子軸頸與兩端軸承不對(duì)中，對(duì)滾動(dòng)軸承來(lái)講，主要是因?yàn)閮啥溯S承座孔不同軸、軸承元件損壞、外圈配合松動(dòng)，兩端支座變形等（對(duì)電動(dòng)機(jī)而言是前后端蓋），都會(huì)引起不對(duì)中。在巡檢中5116號(hào)梗處理除塵設(shè)備的其中幾個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)值比較大，風(fēng)機(jī)非驅(qū)端軸承水平向振動(dòng)超標(biāo)為4.05mm/s。采集振動(dòng)頻譜圖，發(fā)現(xiàn)一倍頻、二倍頻均出現(xiàn)異常峰值，時(shí)域波形顯示明顯的不對(duì)中，判斷為軸承松動(dòng)故障，停產(chǎn)后修理工檢修，打開(kāi)軸承座，發(fā)現(xiàn)軸軸承外圈與軸承座因配合松動(dòng)而引發(fā)松動(dòng)。更換軸承后，一倍頻、二倍頻峰值已消失，振動(dòng)下降到1.236mm/sec。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合設(shè)備實(shí)際利用先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析軟件，通過(guò)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的搭建，為判斷設(shè)備狀態(tài)提供準(zhǔn)確的信息，實(shí)現(xiàn)預(yù)防維修，提高維修效率。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)功能性參數(shù)、振噪?yún)?shù)等狀態(tài)的采集分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常狀態(tài)信息及其變化趨勢(shì)，并找出根源，為維修提供各種參考數(shù)據(jù)，以進(jìn)行適時(shí)維修，杜絕從設(shè)備異常到設(shè)備故障的進(jìn)一步演變。同時(shí)通過(guò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，可以為延長(zhǎng)設(shè)備的監(jiān)測(cè)周期提供可靠依據(jù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行科學(xué)的診斷，制定出合理、準(zhǔn)確的維修周期，使設(shè)備的利用率得到提高。同時(shí)堅(jiān)持狀態(tài)監(jiān)測(cè)的“五定”原則，輔之以人工溫度監(jiān)測(cè)等手段，有效提高設(shè)備管理運(yùn)行控制水平。