基于可靠性的狀態監控預知系統

摘 要：煉鋼生產中的除塵風機是將煉鋼生產過程中的煙氣及時排出。煉鋼過程中產生大量的煙塵，煙塵中含有易燃氣體和金屬顆粒，經風機將其排至煙囪放散或輸送至煤氣回收系統，在排出過程中煙氣經過風機轉子，煙塵中的小金屬顆粒會沾在轉子表面從而造成風機轉子表面不均勻，在高速運轉的情況下，風機振動幅度變大，使風機故障增大，利用效率大大減小。風機在線監測系統通過監測風機的振動、振幅、速度及風機和電機的軸承脈沖信號，通過一系列運算、判斷，及時通知操作人員進行定期維修，減少風機跳閘故障，提高風機作業率，同時提高轉爐利用效率，產生更高的效益。

關鍵詞：風機；在線監測及診斷；技術方案

此系統通過建立關鍵設備在線監測體系，實時監控設備振動參量狀態，及時報警，防止重大設備事故的發生；同時采用最先進的監控技術，最大程度延長設備的預警時間，從而實現預知維修，并通過智能的專家診斷，精確診斷故障源，實現精密維修，縮短維修用時，為檢測維修制度合理化提供準確的數據基礎。

1 CMS在線監測系統功能

本系統采用瑞典SPM公司著名的CMS網絡監控系統，全中文操作界面，提供WINDOWS窗口形式和樹狀結構形式兩種操作方式，真正做到會使用計算機就能操作軟件。

1.1 在線監控設備振動指標，長期趨勢監控，智能型“綠、黃、紅”報警指示。

1.2 通過“EVAM”專利技術實現：

1.2.1 智能診斷故障，對位移、加速度、速度、歪度、峭度、4個等級摩擦量以及不平衡、不對中、松動、軸承故障、轉子斷條等30多項參數與征兆獨立評估，分別給出“綠、黃、紅”狀態指示，實現智能專家診斷。

1.2.2 針對轉爐風機工況的復雜性，對于變速設備、載荷變化較大的設備，可根據轉速和載荷的變化量預先設定設備不同工況下的不同標準。

1.2.3 根據設備的多樣性，有時設備總體振動不大，但是短時工作后便造成事故停機現象，“EVAM”根據30多項參數的趨勢變化可以捕捉設備的故障原因，并報警提示。

1.2.4 根據設備的基本參數和正常狀態下的參量，形成適合該設備的企業標準，從而為設備后期更準確判斷設備運行狀態。

1.3 軸承監測——沖擊脈沖技術

沖擊脈沖技術簡單易用，只須在軸承座上安裝沖擊脈沖傳感器，系統會直接給出軸承運轉狀態值及國際標準的“綠、黃、紅”狀態指示。

該技術的優勢是其獨特設計的沖擊脈沖傳感器，僅對軸承運轉、齒輪嚙合時產生的瞬態沖擊做出反應，而對其它低頻振動的干擾不作反應，因此可以得到純凈的早期信號。對沖擊脈沖信號進行頻譜分析，即專利的SPM Spectrum TM，具有其它常規帶通濾波、包絡技術無法比擬的優勢，可得到極為清晰的頻譜圖。

1.4 通過企業內部網絡實現網絡共享，同時支持5個用戶同時上網查看設備目前的工作狀況。

1.5 系統內置的TLT自檢功能，自動監測網絡系統的連接質量和硬件品質，保證采集數據的真實可靠。

1.6 本系統自成體系，不受網絡系統的故障干擾。

1.7 本系統可以同時接收在線或離線便攜式數采器的數據，進入系統進行統一管理。

1.8 可以按企業內部的設備統一編號或自己編排的編號（任意）編輯測點名，方便查找。

1.9 可以根據管理人員的職責范圍來設定管理權限，真正做到職責分明。

1.10 對于問題設備或檢修過設備處理的過程、方法和結論可在當時的測定數據中加以注解，便于將來查閱、參考和制定恰當的處理方案；系統采用WINDOWS自帶的SQL SERVER 數據庫，可以利用SQL SERVER 數據庫自身的軟件進行備份，也可以在客戶端自行備份數據。

