卷煙廠制絲車間設備電氣故障模擬診斷平臺的構建

張兆豐

（貴州中煙工業有限責任公司畢節卷煙廠，貴州畢節 551700）

0 引言

當前我國經濟和科學技術不斷發展，信息技術的廣泛應用讓越來越多行業朝著智能化、自動化的方向發展，以PLC 為代表的工控技術在實際應用過程中取得了不錯成效，在工業領域應用十分普遍，進一步推動了工業生產自動化的發展。在我國工業化技術不斷發展的過程中，現場總線占據著重要地位，是通信、數據傳輸的重要媒介，由于信息技術的推廣，當前我國現場總線都以網絡技術為依據，呈現自動化分布。

一直以來煙草就是我國經濟發展的重要支柱，對我國經濟發展和社會穩定起著重要作用。在煙草制絲的過程中，機械設備經常會出現電氣故障問題，這時就需要對故障點進行定位，根據以往實例和個人經驗判斷電氣故障類型，再制定出具有針對性的解決方案，減少故障對正常生產的一系列影響。目前故障檢查、維修、排查基本上是通過人工完成，對故障性質的判斷依賴人為經驗和主觀判斷，能否精確掌握故障類型與維修人員個人能力有直接聯系，并且在排除、診斷故障的過程中會耗費大量時間，影響煙草制絲的生產效率。從目前電氣故障類型的診斷來看，大多數仍然停留在算法模型或理論基礎方面，沒有深入地落到實處，也并未在實踐中表現出來。本文基于煙草制絲電氣故障診斷模型，設計了電氣故障模擬診斷平臺。

1 煙草制絲設備常見的電氣故障原因

因為設備類型不同，煙草制絲過程中常見的故障表現也存在一定差異。

（1）切絲機電氣故障。在日常運行中，有關人員沒有加強對設備的維護和管理，電機長時間運行、超過自身最大負荷極限就會出現異味，這是由內部溫度急劇升高導致。此外，還會出現頻繁跳閘的現象，可以根據經驗判定為電氣故障，由于當前自動化程度較高的設備都配備自動報警系統，因此也可以通過設備上的警示燈來判斷其是否發生故障。造成切絲機電氣故障的原因主要有兩個：一是因為電機制動器并未完全脫開，在摩擦過程中受到較大阻力，增加了電機運轉負荷，使電機長時間超負荷運轉；二是因為切絲機刀片不夠鋒利，切煙餅時受到的阻力超過設備能夠承受的最大阻力、導致故障。

（2）葉片加料機電氣故障。葉片加料機也配備有自動報警系統，一般來說滾筒驅動變頻器出現故障時，變頻器顯示面板上會提示故障代碼。不同的故障點擁有不同的故障代碼，一旦發生了故障，有關人員需要根據故障代碼來精確定位故障點，并制定針對性的措施進行解決，要查看機械設備的開關狀態是否滿足要求及斷路器能否正常閉合，如果這兩部分都能夠正常運轉，則基本可以判定葉片加料機的電氣故障點為I/O 箱供電故障。

（3）烘絲機電氣故障。如果烘絲機出現電氣故障，如無法正常調整熱風溫度，這就會影響到煙絲質量。在烘絲機正常運行過程中，如果在調整熱風后熱風濕度和溫度并沒有發生明顯變化或達不到理想水平，則需要判定為電氣故障。對于烘絲機而言，熱風控制功能是關鍵，一旦出現問題就需要立刻關閉設備，進行故障定位和維修工作，以確保煙絲質量。

2 煙草制絲電氣故障診斷模擬臺的構建思路

在煙草制絲的過程中，可以利用科學技術構建模擬診斷平臺，提升故障定位的準確性和診斷效率，其主要原理在于：利用傳感器收集電氣設備運行過程中的各項信息，如設備運行溫度、內部壓力、流量、水分等；信息收集完畢之后，模擬診斷平臺會將這些信息傳輸到計算機中的信息轉化和處理區域，這塊區域能夠對信息進行處理，最終將其轉變為電腦數據信號，再通過智能化設備和軟件對數據信號進行解析，判定煙草制絲電氣設備故障類型。由于是利用計算機、互聯網、傳感器完成的一體式故障檢測流程，能夠大大提升故障檢測和維修效率，節省時間。在電氣故障模擬診斷平臺構建的過程中，主要利用到了現成模塊，對各個模塊功能進行統一集中處理，完成信號采集、轉化、傳輸、處理、分析、診斷、判定工作，提升了系統運行的穩定性，現有模塊能夠直接投入使用，避免開發新的模塊給煙草企業帶來更多成本。

