煙草行業(yè)大功率電機(jī) 在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究與維修應(yīng)用

王昱，孫超，林煥楚，徐保強(qiáng)

（1.江西中煙南昌卷煙廠設(shè)備科，江西 南昌 330096；2.學(xué)府信息技術(shù)咨詢（廣州）有限公司，廣東 廣州 510096）

1 應(yīng)用背景

南煙卷煙廠在深入實(shí)施TnPM設(shè)備管理體系落地的進(jìn)程中，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)和管理的需求進(jìn)行了設(shè)備管理理念的優(yōu)化提升。工廠將設(shè)備日常維保工作和設(shè)備狀態(tài)采集數(shù)據(jù)相結(jié)合，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)開(kāi)展設(shè)備故障預(yù)測(cè)和狀態(tài)、預(yù)知維修，以廠區(qū)除塵設(shè)備的電機(jī)加設(shè)傳感器的方式，開(kāi)展電流、溫度等方面的狀態(tài)監(jiān)測(cè)研究應(yīng)用，通過(guò)監(jiān)測(cè)手段來(lái)進(jìn)行故障診斷和預(yù)警，結(jié)合狀態(tài)、預(yù)知維修的策略來(lái)驗(yàn)證和研究，為搭建設(shè)備的健康管理做好鋪墊，有力推進(jìn)了設(shè)備管理智能化和精益化管理。

2 大功率電機(jī)在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)方案

對(duì)于卷煙生產(chǎn)制造企業(yè)來(lái)說(shuō),作為主要?jiǎng)恿?lái)源的電機(jī)設(shè)備, 在運(yùn)行過(guò)程中，一旦出現(xiàn)故障，往往會(huì)造成設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)影響生產(chǎn)或設(shè)備斷料等嚴(yán)重生產(chǎn)事故，帶來(lái)巨大的生產(chǎn)直接損失和成本浪費(fèi)。以往的設(shè)備點(diǎn)巡檢模式是通過(guò)定時(shí)定期派遣固定的人員對(duì)設(shè)備的電機(jī)等核心部位進(jìn)行人工巡檢，以獲取電機(jī)的日常運(yùn)行狀態(tài)，不僅投入的人工成本較高、而且效率低下，存在工作成效不可控的弊端。此外卷煙成品在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，環(huán)節(jié)較多，電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)變化相應(yīng)也比較快，點(diǎn)巡檢的人員巡檢是定時(shí)定點(diǎn)的，不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)或剛好就能發(fā)現(xiàn)電機(jī)的隱患并進(jìn)行處理，從而影響設(shè)備的運(yùn)行效率和煙草的生產(chǎn)效率，甚至可能造成生產(chǎn)安全等問(wèn)題。

基于搭建電機(jī)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)狀態(tài)系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)和分析，以此開(kāi)展設(shè)備的預(yù)測(cè)性維修，對(duì)保障設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。南昌卷煙廠通過(guò)對(duì)制絲車(chē)間18臺(tái)除塵電機(jī)/風(fēng)機(jī)（55KW)以及卷包車(chē)間13臺(tái)除塵電機(jī)/風(fēng)機(jī)（90KW）的振動(dòng)、溫度在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)，共計(jì)對(duì)124個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)采集信息的跟蹤和分析。

2.1 設(shè)備的監(jiān)測(cè)模式和目標(biāo)

對(duì)關(guān)鍵設(shè)備加裝實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不間斷（24h）高密度的在線監(jiān)測(cè)設(shè)備電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、智能預(yù)警和提示異常設(shè)備；實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵機(jī)組電機(jī)的遠(yuǎn)程在線看護(hù)的智能服務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)組的狀態(tài)維修和精準(zhǔn)維修：

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

通過(guò)無(wú)線或有線方式，采集安裝傳感器的設(shè)備振動(dòng)、溫度等運(yùn)行數(shù)據(jù)，按照設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)，設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集方式，獲取和定位分析設(shè)備故障的振動(dòng)、溫度等異常數(shù)據(jù)，并應(yīng)用智能預(yù)警的策略，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備機(jī)組其電機(jī)的異常狀態(tài)。設(shè)備電機(jī)在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要有3個(gè)層級(jí)構(gòu)成，采用分布式架構(gòu)模式，來(lái)保證良好的系統(tǒng)擴(kuò)展性。

第一個(gè)層級(jí)為數(shù)據(jù)的采集層：傳感器（溫度、振動(dòng)）進(jìn)行最原始的數(shù)據(jù)采集，并傳送到無(wú)線中轉(zhuǎn)器中，無(wú)線中轉(zhuǎn)器通過(guò)光纖或以太網(wǎng)的方式將獲取的原始狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務(wù)器中。

第二個(gè)層級(jí)是現(xiàn)場(chǎng)的軟件監(jiān)測(cè)平臺(tái)軟件：用于存儲(chǔ)由無(wú)線中轉(zhuǎn)站傳回的設(shè)備電機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備理人員可通過(guò)PC端以網(wǎng)頁(yè)的形式訪問(wèn)在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)，了解監(jiān)控的機(jī)組設(shè)備電機(jī)其實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。

第三個(gè)層級(jí)為利用第二層級(jí)接口方式接入iTnPM@EAM設(shè)備全壽命系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有納入監(jiān)控的機(jī)組設(shè)備電機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。如圖1所示。

圖1

2.3 振動(dòng)測(cè)點(diǎn)選擇原則

主要監(jiān)測(cè)對(duì)象為電機(jī)設(shè)備的振動(dòng)、溫度，根據(jù)故障產(chǎn)生的原因，可以通過(guò)對(duì)不同部位的振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量和分析而體現(xiàn)。振動(dòng)測(cè)點(diǎn)遵照以下3點(diǎn)選擇原則：

