制絲生產線關鍵設備在線振動監測系統設計與實施

兌幸福　許佩（河南中煙工業有限責任公司黃金葉生產制造中心，河南鄭州　450000）

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制絲生產線關鍵設備在線振動監測系統設計與實施

兌幸福許佩
（河南中煙工業有限責任公司黃金葉生產制造中心，河南鄭州450000）

【摘 要】作為大型、連續化的生產企業，卷煙廠制絲系統中的旋轉設備如各類滾筒和風機都處于企業生產的核心位置，確保這些設備的長期、穩定、高效、安全運行是企業設備管理工作的重中之重。特別是大型設備，傳動機構存在體積大，維修費用高等特點，隨著科學技術的發展，可以根據設備運行時存在的震動、溫度變化等諸多狀態，通過測取設備運行的狀態信號，并結合其歷史狀況對所測取的信號進行處理、分析、提取特征，研究機械設備運行狀態的變化，從而診斷（識別）機械設備及其零部件的運行狀態（正常、異常、故障），再進一步預測設備未來的運行狀態，最終確定需要采取何種必要的措施來保證機械設備取得最優的運行效果，本文就是依據設備配置的現狀，設計出一套在線振動監測、信號分析系統，達到預先發現設備隱患的目的。

【關鍵詞】在線振動監測制絲設備風機

1　前言

煙草行業里有凝結眾多先進技術先進設備的現代化生產線，設備的安全穩定長周期和優質運行是企業的發展目標。長期以來，這些關鍵設備一直采用定期維修方式，即無論設備有無故障都要強制解體維修，極易造成過剩維修、浪費人工、物料、備品備件；且機器過多地拆卸，可能降低原有精度，甚至誘發人為檢修或裝配故障。即占用了設備本應運行的時間，又降低了設備使用率。因此，定期維修帶有一定的盲目性，既不經濟又不合理，已經不是設備維護檢修的發展方向。

預測性維修是以設備狀態監測與故障診斷技術為基礎、通過監測設備的運行狀態，提前預測設備可能發生的各種故障，有計劃地安排設備維護時間，是目前最為先進的和最佳性價比的維護策略。在美國預測性維護所占的比重由原來的不足20%提高到了50%。因為設備維護專家認為：把少量資金花費在狀態監測上，比把大量資金花費在因設備嚴重損壞而引起強迫停機后的檢修上更有價值。

鑒于該類設備在企業生產中所起的重要作用，在諸多檢測手段中，最優的方式是采用在線振動監測系統，當機軸轉動時，會產生摩擦力和轉動力，由磨擦力和轉動力引起的振動，通過軸承傳遞到機器外殼，在線監測滾筒和風機等設備的振動情況，可以及時將數據上傳與共享，并能實現基于實時數據的報警更新，極大地提高設備管理人員的工作效率。

圖1　振動檢測系統網絡拓撲圖

圖2　 皮帶驅動風機的測點布置圖

2　在線振動監測系統的工作原理

（1）信號采集：采集包含異常或故障信息的狀態信號是設備診斷技術的首要環節。采用合適的傳感器和測量方法來采集信號十分重要。

（2）信息處理：在采集設備有用信息的時候，很多干擾信號也會被采集，會使那些有用信號變的不明顯或雜亂無章。如何去除干擾，使有用信號突出表現出來。

（3）故障識別：得到了有用的設備信息后，需要經過與標準或樣板模式進行對比，才能確定或判斷設備處于何種狀態。

（4）預報：主要是對設備故障的發展趨勢和剩余壽命進行預報。這對避免設備事故和減少損失是非常有意義的。

3　在線振動監測系統產品

檢測振動的方法就是在振動設備上選擇一個檢測點，選擇好方向就可以測量位移、速率或加速度，振動檢測系統如圖1。

目前在線振動監測系統的產品大多采用加速度傳感器，通過工業以太網絡進行狀態信號采集。將信號采集后送入數據庫進行分析，軟件分析系統作為監測數據和分析診斷的核心，集成了最廣泛應用的預測維修技術，可完成建立機器測點數據庫、現場采集數據及回放到客戶機中、分析及診斷設備狀態和故障，既可提供設備監測診斷全面的方法和手段，又可為管理和決策人員提供全廠設備狀態的信息。

除了在線振動檢測產品外，各個廠家還開發了手持式振動檢測分析儀，可以進行最多四通道振動分析，并且可以做電流分析、動平衡和噪聲分析，作為在線振動檢測方式的補充。

4　在線振動監測方案實施

4.1制絲車間監測點選擇原則

圖3　電機直接帶雙端支撐的泵或風機的測點布置圖

表1　制絲車間檢測工位統計表

設備狀態監測和故障診斷針對的是車間內的重要大型設備，而且是沒有備用的設備，基本確定為30KW以上的電機或電機拖動的設備。

4.2檢測點統計

根據以上原則，將制絲車間需要檢測的設備點統計如下表1。

根據檢測點的需求，將使用105-130個監測點，對于沒有列入在線檢測項目的重要設備或有備用的設備，可以采用手動檢測，定期、定點對設備狀態檢測后將數據導入數據庫，與在線設備一并分析，作為整套在線檢測系統的補充。

5　振動檢測器安裝方式

不同的設備，為了獲取準確的診斷信息，需要針對不同的設備采用不同的安裝方式，來獲取數據，具體安裝方式如下：

（1）皮帶驅動的設備的測點布置如圖2所示。

（2）電機直接帶雙端支撐的設備的測點布置如圖3所示。

6　振動檢測信號采集與處理

安裝振動檢測器后，通過專門的數據總線就近連接到信號處理器中，在信號處理器中處理轉化成統一的工業以太網信號。為了節約成本，可以將這些信號通過制絲設備控制層的光纖以太環網傳輸入中控室，可靠數據表明，振動檢測數據在工業網絡中所占的帶寬最大為0.6%，對工業網絡的通訊不會造成過大影響。檢測的數據就地處理后轉化為標準信號，通過工業以太網傳輸入中控室數據庫，該數據庫為一套獨立的數據存儲和分析系統，單獨處理，數據在這里進行分析，分析后的結果可以通過上位機監控系統顯示和調用，同時該信息還同生產過程中PLC系統采集到的電流、電壓、頻率等信號一起納入到中控體統的設備管理子模塊，用于車間設備運行狀態和管理，該模塊也是廠MES系統的組成部分。所有數據可以存儲和訪問，向上可以讓設備管理部門了解設備運行情況，向下可以讓設備維修人員就地或遠程訪問，及時根據狀態制定維修計劃。通過開放網絡接口還可以實現遠程診斷，讓設備廠家具有豐富分析經驗的工程師一起判斷設備運行情況。

7　結語

該項震動檢測技術實施后達到了國內設備管理的先進水平，將設備維修管理提高到了一個新的臺階，隨著后期的管理和維護得當，可以逐步實現企業設備的數字化管理。

作者簡介：兌幸福（1972—），男 ，河南鄭州人，工程師，主要從事煙草機械自動化控制技術管理工作，對現場總線、可編程控制器等領域有一定研究。許佩（1973—），男 ，河南鄭州人，工程師，主要從事煙草機械管理工作。