制漿設備運行狀態監測技術與風險評估技術應用研究

唐英杰

摘 要：本文依據磨漿機設備的特點，為磨漿機設備專門設計狀態監測系統。從設備的狀態監測、數據采集、數據存儲和數據分析多方面入手，完成對磨漿機設備的狀態監測。采用航空專用振動傳感器和高精度微型溫度傳感器，可以精確測量磨漿機的運行情況；采用高可靠性、多功能的數據采集模塊，將磨漿機監測信號進行頻譜劃分、高通濾波，形成具有磨漿機特性的數據存儲在數據服務器中。選用和研發針對磨漿機設備的分析軟件，能夠通過各種圖形化界面，展示磨漿機的在線運行狀態，同時通過頻譜圖、歷史趨勢、報警設置，可以對磨漿機的狀態進行診斷和預測，實現對磨漿機的精準維護和保養。

關鍵詞：磨漿機；狀態監測；數據處理；風險評估

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2017）06-0043-03

Research on the Application of Status Monitoring Technology

and Risk Assessment Technology of Pulping Equipment

Tang Yingjie

（Shanghai Tobacco Group Taicang Haiyan Reconstituted Co.， Ltd.，Taicang Jiangsu 215433）

Abstract： Based on the characteristics of the refiner equipment， this paper specially designed a refiner equipment condition monitoring system. From the aspects of equipment condition monitoring， data collection， data storage and data analysis， the state monitoring of refiner equipment is completed. Aviation dedicated vibration sensor and high precision micro temperature sensor are used to measure the operation of the refineraccurately. High reliability and multifunction are used to divide the spectral andfilter the high pass. This method is convenient to form refiner characteristics， stored in the data server. The refiner equipment analysis software is selected and developed， so that the running status can be displayed through various graphical interfaces. At the same time， the state of the refiner can be diagnosed and predicted by spectrum， historical trend and alarm setting， to achieve the precise maintenance and safeguard of the refiner.

Keywords： refiner；status monitoring；data processing；risk assessment

1 項目由來

煙草薄片行業和造紙行業的制漿車間，磨漿設備較多，目前主要依靠人工觀察和記錄進行設備點檢和故障診斷，造成人員工作量大和出現經驗性維護現象。隨著產能擴充、設備自動化程度越來越高，設備維護人員越來越少，生產、安全和品質方面的壓力要求設備管理更精細，設備運行更健康，數字化設備管理已經提上日程。

目前，制漿車間內磨漿機設備的安全保障采用定期巡檢的方式實現，通常在關鍵設備發生故障或導致重大損失以前，很難發現問題的征兆，主要通過操作人員檢修和經驗發現。

本項目是對磨漿機設備狀態監測作試點與研究，為后續完成此類設備的全面覆蓋，采集數據的深入分析應用做研究。因此，本系統狀態數據采集的對象是磨漿機設備，主要對磨漿機設備的振動監測、數據采集、數據分析、數據應用進行圖形分析、故障追蹤和故障判斷預測的設計開發。實施該項目后將對磨漿機存在的以下問題進行改進：一是安裝設備運行狀態監測傳感器和數據采集單元，實現對磨漿機在工作時的振動情況、位移情況、效率情況進行檢測，代替人為判斷，依靠數據分析，不是靠經驗判斷，減少盲目性；二是增加磨漿機設備狀態監測數據記錄和圖形展示[1]。由于磨漿機是長期運轉設備，其運轉好壞情況不能用肉眼觀察，其運行誤差是一個微小過程的積累，也許一個數據的變化需要長達一個月的過程才能形成。單靠人工或者單靠監測都無法對設備狀態進行分析。因此，必須建立設備狀態數據庫。

2 制漿設備監測設備的選型分析

2.1 磨漿機狀態檢測

磨漿機狀態檢測是振動傳感器和溫度傳感器。振動傳感器采用航天專用傳感器，可檢測位移、速度、加速度等狀態；轉速傳感器采用航天專用激光傳感器，可以測量軸承轉速。溫度傳感器采用微小接觸式溫度傳感器，易于安裝和測量。可通過這些傳感器的檢測實現對設備故障的檢測，比如旋轉機械變形、磨損、不平整、喘振及諧振，異物進入及碰撞，整流器外形磨損，變形、紊流、裝配不當或設計缺陷；也可以對旋轉機械不平衡、轉子磨損、轉子掉塊、軸系不平衡、動靜件和碰磨等進行檢測，還能檢測軸彎曲、變形及變速箱磨損等故障。

