連續(xù)退火生產(chǎn)線風(fēng)機(jī)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立及應(yīng)用分析

撰文/馬軍

■攀鋼集團(tuán)西昌鋼釩有限公司冷軋廠

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連續(xù)退火生產(chǎn)線風(fēng)機(jī)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立及應(yīng)用分析

撰文/馬軍

■攀鋼集團(tuán)西昌鋼釩有限公司冷軋廠

本文介紹了攀鋼西昌鋼釩有限公司冷軋連退生產(chǎn)線風(fēng)機(jī)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了傳感技術(shù)、信號(hào)分析技術(shù)、專家系統(tǒng)等功能，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、分析，能夠預(yù)報(bào)故障的變化趨勢(shì)，為定期維修過渡到狀態(tài)維修提供科學(xué)的依據(jù)。關(guān)鍵詞：退火爐；風(fēng)機(jī)；振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；故障診斷

帶鋼連續(xù)退火生產(chǎn)線退火爐上的各類風(fēng)機(jī)屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備，是生產(chǎn)流程中的關(guān)鍵性設(shè)備，它們的正常運(yùn)行是連退機(jī)組得以連續(xù)安全生產(chǎn)的根本保證。但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中，連續(xù)退火生產(chǎn)線上風(fēng)機(jī)經(jīng)常由于安裝質(zhì)量、檢修不到位、維護(hù)不周、超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)等問題而發(fā)生很多故障。為了保證安全生產(chǎn)以及對(duì)其進(jìn)行科學(xué)維護(hù)，需要對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)。風(fēng)機(jī)是否能正常運(yùn)行，不僅要從風(fēng)機(jī)的電機(jī)的實(shí)際電流、轉(zhuǎn)矩進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制，還要對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控、分析，才能及時(shí)、準(zhǔn)確的判斷出風(fēng)機(jī)是否處于正常狀態(tài)。因此在西昌鋼釩有限公司連退機(jī)組的建設(shè)過程中，把風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控作為一個(gè)重點(diǎn)工作，并結(jié)合實(shí)際情況建立了一套風(fēng)機(jī)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng).

檢測(cè)點(diǎn)的確定

a確定需要進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)控的風(fēng)機(jī)

西昌鋼釩有限公司冷軋建有兩條帶鋼連續(xù)退火生產(chǎn)機(jī)組。每條連退機(jī)組的退火爐上配置有助燃風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、循環(huán)冷卻風(fēng)機(jī)各38臺(tái)，風(fēng)機(jī)數(shù)量多，發(fā)生故障的機(jī)率更高。通過對(duì)退火爐的退火爐工藝結(jié)構(gòu)、風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、與退火爐生產(chǎn)存在安全聯(lián)鎖控制條件等因素的分析，決定對(duì)退火爐的預(yù)熱段循環(huán)風(fēng)機(jī)（2臺(tái)）、加熱段排煙風(fēng)機(jī)（4臺(tái)）、緩冷段循環(huán)冷卻風(fēng)機(jī)（2臺(tái)）、快冷段循環(huán)冷卻風(fēng)機(jī)（6臺(tái)）、終冷段循環(huán)冷卻風(fēng)機(jī)（4臺(tái)）、水淬烘干風(fēng)機(jī)（2臺(tái)）進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)控。

b風(fēng)機(jī)檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量的確定

根據(jù)風(fēng)機(jī)的安裝結(jié)構(gòu)及風(fēng)機(jī)振動(dòng)機(jī)理分析，在需要檢測(cè)的各臺(tái)風(fēng)機(jī)軸承座兩端各設(shè)一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，每座爐子需要檢測(cè)的有二十臺(tái)風(fēng)機(jī)，共四十個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。兩條連退機(jī)組退火爐一共80個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。

系統(tǒng)構(gòu)成

圖1　系統(tǒng)拓?fù)鋱D

本廠有兩條連退生產(chǎn)線、一條酸軋機(jī)組、一條熱酸洗機(jī)組、預(yù)留一條熱鍍鋅生產(chǎn)線，且當(dāng)前振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只對(duì)兩條連退機(jī)組退火爐風(fēng)機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的特點(diǎn)，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循以下原則：系統(tǒng)要基于風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、齒輪、滾動(dòng)軸承和電動(dòng)機(jī)的故障機(jī)理以及現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等建立的，具有先進(jìn)性、可靠性、實(shí)用性和可擴(kuò)展性等特點(diǎn)。系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

系統(tǒng)配置簡(jiǎn)潔，抗干擾能力強(qiáng)。方案中采用分布式數(shù)據(jù)采集架構(gòu)，保證系統(tǒng)具有較高的抗干擾能力和數(shù)據(jù)處理能力；數(shù)據(jù)主傳輸網(wǎng)絡(luò)采用光纖環(huán)網(wǎng)方式，確保數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的暢通。本系統(tǒng)采用星型網(wǎng)絡(luò)方式接入廠內(nèi)局域網(wǎng)系統(tǒng)站，并接受外部網(wǎng)絡(luò)的信息和向外部網(wǎng)絡(luò)提供系統(tǒng)信息以及數(shù)據(jù)交換。

