芻議大盤卷高速設備振動遠程監測的實現

萬佳

摘 要 本文主要簡述了現應用于華菱湘鋼大盤卷高速軋機的德國FAG在線振動監測系統，介紹了其監測對象及軟/硬件構成和常規數據采集和頻譜分析，在此基礎上嵌入局域網辦公系統實現辦公自動化，進而討論實現大范圍、低延誤、高密度地監控高速軋機振動的可行性。

【關鍵詞】冶金 鋼鐵行業 高速軋機 振動監控

1 前言

軋機作為冶金行業的關鍵設備，由于受到重載、軋制沖擊和人為沖擊等負荷的影響，出現了大量諸如結構強度、振動、噪聲等安全可靠性的問題，如何在設備運行過程中對設備的運行狀態實時掌握，及時做出判斷，采取相應的對策，避免發生重大設備故障造成的長時間停機的問題，成為擺在各大鋼鐵企業面前的難題，對此華菱湘鋼大盤卷引進德國FAG在線測振系統，全方位對大盤卷高速設備運行狀態進行遠程監控，大大提高高速區設備運行的可靠性，從而提高設備乃至全生產線的生產效率。而基于Internet/LAN的在線振動監測系統相當于大范圍、低延誤、高密度、不間斷的對設備進行點檢，不僅降低了點檢技術人員的工作壓力，還可使工程管理人員通過局域網對現場設備實施監測，根據檢測數據進行故障分析、診斷和預警，極大地滿足了工作的需要。

2 系統基本構成

2.1 監測對象

本系統監測對象為華菱湘鋼大盤卷高線軋機，包括：高線精軋機組、高線減定徑機組、吐絲機前夾送輥和吐絲機。

監控項目為上述軋機的：振動值（33個信號點）——信號來源現場傳感器。

其中振動值包括：精軋機齒輪箱（2個信號點）精軋機輥箱（6個信號點）精軋機錐箱（6個信號點）減定徑齒輪箱A-D（8個信號點）減定徑輥箱（4個信號點）減定徑錐箱（4個信號點）吐絲機前夾送輥（2個信號點）吐絲機（1個信號點）。

電壓值（4個信號點）——信號來源ACS6000大傳動、ACS800傳動。

電機轉速（4）——信號來源現場編碼器反饋信號、ACS6000大傳動。

設備在線情況Y/N（4*2）——信號來源現場熱檢HMD反饋信號。

所有DC信號占用一個通道，所有AC信號占用兩個通道。

2.2 系統硬件

該在線振動監測系統是一個開放的、復合的多層分布式系統，每個控制器下最多可下掛MUX功能板8塊，每塊MUX功能板可連接2個現場就地箱，每個現場就地箱可同時滿足8個傳感器的數據的采集，不同傳感器之間是獨立的，他們通過VC-Filt程序進行切換循環檢測的，互不干涉。

該系統最多同時監控128個傳感器數據，本廠暫時僅使用其中的33個，所以說該系統的擴展性是很好的。

2.3 數據采集原理

該系統完成通過對數據流的采集、傳輸和內部處理，并經過內部自有程序過濾、放大和對特征值評估、數/模轉換進入系統數據分析最后DO輸出報警給予現場維護人員指導的全過程。

雖說該系統最多可同時監控128個傳感器數據，它的擴展性是很好的。但，過多的傳感器數據需要靠VC-FILT進行輪換檢測，耗費大量的輪換時間，本廠33個傳感器大概需約6分鐘完成一輪所有傳感器的數據采集，換句話就是說對于每個傳感器數據刷新的間隔時間為6分鐘/次，這對于高速運轉設備的安全性仍然是有風險的，所以我們針對這種由于數據順次采集造成的延時進行了程序優化，讓其更好的服務于現場。下面將重點介紹其軟件系統。

2.4 系統軟件

2.4.1 常用功能模塊

（1）用戶權限設置模塊：系統對登陸對象按管理員、維護工程師、操作員進行分級，每種用戶類型的權限是不一樣的，操作員為只讀屬性，用以防止一些人為的誤操作，十分適應現場實際生產的要求。

