煙草設(shè)備的故障診斷技術(shù)應(yīng)用

張勇

摘要：為提高煙草行業(yè)的生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量，需要對(duì)煙草設(shè)備進(jìn)行高效的故障診斷，以提高設(shè)備的使用壽命，減少原材料、能源能資源的消耗。本文對(duì)煙草設(shè)備的特點(diǎn)與故障診斷基本原則進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明，指出煙草設(shè)備診斷中存在的診斷技術(shù)、診斷流程、人員管理、硬件條件等方面的不足，提出相關(guān)改進(jìn)意見(jiàn)，并對(duì)故障診斷技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行探討，希望為相關(guān)人士提供參考。

關(guān)鍵詞：煙草；故障診斷；技術(shù)

一、煙草設(shè)備的特點(diǎn)

煙草設(shè)備是指煙草生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用的一般性設(shè)備與專(zhuān)用性設(shè)備的集合，一般性設(shè)備是指可以通用于較廣泛應(yīng)用場(chǎng)景下的鍋爐、烘干機(jī)、壓縮機(jī)等設(shè)備，專(zhuān)用性設(shè)備是指針對(duì)專(zhuān)用于煙草生產(chǎn)的煙絲膨脹機(jī)、引風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、真空泵等設(shè)備，如圖1所示，此外，還包括動(dòng)力設(shè)備等，這些設(shè)備都具有較大的體積與復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，同時(shí)需要較高的生產(chǎn)效率應(yīng)對(duì)煙草極高的市場(chǎng)需求量。根據(jù)煙草生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)設(shè)備的使用效率與頻次，煙草設(shè)備也可以被分為關(guān)鍵設(shè)備與輔助設(shè)備，煙草企業(yè)以此對(duì)不同設(shè)備投入不同的維護(hù)資源，例如，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備要求更高的保養(yǎng)與檢修頻次，同時(shí)對(duì)達(dá)到年限或工作量上限的設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)制報(bào)廢與替換措施，以此確保生產(chǎn)的安全性與高效性。

二、煙草設(shè)備故障診斷的內(nèi)涵

煙草設(shè)備的故障診斷是針對(duì)煙草設(shè)備已發(fā)生或潛在發(fā)生的故障診斷，由于煙草設(shè)備復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和煙草企業(yè)所需求的高生產(chǎn)效率，煙草設(shè)備的診斷需要滿(mǎn)足精確性、簡(jiǎn)易性與快捷性三點(diǎn)原則。故障診斷一般分為簡(jiǎn)易式的外部診斷與精確式的內(nèi)部診斷，其中，外部診斷是指檢修煙草設(shè)備各零部件，外部診斷通過(guò)直接觀(guān)察設(shè)備大范圍零部件，確定是否滿(mǎn)足正常工作的條件；內(nèi)部診斷主要指通過(guò)專(zhuān)業(yè)的檢測(cè)儀器定量測(cè)量各零部件的情況，內(nèi)部檢測(cè)相比于外部檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)還在于能快速定位模塊中某一子模塊或零部件的故障，而不用通過(guò)依次排查與多次實(shí)驗(yàn)確定問(wèn)題，使問(wèn)題檢測(cè)更加精確且可靠。對(duì)比兩種故障診斷方法，前者需要的技術(shù)難度更低，同時(shí)檢測(cè)成本也更低，適合檢修與維護(hù)技術(shù)成熟且以機(jī)械結(jié)構(gòu)為主的傳統(tǒng)設(shè)備，后者對(duì)技術(shù)、儀器的要求更高，適用于電控設(shè)備或主板的檢修。

煙草設(shè)備的常見(jiàn)故障主要包括電氣故障與機(jī)械故障，電氣故障是指電路或負(fù)載的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的故障，機(jī)械故障是指設(shè)備工作中由于摩擦、碰撞產(chǎn)生的設(shè)備形變或損壞故障。切絲機(jī)故障主要源于切割質(zhì)地較硬的煙草原料時(shí)，電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)作或?yàn)樘岣吲ぞ囟哟笾苿?dòng)性導(dǎo)致的設(shè)備過(guò)熱；加料機(jī)的故障主要源于變頻器故障或運(yùn)輸通道的軸承支撐性與穩(wěn)定性不足；烘絲機(jī)的故障往往由于溫濕度檢測(cè)裝置失靈或排污管道堵塞導(dǎo)致等，設(shè)備的故障會(huì)直接影響煙草產(chǎn)品的質(zhì)量。

