設備狀態監測在青島卷煙廠生產線的應用

煙草行業是典型的裝備密集、技術密集型企業，隨著制絲設備的飛速發展，集成化、高速化、自動化、技術密集化程度日益提高。隨著分組加工技術的精細化、深入化研究與應用和國家煙草專賣局組織實施的“按客戶訂單組織貨源”工作推廣，煙草工業企業的制造工藝、技術裝備、生產管理等環節要求要有生產組織的快速響應能力，為更好的提高設備的運行控制水平，制絲車間創新設備管理理念，積極實施設備的狀態監測，成為提高設備運行效率的有力手段。制絲車間運用先進的設備故障診斷系統，對運行設備進行在線的動態監測，并輔之以定期的計劃監測，從根本上改變了原有的設備管理制度，而且在保證設備安全運行，消除設備事故方面起到較好的作用。

中國煙草總公司《煙草工業企業設備管理辦法》明確要求“積極采用設備狀態監測和現代故障診斷技術，發展以設備技術狀態為基礎的維修方式”。因此，通過推進實施設備狀態監測和診斷技術有利于進一步提高設備管理和維修水平，提高設備的有效作業率，克服過剩維修及維修不足現象，從而提高企業經濟效益，積極響應節能減排號召。據統計，企業采用故障診斷技術后，設備事故可減少75%，維修費用可節約10%～20%。

1 設備狀態監測

設備狀態監測就是在設備運行過程中，對特定的特征信號進行檢測、變換、記錄、分析處理并記錄，從而對設備進行故障診斷的基礎工作。依托傅里葉變換可以將設備的狀態監測信號從時域轉換到頻域，此時頻域包含的信息和原信號時域包含的信息完全相同，將信號看成許多諧波（簡諧信號）之和，每一個諧波稱作該信號的一個頻率成分，考察信號含有那些頻率的諧波，以及各諧波的幅值和相角。

設備狀態監測信號一般可以分為周期性信號（給定條件下取值是確定的）和非周期性信號（給定條件下取值不確定）。對于信號可以進行時域或者頻域的描述，以表示信號的各個組成成份。

對周期性信號而言：

周期信號可以看作均值與一系列諧波之和。

對于非周期信號一個非周期信號可以分解為角頻率連續變化的無數諧波的疊加，其周期分量的頻率比（或周期比）不是有理數。為此將非周期信號視為周期為無窮大的周期信號，x（t）的傅里葉變換為：

一個非周期信號可以分解為角頻率連續變化的無數諧波的疊加。

同時由于傅里葉變換在頻域范圍內具有疊加性、頻移性質等特性可以對信號方便的進行相關分析。

通過建立機器的部件和元件模型，計算和列表故障頻率并在頻譜上標注特征頻率峰值，從而實現如下輔助診斷包含：

狀態監測在制絲生產線的實施

青島卷煙廠制絲車間針對煙草設備獨特性，根據設備特點對關鍵工序、重要設備進行狀態監測與故障診斷系統，采用在線監測的故障診斷技術。具體方法是：

（1）以生產線（梗絲線、葉片線、葉絲線、混絲線、除塵設備、異味處理設備）為單位，來實施狀態監測的低層布線;

（2）在需要采集數據的部位安裝加速度傳感器，從傳感器上引線至機器外的VS800數據采集箱，并行排列，然后統一接入采集平臺的采集卡上;

（3）設置采集頻率，周期性的在采集平臺上采集數據，并上傳數據到計算機，然后進行故障診斷分析;

（4）根據不同的設備結構及運行經驗設定設備狀態監測低報警、高報警檻值，有系統自動生成報警信息并推送至設備管理平臺顯示;

（5）在軟件中輸入電動機、齒輪箱等設備參數，建立機器的診斷模型，實現基于故障特征參數（頻率和頻帶）的自動監測和報警;

（6）軟件能夠自學習建模，建立正常狀態模型，然后根據監測數據與正常狀態模型的差別進行狀態評估和智能診斷;

（7）系統支持管理者，分析師，瀏覽者三級權限，可支持集團/公司下不同級別使用者的數據瀏覽功能，也保證系統數據的可靠性。

2.1 實施過程

2.1.1 狀態監測工作流程

根據振動監測的技術特點和車間實際管理需求，制絲車間設備狀態監測流程為：

2.1.2 系統結構圖

由于各運動的轉子上的振動載荷都直接的作用在軸承上，因此選擇軸承為主要的監測點。為了便于傳感器的安裝，一般選擇水平或者垂直方向。制絲線離線監測設置5個工藝段，42個數據采集點。在線監測系統設置6個數據采集單元， 94個數據采集點。每個在線采集單元都通過光纖把數據傳送至中央控制室進行信號分析，整個采集網絡拓撲圖如下：

現場儀表設置

現場通過VS00系列振動監測傳感器進行數據的采集，VS800采集站負責數據轉換，數據采集和傳輸按照如下步驟完成：

1）根據傳感器類型為ICP加速度傳感器，通過軟件設置，可控制采集硬件開啟傳感器電源供電。

2）正確連接傳感器接線采集站，只測量振動的傳感器占用一個振動通道，振動溫度一體的傳感器占用兩個測量通道，其中溫度測量接入模擬信號調理板，接線或者更改接線需要在斷電狀態下進行。