（1）近距，即振動(dòng)傳播的有效距離最短；（2）剛性支撐，由于軸承承載著機(jī)器的負(fù)荷，許多典型的故障會(huì)將振動(dòng)信號(hào)傳遞給有剛性支撐的位置既軸承位置，在傳遞過(guò)程中振動(dòng)值會(huì)有所衰減，但振動(dòng)故障頻率不會(huì)發(fā)生改變，所以，通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備電機(jī)的軸承振動(dòng)就可同步發(fā)現(xiàn)上述典型的機(jī)械故障及軸承缺陷，故傳感器安裝在有剛性支撐的軸承座上；（3）安全，在確保不影響設(shè)備運(yùn)行的情況下，也要保證振動(dòng)傳感器的安裝和防護(hù)。

如圖2所示為除塵風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)布置和具體的安裝位置示例。針對(duì)風(fēng)機(jī)機(jī)械故障特征及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際情況測(cè)點(diǎn)布置明細(xì)如下：電機(jī)負(fù)載端一個(gè)水平測(cè)點(diǎn)、風(fēng)機(jī)端兩個(gè)軸承支撐分別安裝垂直的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)。

圖2

表1

3 大功率電機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要軟件功能

3.1 數(shù)據(jù)采集分析

針對(duì)性的采集數(shù)據(jù)：根據(jù)故障種類不同按調(diào)整采集的參數(shù)配置如：通道數(shù)量、分析頻率、采樣點(diǎn)數(shù)、低通設(shè)置、低通拐點(diǎn)、高通設(shè)置、抗混設(shè)置、包絡(luò)設(shè)置、觸發(fā)方式等。

各種分析功能：時(shí)域分析、頻域分析、、概率分析、相關(guān)分析、趨勢(shì)分析、時(shí)間三維、轉(zhuǎn)速三維（主要是用來(lái)分析啟停機(jī)）、軸心軌跡、伯德圖、奈奎斯特圖等功能。

3.2 可監(jiān)測(cè)電機(jī)故障種類

（1）旋轉(zhuǎn)機(jī)械變形、碰磨、不平整、流體不規(guī)則、軸系不平衡、喘振、諧振；（2）旋轉(zhuǎn)機(jī)械平行不對(duì)中、角度不對(duì)中、綜合不對(duì)中、熱變形不對(duì)中；（3）檢查旋轉(zhuǎn)機(jī)械修正誤差及結(jié)果、預(yù)測(cè)潛在故障、判定故障發(fā)展趨勢(shì)。

3.3 多功能報(bào)警策略

故障報(bào)警按照監(jiān)測(cè)值分類為：絕對(duì)值報(bào)警和相對(duì)值報(bào)警；按照監(jiān)測(cè)對(duì)象分類：設(shè)備級(jí)報(bào)警和部件級(jí)報(bào)警；按照?qǐng)?bào)警級(jí)別分類：正常、警告和危險(xiǎn)。

3.4 預(yù)警聯(lián)動(dòng)

電機(jī)異常的設(shè)備可快速定位，預(yù)警后，異常設(shè)備電機(jī)的定位可快速在狀態(tài)監(jiān)視頁(yè)面和機(jī)組故障點(diǎn)之間切換，查看了解機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行情況。軟件可快速鏈接顯示報(bào)警測(cè)點(diǎn)和報(bào)警測(cè)點(diǎn)在同一個(gè)設(shè)備的其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)頁(yè)面，并調(diào)出歷史的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和運(yùn)維記錄，提供分析應(yīng)用。

3.5 集中對(duì)比監(jiān)測(cè)分析模式

可實(shí)現(xiàn)在同一設(shè)備不同測(cè)點(diǎn)、同一測(cè)點(diǎn)不同方向、類似設(shè)備相同位置測(cè)點(diǎn)3種情況下進(jìn)行對(duì)比分析。

3.6 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理

系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)置不同的存儲(chǔ)方案，只要定期更換數(shù)據(jù)存儲(chǔ)滿的硬盤(pán)，可以無(wú)限制的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，也可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)置不同的數(shù)據(jù)刪除方案。

3.7 大數(shù)據(jù)分析及展示

趨勢(shì)圖譜在同一界面最多可以顯示數(shù)年的數(shù)據(jù)趨勢(shì)。

4 結(jié)論和應(yīng)用成效

通過(guò)對(duì)大功率電機(jī)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成，結(jié)合設(shè)備點(diǎn)巡檢和日常維保的記錄數(shù)據(jù)等方面的綜合分析，形成了對(duì)除塵設(shè)備電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)警分析模型，初步實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障發(fā)生前的提前預(yù)知和預(yù)警，使設(shè)備管理模式逐步向過(guò)程管控和健康管理的方向提升。后續(xù)基于此應(yīng)用基礎(chǔ)，可以結(jié)合其他數(shù)據(jù)參數(shù)如轉(zhuǎn)速、電壓、電流、設(shè)備啟停等維度，對(duì)設(shè)備的其他關(guān)鍵部件進(jìn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)，并結(jié)合預(yù)知維修策略實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)維修。

截止到2022年9月底，南昌卷煙廠除塵等大功率設(shè)備電機(jī)，在加設(shè)傳感器等溫度、振動(dòng)監(jiān)測(cè)后，故障率情況較2021年有明顯降低，同比下降63.67%，對(duì)生產(chǎn)影響同比下降54.3%，故障次數(shù)同比下降70%，有力保障了生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。