煙機設備故障智能診斷與維護

李家貴

（江蘇中煙有限責任公司淮陰卷煙廠，江蘇淮安 223002）

0 引言

近年來煙草行業設備日益智能化，煙機設備性能不斷走向高精尖，電子系統在設備中的比例逐漸提高，維護費用不斷增多，對維修技術和維修效率提出了更高的要求。為了降低維修費用，科學管理煙機設備，研究煙機設備故障智能診斷與維護具有十分重要的意義。

1 故障診斷的發展概述

1.1 故障診斷在國內外的發展現狀

20 世紀60 年代初期，美國、日本和歐洲的一些發達國家相繼開展了設備診斷技術的研究，主要應用于航天、核電、電力系統等尖端工業部門，自80 年代以后逐漸擴展到冶金、化工、船舶、鐵路等許多領域。我國設備故障診斷技術在80 年代初期主要應用于石化、冶金及電力等行業，進入90 年代后，迅速滲透到國民經濟的各個主要行業，交通、礦山、化工、能源、航空、核工業等行業先后開展了診斷技術的研究、開發與應用工作。特別是在石化、電力、冶金等行業，設備故障診斷技術的應用已經相當普及[1]。

目前國內在冶金行業，故障診斷技術的應用已經能夠有效地預判出潛在故障，做到在故障正式顯現前預警，避免大量原材料浪費與不合格產品的產生。故障診斷技術已普遍應用于家用轎車，呈現直觀的故障診斷碼，根據故障診斷碼可以方便快捷地判斷故障發生的部位與類型，甚至故障產生的原因。

1.2 故障診斷技術在煙草行業中的發展情況

在煙機設備中，故障診斷技術處于起步階段。在引進的先進機型中，如PROTOS-M5/M8 已安裝了一些在線狀態監測設備，但只能提供設備的運行趨勢，需要技術人員到設備上調用數據后依靠經驗判斷，既沒有實現智能判斷，更沒實現遠程診斷。上海某煙草數控技術有限公司開發的健康診斷系統，只能診斷出設備總體上可能存在故障，沒有實現故障報警，難以判斷故障點與故障類型，更沒有實現智能維護。在健康診斷系統基礎上開發故障智能診斷與維護功能，實時準確地診斷煙機設備的故障點與故障類型，并遠程發送報警信息，模擬故障排除場景實現精準維修，在煙草行業中具有創新性。

由于市場變化和科技推動，煙草生產設備向智能化、大型化和高速化方向發展，精度和速度上得到提升，故障表現也越來越多。一旦沒有及時有效地解決故障，會產生連鎖反應，導致生產線停工，甚至威脅人員安全。因此，對于機械設備的故障檢查技術要與時俱進，更改以往憑借經驗來判別故障的落后方法，因為已經不能適應現代化的企業生產要求。煙草行業必須堅持定期維護，按照計劃檢修。

2 煙機設備故障智能診斷與維護的必要性

煙機設備故障的智能診斷與維修，符合“卷煙生產方式向柔性、智能、精細轉變”的行業發展要求，為貫徹落實行業發展規劃打造“智能工廠”，這也是建設“智能卷煙廠”的難點[2]。傳統的卷煙生產方式已不符合時代發展要求，隨著煙草企業向信息化企業轉變，對卷煙生產的基層工作也提出了更高的要求，卷煙生產方式向柔性、智能、精細轉變是行業發展的必然趨勢。為助力煙草企業精益生產管理，實現對卷煙設備故障的精準判斷與精準維修，可以有效減少維修浪費與設備事故，對提升卷煙生產的各項經濟指標均有幫助。

3 煙機設備故障智能診斷與維護分析

設備故障智能診斷功能通過安裝在設備上各類型的檢測系統，采集設備運行狀態下的參數，建立參數分析模型分析參數，將分析結果與存儲的故障模型比對，結合預警機制智能化地判斷出煙機設備的潛在故障點與故障類型，并通過通信終端提示相關設備管理人員與技術人員進行維修維護安排。在智能維護方面，研究針對診斷出的設備故障，形成對故障維修維護所需的方案與模擬故障排除的場景，智能診斷出維修人員維修效果，使技術人員能夠完美地排除故障，達到智能維護設備的目的。

3.1 故障智能診斷

（1）旋轉運動（圓周轉動）件故障診斷。在煙機設備上，此類故障主要為傳動系統和轉動輪體單元，這些系統或單元一般由軸、軸承、齒輪、帶輪和相關零件組成。項目實施后能夠清晰地知道哪一個零件有故障、是什么故障（如磨損、損壞、斷裂等）和故障程度。診斷原理：以一定速度旋轉傳動系統或轉動輪體都會產生振動；通過安裝的振動檢測元件檢測振動速度、加速度并適時記錄，元件正常時振動數值都在一定的范圍內，一旦數值以一定規律變化或超出某一范圍，說明這一系統或單元有產生故障或存在故障隱患。