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

4）VS800采集站配套箱體需要外部220VAC電源接入，保證設備的正常。

5）需要光纖通訊的模塊，還需要配置光電轉換模塊兒。

3" 設備狀態監測數據的診斷與處理

VS800數據采集模塊支持8，16，24，32通道振動和4通道數字量輸入，20路模擬量信號?？梢越咏鼨C器現場安裝在IP65防水防塵機箱或防爆機箱內，振輸入通道可接受IEPE型振動加速度和速度傳感器，數字輸入通道支持各種轉速傳感器和開關狀態信號輸入。

數據采集包括總振動值，軸承狀態值，信號特征值，頻譜/波形，包絡解調譜，幅值/相位和轉速，這些值應該根據被監測的設備通過軟件設置。數據采集的條件也可以進行設置，包括按周期或日程，轉速范圍，功率或負荷等條件，以便對數據進行有意義的分類，有效地評估機器狀態報警。VS800內置獨特算法判斷每一筆數據的有效性，完成基本和高級數據處理功能，提供基本監測和高級專業分析所要求的數據。

VS800有多種運行和通訊模式，一般在網絡正常連接時將數據及時上傳至數據庫服務器，而在網絡異常時進行本地存儲，一旦網絡恢復時即上傳本地存儲的數據。根據采集參數設置不同本地可存儲10-30天不等。

VS-Suite狀態監測軟件包，支持VS800在線監測數據采集模塊和VBT系列離線機器狀態巡檢儀，形成基于局域網、廣域網或互聯網的一體化狀態監測集成系統和服務。主要包括如下功能模塊：

VS-DB數據庫（MySQL）;存儲所有狀態監測數據，設置數據和參數。數據存儲支持按時間遠近考慮的數據稀釋功能，保證分析平臺的響應速度。支持云端數據庫存儲和遠程數據庫同步。

VS-Analyst基于C/S結構的客戶端軟件;系統設置和分析師軟件界面，提供各種專業分析工具、繪圖和報告功能。

VS-Monitor 在線采集，報警和通知軟件;支持VS800本地采集或云采集模式;實時監測報警狀態，提供報警指示，發送通知訊息給指定人員。

VS-View 機器狀態瀏覽服務;提供基于Web的機器狀態瀏覽，以便隨時隨地查看機器狀態 – 報警，趨勢，繪圖，自動分析結果。

4" 實際診斷案例

4.1機械松動故障

機械松動是比較常見的故障，有兩種情況，一種是地腳螺絲連接松動，它帶來的后果是引起整個機器松動，另一種情況是零件之間正常的配合關系被破壞造成配合間隙過大而引起的松動，比如滾動軸承的內圈與轉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。由松動引起的振動具有一定的非線性，其振動信號的頻率成份相當復雜，除了基頻（等于轉頻）以外，還產生高頻次諧波和分頻振動，頻譜結構成梳狀。

制絲車間編號為5102的烘絲機除塵風機出現較嚴重的振動，該電機為37KW，轉速為1480轉/分，（轉頻為24.67HZ），通過軸承箱傳動風機，測得故障頻譜圖如圖13。經判斷為松動故障。設備維修人員檢修后發現地腳螺絲松動，緊固后測得振動數值下降，頻譜正常，達到IS02372的允許標準。

4.2 轉子不平衡故障

轉子不平衡引起的振動也是常見的多發故障。產生不平衡的原因：轉軸上所裝配的每個零部件，如果材質不均勻（如鑄件中存在氣孔、砂眼，加工誤差）、裝配偏心以及在長期運行中產生不均勻磨損、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，都會導致零件發生質心偏移而造成不平衡。

在例行的設備巡檢中，發現WQ1108回潮機排潮風機的振動值異常變大，風機軸承振動數據超標，頻譜顯示工頻水平振動速度較大為xx/sec，診斷為風機轉子不平衡。經檢查發現風機扇葉上粘上了不均勻積垢，再測試，其振動下降達到xx mm/sec的正常值。并在設備保養過程中規定操作工定期清理風機扇葉，避免該類故障的發生。

4.3轉子不對中故障

轉子不對中也是機械常見故障之一，有以下幾種：a.轉子與轉子間的聯接不對中，主要反映在聯軸器的對中性上。b.轉子軸頸與兩端軸承不對中，對滾動軸承來講，主要是因為兩端軸承座孔不同軸、軸承元件損壞、外圈配合松動，兩端支座變形等（對電動機而言是前后端蓋），都會引起不對中。在巡檢中5116號梗處理除塵設備的其中幾個監測點的振動值比較大，風機非驅端軸承水平向振動超標為4.05mm/s。采集振動頻譜圖，發現一倍頻、二倍頻均出現異常峰值，時域波形顯示明顯的不對中，判斷為軸承松動故障，停產后修理工檢修，打開軸承座，發現軸軸承外圈與軸承座因配合松動而引發松動。更換軸承后，一倍頻、二倍頻峰值已消失，振動下降到1.236mm/sec。

5 結語

結合設備實際利用先進的狀態監測與分析軟件，通過設備狀態監測網絡的搭建，為判斷設備狀態提供準確的信息，實現預防維修，提高維修效率。系統實現了對功能性參數、振噪參數等狀態的采集分析，及時發現設備異常狀態信息及其變化趨勢，并找出根源，為維修提供各種參考數據，以進行適時維修，杜絕從設備異常到設備故障的進一步演變。同時通過狀態監測，可以為延長設備的監測周期提供可靠依據，對設備進行科學的診斷，制定出合理、準確的維修周期，使設備的利用率得到提高。同時堅持狀態監測的“五定”原則，輔之以人工溫度監測等手段，有效提高設備管理運行控制水平。