1.11 數據可與企業EAM或ERP體系實現數據共享；系統采用模塊化的方式，可以根據用戶的需求擴展功能，如：脈沖技術、油膜分析功能等更深層次的分析功能；可以通過網絡系統，輸入軟件序列號，在互聯網上免費升級軟件。

2 在線系統結構

2.1 風機本體安裝3個振動傳感器：風機本體軸承位水平安裝1個振動傳感器、垂直方向安裝1個振動傳感器、軸向安裝1個振動傳感器。

2.2 電機本體安裝2個沖擊脈沖傳感器：兩個軸承位各安裝1個沖擊脈沖傳感器。

2.3 電機和風機之間安裝1個轉速傳感器。

2.4 電機控制柜上：控制柜上電機電流信號接入VCM。

3 風機在線監測系統功能要求

3.1 按照設備狀態在線監測和故障診斷的需求，風機上實施在線監測，并具有故障診斷和故障報警功能。

3.2 利用傳感器捕捉振動、沖擊脈沖、轉速、電流信號；進行信號處理、模式識別、預報決策，及計算機技術，監測機組在運行過程中的振動參數及有關性能參數及其動態變化，在機組運行過程中，做出是否有故障、故障種類、故障部位、故障嚴重程度、故障發展變化趨勢等診斷結果，判斷機組性能劣化趨勢。

3.3 通過振動準確監測風機系統的不平衡、不對中、松動等問題。

3.4 通過沖擊脈沖準確監測風機系統的軸承問題，做到準確預知與診斷。

3.5 通過電機電流信號的監測，反映風機載荷的變化，提高系統診斷的準確性。

4 主要系統硬件的技術條件

4.1 振動監測模塊（VCM-20）。VCM-20 是連續測量單元，供采用 EVAM 專家方法進行振動分析。單元內部配有 CPU、硬盤和多路復用測量邏輯模塊。VCM-20-8 配有 8個振動測量通道，8 個RPM測量通道。可插接4-20mA模擬量輸入板，可擴充8-16通道模擬量，監控溫度、壓力等，也可通過負載電流監控，實現變載分析。

處理器：1GHz；存儲器：256 Mb RAM；硬盤容量：>20Gb；通道：振動20，轉速8；頻率范圍：0～20kHz；包絡頻率：100，200，500，1000，2000，500

0，10000 Hz；檢測窗口：矩形、漢寧、海明等；分辨線數：200，400，800，160

0，3200，6400。

4.2 軸承監測模塊（BMU-07）。BMU-07配有7個測量滾動軸承沖擊脈沖通道，與測量單元VCM20連接，根據 VCM20的請求進行測量、傳輸數據。BMU 提供沖擊振幅值和包絡沖擊脈沖信號，用于頻譜分析。

測量方法：沖擊脈沖 LR/HR，和 SPM 頻譜；測量范圍：-19～99 dBsv （LR/HR）；測量通道：7；電源：5VDC±10%；溫度范圍：-10～60℃；尺寸：139×145×46mm。

4.3 沖擊脈沖傳感器（42000）

測量范圍：最大值100dBsv；機架基礎：不銹鋼SS 2382；設計：密封；溫度范圍：-30～150℃；外部壓力：最大1MPa（10bar）；扭矩：15Nm，最大20Nm

4.4 振動傳感器（SLD144B）

靈敏度：100 mV/m/s2；精度：1%；工作環境溫度：-50～125℃；頻率范圍：0.5～10KHz；適用公制M8內螺紋孔，傳感器垂直輸出；傳輸距離：400米以內。

5 結束語

本系統目前應用于陜西龍鋼鋼鐵有限責任公司煉鋼廠1#、2#轉爐除塵風機，進行實時在線檢測和數據采集與處理，及時預報決策，防止重大設備事故的發生，為做到“全計劃檢修、無故障運行”奠定了堅實的基礎。

作者簡介：張換茹，陜西韓城，單位：陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司，研究方向：自動化儀表。

喬大高，陜西合陽，單位：陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司，研究方向：電子儀器。