煙草設備的故障診斷技術應用

張勇

摘要：為提高煙草行業的生產效率與生產質量，需要對煙草設備進行高效的故障診斷，以提高設備的使用壽命，減少原材料、能源能資源的消耗。本文對煙草設備的特點與故障診斷基本原則進行了簡要說明，指出煙草設備診斷中存在的診斷技術、診斷流程、人員管理、硬件條件等方面的不足，提出相關改進意見，并對故障診斷技術的發展前景進行探討，希望為相關人士提供參考。

關鍵詞：煙草；故障診斷；技術

一、煙草設備的特點

煙草設備是指煙草生產過程中應用的一般性設備與專用性設備的集合，一般性設備是指可以通用于較廣泛應用場景下的鍋爐、烘干機、壓縮機等設備，專用性設備是指針對專用于煙草生產的煙絲膨脹機、引風機、壓縮機、真空泵等設備，如圖1所示，此外，還包括動力設備等，這些設備都具有較大的體積與復雜的機械結構，同時需要較高的生產效率應對煙草極高的市場需求量。根據煙草生產過程中各個設備的使用效率與頻次，煙草設備也可以被分為關鍵設備與輔助設備，煙草企業以此對不同設備投入不同的維護資源，例如，對關鍵設備要求更高的保養與檢修頻次，同時對達到年限或工作量上限的設備進行強制報廢與替換措施，以此確保生產的安全性與高效性。

二、煙草設備故障診斷的內涵

煙草設備的故障診斷是針對煙草設備已發生或潛在發生的故障診斷，由于煙草設備復雜的內部結構和煙草企業所需求的高生產效率，煙草設備的診斷需要滿足精確性、簡易性與快捷性三點原則。故障診斷一般分為簡易式的外部診斷與精確式的內部診斷，其中，外部診斷是指檢修煙草設備各零部件，外部診斷通過直接觀察設備大范圍零部件，確定是否滿足正常工作的條件；內部診斷主要指通過專業的檢測儀器定量測量各零部件的情況，內部檢測相比于外部檢測的優勢還在于能快速定位模塊中某一子模塊或零部件的故障，而不用通過依次排查與多次實驗確定問題，使問題檢測更加精確且可靠。對比兩種故障診斷方法，前者需要的技術難度更低，同時檢測成本也更低，適合檢修與維護技術成熟且以機械結構為主的傳統設備，后者對技術、儀器的要求更高，適用于電控設備或主板的檢修。

煙草設備的常見故障主要包括電氣故障與機械故障，電氣故障是指電路或負載的超負荷運轉產生的故障，機械故障是指設備工作中由于摩擦、碰撞產生的設備形變或損壞故障。切絲機故障主要源于切割質地較硬的煙草原料時，電機超負荷運作或為提高扭矩而加大制動性導致的設備過熱；加料機的故障主要源于變頻器故障或運輸通道的軸承支撐性與穩定性不足；烘絲機的故障往往由于溫濕度檢測裝置失靈或排污管道堵塞導致等，設備的故障會直接影響煙草產品的質量。

三、煙草設備故障診斷存在的問題

（一）煙草設備故障檢修技術普遍落后

隨著煙草設備的迭代與更新，新興的煙草設備與傳統煙草設備的工作原理存在顯著不同，隨著煙草設備的大面積更新，無論是引進進口先進設備還是采用國產現代化設備，都面臨檢修技術落后的情況，尤其是進口設備故障檢修工作的難度極大。檢修技術的落后會直接影響煙草企業設備更新的計劃，也會阻礙企業在市場中的競爭力。故障診斷技術的滯后還體現在檢修效率較低，越是大規模的設備越需要復雜的檢修技術，但在以人工為主導的傳統故障診斷中，漏檢、錯檢等人為誤差也不斷增大，不僅給設備帶來嚴重的安全隱患，也給生產效率帶來一定的負面影響。