三、煙草設(shè)備故障診斷存在的問(wèn)題

（一）煙草設(shè)備故障檢修技術(shù)普遍落后

隨著煙草設(shè)備的迭代與更新，新興的煙草設(shè)備與傳統(tǒng)煙草設(shè)備的工作原理存在顯著不同，隨著煙草設(shè)備的大面積更新，無(wú)論是引進(jìn)進(jìn)口先進(jìn)設(shè)備還是采用國(guó)產(chǎn)現(xiàn)代化設(shè)備，都面臨檢修技術(shù)落后的情況，尤其是進(jìn)口設(shè)備故障檢修工作的難度極大。檢修技術(shù)的落后會(huì)直接影響煙草企業(yè)設(shè)備更新的計(jì)劃，也會(huì)阻礙企業(yè)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。故障診斷技術(shù)的滯后還體現(xiàn)在檢修效率較低，越是大規(guī)模的設(shè)備越需要復(fù)雜的檢修技術(shù)，但在以人工為主導(dǎo)的傳統(tǒng)故障診斷中，漏檢、錯(cuò)檢等人為誤差也不斷增大，不僅給設(shè)備帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患，也給生產(chǎn)效率帶來(lái)一定的負(fù)面影響。

（二）技術(shù)人員的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)與人才儲(chǔ)備不足

技術(shù)與設(shè)備的迭代使得傳統(tǒng)故障診斷人員的工作空間不斷擠壓，而現(xiàn)代故障診斷人才則出現(xiàn)大面積的缺口，對(duì)技術(shù)人才也從機(jī)械專(zhuān)業(yè)為主導(dǎo)的情況轉(zhuǎn)換為電控、自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)的招募，企業(yè)與技術(shù)人員的對(duì)接缺乏經(jīng)驗(yàn)，也使相關(guān)技術(shù)無(wú)法落實(shí)。此外，設(shè)備的更新也改變了故障診斷隊(duì)伍的架構(gòu)，掌握機(jī)械、自動(dòng)化與煙草生產(chǎn)等專(zhuān)業(yè)知識(shí)的綜合性人才儲(chǔ)備不足，故障診斷存在大量的重復(fù)與無(wú)效工作，原本高效且精確的故障診斷成為消耗人力物力、降低生產(chǎn)效率的工作。

（三）故障診斷頻次過(guò)多導(dǎo)致設(shè)備使用壽命縮短

現(xiàn)代煙草設(shè)備往往采用電控驅(qū)動(dòng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，但在正常的工作模式下，與電控模塊相比，機(jī)械部分的磨損與形變?nèi)允强s短機(jī)械使用壽命的主要原因。煙草設(shè)備長(zhǎng)期高功率工作于高溫、高壓或高濕度的工作環(huán)境下，生產(chǎn)過(guò)程中的部分產(chǎn)物對(duì)煙草設(shè)備的腐蝕作用影響設(shè)備的使用壽命，因此設(shè)備應(yīng)確保嚴(yán)格的密封性。如果頻繁診斷或檢修設(shè)備，有可能影響機(jī)械結(jié)構(gòu)之間的連接與設(shè)備電控模塊的密閉性，對(duì)設(shè)備造成不可逆轉(zhuǎn)的損害。

（四）硬件設(shè)施不利于先進(jìn)技術(shù)落實(shí)

煙草設(shè)備總體上存在內(nèi)部空間狹小、設(shè)備嚴(yán)格密封、工作震動(dòng)大、內(nèi)部信號(hào)存在相互干擾等現(xiàn)象，對(duì)于現(xiàn)代化動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)所要求的傳感器數(shù)據(jù)采集造成一定困難，例如，由于傳感器的加裝布線(xiàn)等操作，會(huì)破壞設(shè)備的密封性，同時(shí)震動(dòng)不斷累積產(chǎn)生的共振，會(huì)影響傳感器的數(shù)據(jù)采集情況，造成傳感器脫落的風(fēng)險(xiǎn)。此外，由于油液分析、光譜分析等技術(shù)的使用成本較高、診斷周期較長(zhǎng)，也不適用于實(shí)際工程中。因此，當(dāng)前煙草設(shè)備故障診斷主要應(yīng)用于通用設(shè)備或輔助設(shè)備，較少應(yīng)用卷包等專(zhuān)用設(shè)備。