（2）非旋轉運動的活動件故障診斷。去除旋轉運動零件外的故障，剩余的基本為非旋轉運動的活動件故障，是包裝設備的主要故障形式。項目實施后能夠清晰地知道零件是磨損還是位置不正確。診斷原理：在零件正常時，非旋轉運動的活動件在運動循環過程中都是以確定的軌跡運動，一旦偏離了確定的軌跡就說明零件磨損或位置安裝不正確；通過位移傳感器檢測零件是否在確定的軌跡中運動，判斷零件是否存在故障或故障隱患。

（3）流體、溫度等其他故障檢測。此類故障發生存在即時性，也即一閃而過，由于目前設備上顯示元件多為平均值計算且沒有記錄，因此維修時難以發現。診斷原理：目前卷包設備的流體有正負壓、膠水、潤滑油等，溫度主要為進行熱封，這些指標在沒有波動時通過儀表可以發現，一旦出現波動容易對設備運行與產品質量造成影響且難以判斷；通過電子儀表檢測并采集記錄，超出范圍報警可以有效防止此類故障發生[3]。

（4）一些用于設備管理的指標采集。設備速度、不合格品剔除等數據記錄監控，可以輔助設備管理，如設備速度變化情況可以判斷設備運行狀態、不合格品是否集中在某一時間段或某一部位，可以分析出設備或人員狀態，可通過管理手段去除異常。

3.2 設備智能維護

（1）維修安排提醒。根據已經診斷出的零件運行狀態，提醒故障發展趨勢、維持狀態和產生的后果，作為設備維護安排決策的依據，決策是立即停機維修還是適當時機再安排。

（2）提供最佳維護方案。根據診斷出的零件故障狀態與程度，或是故障發生的不同階段，提供不同的維護方案。這種方案為同期最優方案，隨著技術人員對設備的認識加深或經驗的積累，將由更優的方案進行替代。

（3）維修操作實時指導。指導是全過程的，例如維護前開展哪些準備工作，在維護過程中提供標準化操作流程、每一步維護技術要點、規范與標準，監督維護后期的要求及注意事項等。可以實現專家團隊場外指導，以虛擬現實技術建立維修操作指導模型預演維護情景。

（4）維修效果檢測。雖然在維修維護過程中可以進行全過程指導，但維修人員安裝調整經驗不同，維修效果存在差別，通過系統可以實現對維修效果的檢測，出具維修效果報告，協助將設備維修達到最佳效果，保證維修效果的一致性。

項目實現后，整個系統除維修時間安排與人員執行維修外，其余均為智能化過程。

3.3 關鍵技術

（1）信號采集的技術關鍵在于故障特征參數提取的準確性與實時性，主要包括：檢測器的選擇、安裝位置與安裝方式、信號傳輸與接收方式等。

（2）信號處理的技術關鍵在于處理后參數的可靠性與及時性，主要包括：信息處理技術的選擇、對應不同信號處理模型的建立、降噪與信號去偽處理技術等。

（3）狀態識別的技術關鍵在于判斷的正確性，主要包括：設備特征參數模型的建立、專家故障庫的完善等。

（4）故障處置的技術關鍵在于風險識別的可靠性，主要包括：設備特定狀態下運行指標的判斷、處置意見的專家庫建立等。

（5）操作指導的技術關鍵在于標準建立的權威性，主要包括：操作流程的科學性與可行性、技術標準的確定性、驗收指標的合理性等。

（6）信息化處理的技術關鍵在于數據、信息和資料傳輸的快捷與抗干擾性，主要包括存取技術、接口技術等。

3.4 經濟指標

（1）現有的所有設備故障診斷技術應用接近為0，等待設備事故、設備停機、經濟指標下降顯著等故障顯現后才能知曉。項目實施后能夠在故障初期進行報告，可以有效減少各種經濟損失。

（2）現有的故障判斷只是依靠技術人員的經驗，難以做到精準判斷。項目實施后能夠精準診斷出故障點與故障類型和原因。

（3）現有的故障設備維護效果依靠技術人員自身技能高低，處理效果難以達到最優化。項目實施后能夠按照最優化效果實施設備維護維修。

（4）現有的維修方式只為在班技術人員掌握設備與故障狀況。項目實施后所有相關的管理人員與技術人員對設備情況都能掌握。

4 結束語

在煙草生產中，針對煙機設備的故障診斷技術受到了高度重視，隨著互聯網技術的飛速發展，故障診斷技術已經進入智能化階段，科學技術不斷發展，對煙草行業起到了重要推動作用。研究煙機設備故障智能診斷與維護的內容及關鍵技術，通過智能診斷與智能維護，確保煙機設備在受到外界干擾的情況下還可以繼續保持工作。