（二）技術人員的專業素質與人才儲備不足

技術與設備的迭代使得傳統故障診斷人員的工作空間不斷擠壓，而現代故障診斷人才則出現大面積的缺口，對技術人才也從機械專業為主導的情況轉換為電控、自動化等專業的招募，企業與技術人員的對接缺乏經驗，也使相關技術無法落實。此外，設備的更新也改變了故障診斷隊伍的架構，掌握機械、自動化與煙草生產等專業知識的綜合性人才儲備不足，故障診斷存在大量的重復與無效工作，原本高效且精確的故障診斷成為消耗人力物力、降低生產效率的工作。

（三）故障診斷頻次過多導致設備使用壽命縮短

現代煙草設備往往采用電控驅動機械運轉，但在正常的工作模式下，與電控模塊相比，機械部分的磨損與形變仍是縮短機械使用壽命的主要原因。煙草設備長期高功率工作于高溫、高壓或高濕度的工作環境下，生產過程中的部分產物對煙草設備的腐蝕作用影響設備的使用壽命，因此設備應確保嚴格的密封性。如果頻繁診斷或檢修設備，有可能影響機械結構之間的連接與設備電控模塊的密閉性，對設備造成不可逆轉的損害。

（四）硬件設施不利于先進技術落實

煙草設備總體上存在內部空間狹小、設備嚴格密封、工作震動大、內部信號存在相互干擾等現象，對于現代化動態檢測技術所要求的傳感器數據采集造成一定困難，例如，由于傳感器的加裝布線等操作，會破壞設備的密封性，同時震動不斷累積產生的共振，會影響傳感器的數據采集情況，造成傳感器脫落的風險。此外，由于油液分析、光譜分析等技術的使用成本較高、診斷周期較長，也不適用于實際工程中。因此，當前煙草設備故障診斷主要應用于通用設備或輔助設備，較少應用卷包等專用設備。

四、煙草設備故障診斷技術的優化與應用分析

（一）規范煙草設備故障診斷流程

針對煙草設備故障診斷存在的效率低與質量差的問題，應從制度出發，建立規范的故障診斷流程，以降低人為誤差的干擾。故障診斷應從診斷管理與人員管理兩方面出發。

對于診斷管理而言，煙草設備故障應根據加工階段采用不同的方式，建立全周期的故障診斷流程，即在生產前、生產中與生產后分別進行不同方式的檢測與維修，全方位掌握煙草設備故障信息，防止相似問題規模化與隱形化，從制度上提高煙草的生產效率與生產質量。對于人員管理而言，建立人員檢修時間信息與檢測信息檔案，對比不同階段設備檢測信息報告，對缺乏連貫性的檢修報告進行溯源，設備反復發生故障或處于異常情況時，需要對相關負責人追責。

全周期故障檢測下，生產的各個環節與部門需要形成更加緊密的聯系，加強工作交接、信息交流與技術交互，適當開展內部不同部門之間的參觀，確保員工了解煙草生產的各環節信息。在信息技術支持下，企業應積極利用線上資源開展員工的培訓與實訓，提高員工故障檢測的深度與廣度。此外，全周期故障檢測下事前檢測應發揮重要作用，以實現故障預警，將損失降到最低，企業還應利用信息化手段對故障進行系統化歸納管理，建立故障信息管理平臺收集與發布故障信息，通過上位機通信動態監控各煙草設備的工作情況，對超過正常工作狀態區間的設備發出預警，以提醒技術人員盡快處理。

（二）提高故障診斷的針對性

故障診斷的目的是精確、高效找到設備發生故障的原因，盡快修復故障并恢復生產，盡可能降低企業經濟損失。故障診斷必須將將消耗的時間、材料與人力成本盡可能降低，應與精密的保養、維修與操作形成規范操作生產鏈，消除人為失誤造成的故障，縮小故障診斷范圍。

此外，診斷設備的選擇也要有針對性，例如通過溫度測量分析儀與紅外熱像儀分別檢測氣、液、固體的精確溫度與機械設備的局部溫度與平均溫度，通過震動檢測儀分析設備震動的基波信號。根據設備型號、上位機軟硬件、通信網絡、生產煙草種類采取不同型號的故障診斷儀器，實現更加精確的故障診斷。