四、煙草設(shè)備故障診斷技術(shù)的優(yōu)化與應(yīng)用分析

（一）規(guī)范煙草設(shè)備故障診斷流程

針對(duì)煙草設(shè)備故障診斷存在的效率低與質(zhì)量差的問(wèn)題，應(yīng)從制度出發(fā)，建立規(guī)范的故障診斷流程，以降低人為誤差的干擾。故障診斷應(yīng)從診斷管理與人員管理兩方面出發(fā)。

對(duì)于診斷管理而言，煙草設(shè)備故障應(yīng)根據(jù)加工階段采用不同的方式，建立全周期的故障診斷流程，即在生產(chǎn)前、生產(chǎn)中與生產(chǎn)后分別進(jìn)行不同方式的檢測(cè)與維修，全方位掌握煙草設(shè)備故障信息，防止相似問(wèn)題規(guī)?；c隱形化，從制度上提高煙草的生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量。對(duì)于人員管理而言，建立人員檢修時(shí)間信息與檢測(cè)信息檔案，對(duì)比不同階段設(shè)備檢測(cè)信息報(bào)告，對(duì)缺乏連貫性的檢修報(bào)告進(jìn)行溯源，設(shè)備反復(fù)發(fā)生故障或處于異常情況時(shí)，需要對(duì)相關(guān)負(fù)責(zé)人追責(zé)。

全周期故障檢測(cè)下，生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)與部門(mén)需要形成更加緊密的聯(lián)系，加強(qiáng)工作交接、信息交流與技術(shù)交互，適當(dāng)開(kāi)展內(nèi)部不同部門(mén)之間的參觀(guān)，確保員工了解煙草生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)信息。在信息技術(shù)支持下，企業(yè)應(yīng)積極利用線(xiàn)上資源開(kāi)展員工的培訓(xùn)與實(shí)訓(xùn)，提高員工故障檢測(cè)的深度與廣度。此外，全周期故障檢測(cè)下事前檢測(cè)應(yīng)發(fā)揮重要作用，以實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警，將損失降到最低，企業(yè)還應(yīng)利用信息化手段對(duì)故障進(jìn)行系統(tǒng)化歸納管理，建立故障信息管理平臺(tái)收集與發(fā)布故障信息，通過(guò)上位機(jī)通信動(dòng)態(tài)監(jiān)控各煙草設(shè)備的工作情況，對(duì)超過(guò)正常工作狀態(tài)區(qū)間的設(shè)備發(fā)出預(yù)警，以提醒技術(shù)人員盡快處理。

（二）提高故障診斷的針對(duì)性

故障診斷的目的是精確、高效找到設(shè)備發(fā)生故障的原因，盡快修復(fù)故障并恢復(fù)生產(chǎn)，盡可能降低企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。故障診斷必須將將消耗的時(shí)間、材料與人力成本盡可能降低，應(yīng)與精密的保養(yǎng)、維修與操作形成規(guī)范操作生產(chǎn)鏈，消除人為失誤造成的故障，縮小故障診斷范圍。

此外，診斷設(shè)備的選擇也要有針對(duì)性，例如通過(guò)溫度測(cè)量分析儀與紅外熱像儀分別檢測(cè)氣、液、固體的精確溫度與機(jī)械設(shè)備的局部溫度與平均溫度，通過(guò)震動(dòng)檢測(cè)儀分析設(shè)備震動(dòng)的基波信號(hào)。根據(jù)設(shè)備型號(hào)、上位機(jī)軟硬件、通信網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)煙草種類(lèi)采取不同型號(hào)的故障診斷儀器，實(shí)現(xiàn)更加精確的故障診斷。

（三）確保故障診斷技術(shù)的先進(jìn)性

現(xiàn)代煙草診斷技術(shù)需要在追求技術(shù)先進(jìn)性、高效性、穩(wěn)定性與低成本之間達(dá)到平衡，可以采取在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與離線(xiàn)操作結(jié)合的故障診斷模式。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)是指設(shè)備工況能實(shí)時(shí)受到上位機(jī)的監(jiān)測(cè)，控制信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸，而離線(xiàn)操作是指單個(gè)設(shè)備本地情況下的自動(dòng)化操作。在線(xiàn)與離線(xiàn)的結(jié)合是在設(shè)備中嵌入微型傳感器，通過(guò)信號(hào)放大器處理信號(hào)，設(shè)置一定的采樣周期將信號(hào)離散化，最后間隔一段時(shí)間將數(shù)據(jù)上傳云端，相比于實(shí)時(shí)上傳，這種間隔上傳能有效解決實(shí)際工程中存在的帶寬有限、網(wǎng)絡(luò)擁堵、信號(hào)處理效率有限等問(wèn)題，確保數(shù)據(jù)采集與處理的可行性。