（2）基礎配置模塊：用列表形式來展示各個齒輪箱及傳動的基本技術參數，用頁面形式逐個針對現場測振傳感器進行參數設定，規定其名稱、范圍值、數值單位等。

（3）接口設置模塊：用來設置每個接收數據的接口類型以及參與程序內部計算的速度、溫度、壓力、負載、電壓等模擬量的調用路徑。

（4）數據庫設置模塊：OPC DA數據庫接收外部測量反饋的輸入信號，并保留已設置好的設備特性模型和齒輪配比和內部運算中間項或結果項的值。該數據庫可保留已有數據長達一年時間，方便您隨時根據需要察看你關心的某個參數值和該值的歷史值。

（5）報警設置模塊：通過對特征值的設定，若計算機通過數據采集和計算對比發現某一測量值超過其對應的特征值就產生黃（輕故障）或紅（重故障）報警，給出相應的指示，提示設備人員進行檢查和處理。廠商不提供理論默認報警值，而立足于現場自行設定，更利于解決實際問題。

（6）報表生成模塊：以曲線圖形分析表形式展示，報警曲線和速度曲線整合到一張列表里，使用戶直觀的了解在何時、何地、何種速度下出現的報警，甚至能調用其他參數列表了解當時電機運行的電壓和負載等條件，對于現場未出現的事故可以提前做出判斷處理，對現場已出的事故能準確分析出事故原因。

2.4.2 特色功能模塊

（1）特性參數設置模塊：針對不同的軸承和齒輪，如果您知道它的特性參數，可手動錄入；即使不知道，FAG公司也會提供一個與其特性參數相類似的模型供用戶使用（FAG/SKF公司），這些特性參數都將參與日后的內部計算和分析，所以說該系統的靈活性是很好的。其中手動創建和添加特性參數模型到本地數據庫的全過程只需兩步，簡單易行。

（2）誤信號過濾模塊：用柱狀圖形式展示在用戶自設定時段內某一振動值出現的次數占總掃描次數的百分比，自動篩選出誤信號摒棄（比如停軋換輥對軋輥和錐箱的人為敲擊）獲得真實振動值參與運算，也為用戶確定某一設備部位的正確報警預設值提供依據。另外，即時速度信號參與程序內部計算，不同速度下對應的振動大小容忍值是不同的，該系統能通過實際測量反饋分析數據，依設備特性模型生成，是一個比較講究科學性的混合系統，不象某些國內系統由單一的振動值來衡量不同速度下的振動大小，所以說在誤信號過濾方面，該系統有很強的特色優勢。

（3）專家分析模塊：系統自帶自診斷的特殊功能，很好的對可能出現的設備隱患和隱患大小進行預測的功能模塊（內部理論計算）

2.5 系統投入使用后的效果

在實際應用中，我們發現因為不同的傳感器間是循環依次掃描的，所以更多的監測點需要更多的掃描采集時間，所以一方面我們限制了監測點的數量，屏蔽了部分無用監測點，使其在有效時間內盡可能多的監控重要設備的重要部位，另一方面依設備部件的重要性將其分級，對其檢測傳感器進行不同的掃描周期配置和優先級別的設定（單位時間內掃描的次數）較好的彌補重點關注設備掃描周期過長的問題。

該系統成功預測了華菱湘鋼大盤卷高線區2011年6月24日吐絲機出口大軸承FAG804753重大故障，當時機械方點檢技術人員在辦公室連接FAG在線測振系統服務器，打開察看其運行狀態，隨即發現疑似典型故障振動頻譜圖，立即組織檢修人員開蓋檢查，發現軸承外圈部分斷裂，部分滾珠擠壓變形受損，軸承整體振動超標，首次投入就將一次重大設備事故扼殺在萌芽期。

3 結語

對于新上線的FAG在線振動監測系統，還有大量的知識需要我們消化和吸收，這些將在未來的實踐應用中不斷深化，同時我們也將在加強點巡檢及現場信息的反饋上下更大的功夫，保證測振傳感器采集的設備振動數據與手持式振動儀振動數據的一致性，科學地減輕工人勞動強度，并利用其更好地指導點檢工作和設備微劣化分析工作，將設備大事故扼殺在萌芽階段，為華菱湘鋼大盤卷穩定生產保駕護航。

作者單位

華菱湘潭鋼鐵集團有限公司 湖南省湘潭市 411100