系統(tǒng)硬件配置

振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)采用ROCKWELL ENTEK方案，系統(tǒng)主要由傳感器、振動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊、智能數(shù)據(jù)采集箱、數(shù)據(jù)服務(wù)器、工程師站和網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備組成，具有數(shù)據(jù)顯示、采集和存儲(chǔ)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、信號(hào)分析和智能故障診斷等功能。振動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊將安裝在風(fēng)機(jī)上的傳感器輸出的電信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，輸出傳感器原始信號(hào)。智能數(shù)據(jù)采集箱將振動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行采集，并通過網(wǎng)絡(luò)通訊，將采集的數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸、存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)服務(wù)器上，保證數(shù)據(jù)不丟失。在工程師站上，對(duì)從數(shù)據(jù)服務(wù)器中取得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和故障診斷。

a傳感器及振動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊配置

采用ROCKWELL entek-9000A加速度傳感器（型號(hào)EK-43781I）振動(dòng)速度傳感器全部安裝在風(fēng)機(jī)軸承座上，根據(jù)風(fēng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)需求為每臺(tái)風(fēng)機(jī)配置2個(gè)振動(dòng)速度傳感器，1塊雙通道XM-120振動(dòng)模塊。

b智能數(shù)據(jù)采集箱配置

智能數(shù)據(jù)采集箱是模塊化結(jié)構(gòu)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分布情況3

塊至4塊振動(dòng)模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)智能數(shù)據(jù)采集箱。智能數(shù)據(jù)采集箱安裝在現(xiàn)場(chǎng)，智能數(shù)據(jù)采集箱中安裝有帶以太網(wǎng)通信接口的通訊網(wǎng)絡(luò)硬件1788-EN2DN。智能數(shù)據(jù)采集箱負(fù)責(zé)系統(tǒng)各模塊的協(xié)調(diào)工作，完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)輸出、報(bào)警等。

c服務(wù)器及客戶端配置

系統(tǒng)配置一個(gè)服務(wù)器，兩臺(tái)客戶端。服務(wù)器放于2#連退出口電氣室，客戶端分別放于1#、2#連退的出口電氣室。

智能數(shù)據(jù)采集箱、狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器及工程師站通過ROCKWELL交換機(jī)（1783-US08T）組成局域網(wǎng)。工程師站和通訊網(wǎng)絡(luò)硬件1788-EN2DN之間通過局域網(wǎng)互相訪問。通信網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。為有利于分析和診斷設(shè)備故障，本系統(tǒng)可與主線機(jī)組PLC控制系統(tǒng)通訊，引入設(shè)備的其他相關(guān)參數(shù)，如力矩、速度、功率、張力等工藝和電氣參數(shù)。

系統(tǒng)軟件及功能

采用ROCKWELL自動(dòng)化的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟件EMONITOR，支持MS-SQL Serve和CENTURA等數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。在本方案中該軟件作為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和分析診斷的核心，集成有廣泛應(yīng)用的預(yù)測(cè)維修技術(shù)，集離線監(jiān)測(cè)和在線監(jiān)測(cè)于一身，可建立機(jī)器測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫、安排巡檢路徑及裝入到數(shù)據(jù)采集器中、現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)并存放到服務(wù)器及客戶機(jī)中、分析及診斷設(shè)備狀態(tài)和故障等工作。系統(tǒng)具有適用于風(fēng)機(jī)軸承、滾動(dòng)軸承和電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)分析方法，可將監(jiān)測(cè)到的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行倒頻譜分析、包絡(luò)分析、趨勢(shì)分析、概率密度分析、小波變換（分析）和對(duì)比分析等，能夠準(zhǔn)確識(shí)別軸頻、齒輪嚙合頻率及滾動(dòng)體通過頻率等特征數(shù)據(jù)。同時(shí)，通過對(duì)振動(dòng)與溫度等其它測(cè)量參數(shù)的分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障更全面更準(zhǔn)確的診斷。在軟件中有多種報(bào)警設(shè)置功能，可根據(jù)設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行幅值和頻段報(bào)警設(shè)置，從而及時(shí)提示設(shè)備運(yùn)行中的各種故障。實(shí)際運(yùn)用中還利用了軟件的智能判斷框架模塊，自動(dòng)頻率識(shí)別功能和專家診斷功能。

結(jié)束語

本文中的系統(tǒng)，其架構(gòu)是基于攀鋼西昌鋼釩公司冷軋的兩條連退機(jī)組的實(shí)際情況，充分利用一套系統(tǒng)覆蓋兩條機(jī)組。該系統(tǒng)具有較高的可擴(kuò)展性，為其它機(jī)組設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控留有接口，可根據(jù)需要擴(kuò)展至全廠，對(duì)全廠需檢測(cè)的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控，為今后的建設(shè)節(jié)約投資成本。該系統(tǒng)的建立提高了風(fēng)機(jī)故障的診斷速度和可靠性，避免重大設(shè)備事故的發(fā)生，降低經(jīng)濟(jì)損失。在工業(yè)機(jī)械監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有一定的實(shí)用性。

參考：

［1］謝麟閣.自動(dòng)控制原理［M］.北京:水利電力出版社，1991.

［2］施維新.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及事故［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1999.

［3］王旭峰.基于倒頻譜分析法的滾動(dòng)軸承故障研究.昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.2010.