（四）注意故障診斷的特征提取與內(nèi)在邏輯

設(shè)備的異常振動(dòng)是煙草設(shè)備中的常見(jiàn)故障，以振動(dòng)故障為例，排除人為因素與環(huán)境因素，異常振動(dòng)的主要原因有摩擦震動(dòng)、自激振動(dòng)、強(qiáng)迫震動(dòng)等，采用頻譜分析的方式能準(zhǔn)確反映振動(dòng)發(fā)生的特征與機(jī)理，從而使故障縮小到一定范圍。在分析頻譜時(shí)，要注意采集設(shè)備的振蕩頻率，通過(guò)頻譜分析將其分解為基波、電磁振動(dòng)波與其他高次諧波或分諧波，隨后分析振動(dòng)波的振幅、相位以及與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，如果異常振動(dòng)體現(xiàn)在基頻上，振動(dòng)原因可能為平衡震動(dòng)；如果異常振動(dòng)體現(xiàn)在高次諧波上，振動(dòng)原因可能為摩擦振動(dòng)，但故障之間也可能產(chǎn)生多種影響，例如，不平衡、動(dòng)靜摩擦、熱彎曲、膨脹不順之間互為因果，因此在使用先進(jìn)診斷技術(shù)的同時(shí)，也要注意特征提取的主次關(guān)系與故障發(fā)生的內(nèi)在規(guī)律。

五、煙草設(shè)備故障診斷技術(shù)的展望

信息技術(shù)支持下的智能化故障檢測(cè)是煙草設(shè)備自動(dòng)化的重要發(fā)展方向，智能化故障檢測(cè)要能實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的去人工化檢測(cè)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與自動(dòng)檢測(cè)。智能化的故障檢測(cè)技術(shù)通過(guò)設(shè)備上的無(wú)線(xiàn)互聯(lián)模塊將工廠(chǎng)內(nèi)的全部設(shè)備組成局域網(wǎng)，如圖2所示，通過(guò)一臺(tái)上位機(jī)檢測(cè)并控制所有加工設(shè)備，煙草設(shè)備通過(guò)內(nèi)置的高精度傳感器采集工作環(huán)境的溫濕度、振動(dòng)頻率、噪音、位移、角度與熱效率等基本工作信息，再通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上傳至信息平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存與處理，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化的信息檢測(cè)與遠(yuǎn)程故障診斷。實(shí)現(xiàn)這一功能中，傳感器的選用、設(shè)置的位置、數(shù)據(jù)的采集、處理以及診斷策略的制定都是技術(shù)重點(diǎn)與難點(diǎn)，因此需要技術(shù)人員不斷試驗(yàn)，以找出更可靠的技術(shù)。

未來(lái)故障診斷將是更精準(zhǔn)的特征提取網(wǎng)絡(luò)、更有效的專(zhuān)家系統(tǒng)之間的結(jié)合，應(yīng)積極利用小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代化處理手段或取代傳統(tǒng)的信號(hào)與頻譜處理手段，以提高智能化故障診斷系統(tǒng)的泛化能力與學(xué)習(xí)能力。此外，現(xiàn)代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上一種基于概率的診斷網(wǎng)絡(luò)，要注意原始數(shù)據(jù)提取時(shí)的數(shù)量與質(zhì)量，進(jìn)一步提高該檢測(cè)方法的質(zhì)量，提升煙草制絲設(shè)備維護(hù)的速度和效果。

六、結(jié)語(yǔ)

煙草行業(yè)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義，煙草行業(yè)也是加工技術(shù)、設(shè)備管理與故障診斷技術(shù)、人員管理技術(shù)等方面的多元化發(fā)展。因此，煙草企業(yè)應(yīng)提高對(duì)設(shè)備故障診斷的認(rèn)知與重視程度，從深度、廣度與工程倫理等方面出發(fā)，加強(qiáng)對(duì)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的招募與培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)煙草設(shè)備故障診斷的可持續(xù)發(fā)展，為我國(guó)煙草行業(yè)發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。

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