3 煙草制絲電氣故障模擬診斷平臺的硬件設計

3.1 編程器

PLC 編程器是可編程序控制器系統的人機接口，使用PLC編程軟件用戶可以對PLC 進行程序的輸入、編輯、修改和調試。組態監控軟件為工程師提供了一種易用的開發環境和廣泛的功能，使電氣維修人員能夠快速地建立、測試和部署強大的連接和傳遞實時信息的自動化應用。PLC 編程軟件配合組態監控軟件的使用，為以操作人員為中心的制造信息系統提供了可視化工具，便于控制工業生產過程。在實際應用過程中，PLC 還能夠實現數據采集、轉化和傳輸，擁有十分強大的功能。此外，還可以利用PLC 編程來修改故障診斷模型，在實際應用過程中不斷提升PLC 和電氣設備故障診斷系統的匹配度，可以通過修改源代碼的方式完成，有效提升故障定位和判定的準確性，同時還可以利用編程來優化程序代碼，減少故障模擬系統的診斷時間，提升診斷效率。

3.2 信號處理區

電氣故障模擬診斷平臺在信號處理方面需要具備較強的功能性，以完成各種數據信息的轉化工作。在該平臺構建的過程中，主要包括PS 電源模塊、CPU、DI 模塊、DO 模塊、AI 模塊、AO模塊等，不同模塊具有不同的功能，以處理不同的信號源，主要功能為轉化信號、處理傳輸區的數據，使最終數據符合標準，再將數據輸送到模型中，開始故障定位、故障性質判定環節。一般來說，故障的診斷工作是從兩個方面開展的：①收集以往電氣設備中出現過的故障類型，一旦采集到和以前故障數據完全一致的信息，則基本可以判定故障點和故障類型；②利用信號分布的手段，一旦哪部分的信號出現異常則系統可以立即報警，告知有關人員故障的位置，神經網絡故障診斷模型就是其中一種。不同的診斷模型有各自的優勢，當然也有自身存在的缺陷：從經驗判斷的故障模型來看，只能對已經出現過的故障進行判斷，在新的故障問題處理方面具有局限性；而后一種方式雖然能查找出新的故障類型，但在處理相同故障時需要花費更多時間，難以從自身數據庫中進行搜索。在各個模塊正常運行的過程中，總線能夠將其聯系到一起、成為整體，不同的模塊之間都有對應的連接器，在集成過程中通過總線將各個模塊和總CPU 進行連接，且都有各自對應的固定位置。

3.3 信號轉化傳輸區

在數據采集、處理工作完成后，所有的數據信號都會在總線和CPU 的作用下，進入到信號傳輸區域，變頻器、饋電路、信號模塊SM 會對數據信息進行反饋，能夠提升信號的真實性，便于精準反映故障發生的部位。如果想在該系統中加入故障控制功能，則可以將其與計算機和控制設備連接，利用總線網絡就可以精確查找出故障信息，也能夠及時得到診斷信息的反饋。此外，非接觸的方式是信號轉化傳輸區獲得信息的主要方式，在通過變頻處理或其他方式才能將信息轉化為有價值的數據。在該系統正常運行的過程中，信號轉化傳輸區扮演“信號過渡和傳輸”的角色，是信號從收集到最終處理的中轉站。

3.4 子站區

煙草制絲電氣故障模擬診斷平臺的構建還包括子站區的建設，主要內容有ET200S 模塊、變頻器以及饋電器，該模塊能夠有效連接通信和信息控制系統，讓專用網線和現場現場設備在同一系統中良好運作，由此提升各模塊信息處理速度以及信息共享效率。該設備也擁有其獨有的優勢，例如不占空間是傳統電纜連接所不具備的。此外，在運行過程中饋電器并不依賴調速電機對其進行控制，能夠完成單向啟動，在7.5 kW 以下的電機控制中有較好的表現。

3.5 檢測區

檢測區主要是對煙草制絲電氣設備進行實時監督和管控，能夠對電氣設備的不同系統進行實時監測，包括計量系統中的水分儀、溫度傳感等，數字量控制系統中的定位器等以及模擬量控制系統中的溫度傳感器等。檢測區在該故障模擬診斷平臺中扮演著重要角色，能夠有效分析設備在正常運行過程中產生的壓力、溫度等數據，并將數據傳輸到主站區、信號處理區以及信號轉化傳輸區，便于工作人員及時發現故障、第一時間處理。

4 應用效果

該煙草制絲電氣故障模擬診斷平臺在構建完畢后，投入到使用中，在經過不斷調整、實驗后，取得的應用效果如下：①具有離線診斷、在線診斷兩種功能，能夠將電氣故障類型和部位更直觀地展現出來，為維修人員提供可靠的參考依據；②有效減少維修周期，同時還可以通過軟件、模擬平臺完成遠程診斷，較為便利；③在檢測各種細小設備的過程中，該平臺表現良好，各項數據都能滿足要求。

5 結束語

在煙草制絲過程中，各種設備經常出現電氣故障，如何精確判斷故障點位和故障類型、性質是需要解決的問題。電氣故障模擬診斷平臺的設計和構建，能夠有效提升故障定位的準確性，減少故障修復時間，并且在實際應用中也取得了較好的效果。