AIC專用振動傳感器特性：測量范圍為0～80g，靈敏度為95～108mV/g，振幅線性≤1%，橫向靈敏度≤5%，工作溫度為-50～120℃，頻率響應為1～7 000HZ，質量為（93±5）g，殼體材料為不銹鋼，輸出連接器為2pin，HIL-C-5015，安裝方式為1/4-28UNF螺紋，防爆等級為ia ⅡC T4-T6 Ga。

專用溫度傳感器特性：型號為KZW/P-200M8L10 PT100，溫度范圍為-50～180℃，防護等級為IP68，外形尺寸為8m×10mm×2m，引線耐溫為-40～250℃。

2.2 磨漿機狀態數據采集模塊及存儲分析

數據采集模塊是磨漿機設備狀態監測的另一個主要部件。負責從傳感器接收監測信號，并把這些信號經過換算、分析和處理，最后以狀態信息形式儲存于數據服務器。數據采集模塊的主板采用ARM9+DSP（高效率處理浮點運算）+FPGA（便于擴展硬件接口），支持ICP振動加速度、速度、電渦流和驅動繼電器等開關儀表緩沖輸出信號，可設置低通、高通、帶通輸出、一次積分、二次積分、包絡、程控放大倍數和采樣頻率。每個通道都用單獨的A/D，確保通道間不相干擾；每通道0～256kHz采樣頻率可調；各通道絕對獨立的信號處理，確保各通道信號的獨立性，杜絕通道間干擾；采樣點數為256～512～1 024～2 048～4 096可選擇；轉速范圍在1～25萬r/min；支持低通濾波、高通濾波和積分處理。

數據動態范圍為24位A/D，～84dB；存儲容量為最大64G，可保存上千萬條數據，掉電后存儲10年以上；通訊接口為USB2.0和以太網口同時使用，10/100Mbps以太網數據傳輸。

2.3 磨漿機狀態數據分析

磨漿機設備狀態通過檢測和采集，將數據存儲在服務器里。監控客戶端里裝有專門的數據分析軟件，客戶端通過調用服務器數據在分析軟件中運行，形成對磨漿機的設備裝置的分析，判斷設備的運行情況；分析是否存在故障；及時報警，實現對磨漿機設備狀態的全面監控。

2.4 監控內容

2.4.1 數據下發。對系統參數的設定，包括架構（廠、車間、設備、監測點）、通道管理（振動、溫度、轉速等）、數據采集器參數設置（采樣點數、分析頻率、報警限、分頻設置等）[2]。通過數據下發，完成了數據服務器與客戶端監控軟件的連接，構成一個完整的磨漿機狀態監控系統。

2.4.2 數據顯示。將服務器采集到的數據，以圖形的方式顯示出來，包括顯示的圖形波形包括頻譜圖、趨勢圖、三維頻譜圖、瀑布圖等。

時域振動波形為各測點振動的實時波形曲線，可根據振動波形直觀了解機組的振動概況；振動頻譜分析圖可對振動在頻域的分布形貌提供直觀的顯示，可以很容易找出振動的主要成分，方便分析人員找出機組振動的主要原因；瀑布圖是將不同時刻或不同功率及轉速下，同一測點的振動頻譜分析圖描繪在同一三維坐標系中，可以比較不同時刻、不同功率或轉速時，機組振動的變化情況。

2.4.3 在線監控。在線監控是實時顯示磨漿機設備的監測數據，并通過分布式、平鋪式和列表式3種模式，可以實現對同類測點的數據比對、同臺設備的數據比對，同一測點的不同參數實時比對，形成對磨漿機狀態的全面監控。分布式監視畫面依次顯示磨漿機檢測數據（包括振動和溫度），平鋪式顯示所有測點的頻譜圖或三維頻譜圖，列表式顯示所有監測數據的變化情況，包括報警，可分類查詢。