（三）確保故障診斷技術的先進性

現代煙草診斷技術需要在追求技術先進性、高效性、穩定性與低成本之間達到平衡，可以采取在線監測與離線操作結合的故障診斷模式。在線監測是指設備工況能實時受到上位機的監測，控制信號通過無線網絡傳輸，而離線操作是指單個設備本地情況下的自動化操作。在線與離線的結合是在設備中嵌入微型傳感器，通過信號放大器處理信號，設置一定的采樣周期將信號離散化，最后間隔一段時間將數據上傳云端，相比于實時上傳，這種間隔上傳能有效解決實際工程中存在的帶寬有限、網絡擁堵、信號處理效率有限等問題，確保數據采集與處理的可行性。

（四）注意故障診斷的特征提取與內在邏輯

設備的異常振動是煙草設備中的常見故障，以振動故障為例，排除人為因素與環境因素，異常振動的主要原因有摩擦震動、自激振動、強迫震動等，采用頻譜分析的方式能準確反映振動發生的特征與機理，從而使故障縮小到一定范圍。在分析頻譜時，要注意采集設備的振蕩頻率，通過頻譜分析將其分解為基波、電磁振動波與其他高次諧波或分諧波，隨后分析振動波的振幅、相位以及與轉速的關系，如果異常振動體現在基頻上，振動原因可能為平衡震動；如果異常振動體現在高次諧波上，振動原因可能為摩擦振動，但故障之間也可能產生多種影響，例如，不平衡、動靜摩擦、熱彎曲、膨脹不順之間互為因果，因此在使用先進診斷技術的同時，也要注意特征提取的主次關系與故障發生的內在規律。

五、煙草設備故障診斷技術的展望

信息技術支持下的智能化故障檢測是煙草設備自動化的重要發展方向，智能化故障檢測要能實現設備故障的去人工化檢測、遠程監測與自動檢測。智能化的故障檢測技術通過設備上的無線互聯模塊將工廠內的全部設備組成局域網，如圖2所示，通過一臺上位機檢測并控制所有加工設備，煙草設備通過內置的高精度傳感器采集工作環境的溫濕度、振動頻率、噪音、位移、角度與熱效率等基本工作信息，再通過無線網絡上傳至信息平臺進行數據的保存與處理，實現動態化的信息檢測與遠程故障診斷。實現這一功能中，傳感器的選用、設置的位置、數據的采集、處理以及診斷策略的制定都是技術重點與難點，因此需要技術人員不斷試驗，以找出更可靠的技術。

未來故障診斷將是更精準的特征提取網絡、更有效的專家系統之間的結合，應積極利用小波神經網絡等現代化處理手段或取代傳統的信號與頻譜處理手段，以提高智能化故障診斷系統的泛化能力與學習能力。此外，現代神經網絡實際上一種基于概率的診斷網絡，要注意原始數據提取時的數量與質量，進一步提高該檢測方法的質量，提升煙草制絲設備維護的速度和效果。

六、結語

煙草行業對我國經濟發展具有重要意義，煙草行業也是加工技術、設備管理與故障診斷技術、人員管理技術等方面的多元化發展。因此，煙草企業應提高對設備故障診斷的認知與重視程度，從深度、廣度與工程倫理等方面出發，加強對專業技術人員的招募與培養，實現煙草設備故障診斷的可持續發展，為我國煙草行業發展作出重要貢獻。

參考文獻：

[1]李世杰.煙草設備的故障診斷技術應用[J].科技創新導報，2021，18（14）：48-50.

[2]秦丹飛.聲振檢測儀在煙草卷包設備故障診斷中的應用[J].黑龍江科技信息，2017（06）：16.

[3]劉亞斌.煙草設備的故障診斷技術應用分析[J].中國機械，2022（03）：84-86.