綜上所述，這就是磨漿機設備狀態監測系統的組成。通過設計和應用，使得企業設備管理更加規范，給設備運行提供保障，給維護人員帶來方便。

3 系統設計與軟件開發

3.1 磨漿機結構與布點設計

磨漿機由2個電機加傳動軸組成（見圖1），磨漿機基本結構主要由磨體、磨片、轉盤、主軸、移動座、機蓋、齒式聯軸器和進刀裝置等零部件構成。其由固定在機體和移動座上的2個固定磨片和安裝在轉盤上的2個轉動磨片形成2個磨區。轉盤與主軸采用花鍵浮動聯接，從而使轉盤可作靈活的軸向移動。進刀裝置由進刀箱、絲母、蝸輪、蝸桿、手輪傳動、減速箱和雙速電機傳動構成。主電動機帶動整個大軸的旋轉，對進入容器的漿料進行擠磨，次電動機控制進刀裝置，調節磨漿機主電機的電流，控制磨漿效果。圍繞現場設備共研究布置8個監測點，6個為振動監測點，2個為溫度監測點。

3.2 系統架構

完成設備現場布點后，下一步進行整個系統架構的搭設及軟件設計開發。主要分為三層結構，底層為現場設備（磨漿機）和狀態監測，完成設備狀態的檢測和轉換；中層為采集模塊，完成對設備數據的采集和轉換；上層為數據庫和分析軟件，完成對設備狀態檢測數據的存儲和分析展示。其示意圖如圖2所示。

3.3 軟件開發

磨漿機狀態監測系統數據主要涵蓋5大模塊：數據下發、數據回放、在線監測、3rd和用戶管理[3]。

3.3.1 數據下發。對系統參數的設定，包括廠區架構（總廠、分廠、車間、設備和測點），通道管理（振動、溫度、轉速、視頻）、數據采集器采集參數（采樣點數、分析頻率、報警值、分頻設置）設置等。

3.3.2 數據回放。已采集的數據通過該功能進行回訪，顯示視圖：通頻、時域、頻域、分頻、變工況、時間三維普和轉速三維普等。

3.3.3 在線監測。在線監測是對實時采集的數據進行顯示，通過三種模式（分布式、平鋪式、列表式）、五級架構（總廠、分廠、車間、設備、測點）可以實現同類測點實時數據對比、同臺設備測點實時數據對比、同一測點不同參數實時對比等功能。

3.3.4 3rd。第三方數據接入，接入的是振動、溫度、轉速、視頻之外的信號，如壓力、流量、料位、急停等外接斷點信號。

3.3.5 用戶管理。其也是權限管理，包括創建用戶、刪除用戶、分配權限、修改權限和修改密碼等。

4 項目實施效果

4.1 磨漿機設備狀態監測實時顯示

由于磨漿機是薄片生產的重要設備，其運行狀況直接關系到生產的穩定和質量。設備狀態監測直觀顯示磨漿機實時運行情況。操作維護人員能夠準確掌握設備運行狀態，提高生產效率。

4.2 磨漿機狀態運行直觀分析

磨漿機設備狀態監測，通過曲線、頻譜圖和數據等方式，分析磨漿機設備的運行穩定性、機械可靠性和故障發生報警，對設備運行進行了全方位檢測和全過程監控，提高了設備運行壽命，科學安排設備檢修，及時發現設備異常，保證設備健康運行。

4.3 磨漿機狀態運行維護預防

通過對設備振動、溫度、位移等物理數據的監測和頻譜分析，通過比對專家系統或者慣性分析，可以預測設備故障，通過機械加固或者故障性檢修，可以有效增加磨漿機設備的運行時間，減少不必要的定時檢修時間，預防過度維修。

參考文獻：

[1]盛兆順，尹琦嶺.設備狀態監測與故障診斷技術及應用[M].北京：化工工業出版社，2003.

[2]徐敏.設備故障診斷手冊：機械設備狀態監測和故障診斷[M].西安：西安通大學出版社，1998.

[3]蘇鵬聲，王歡.電力系統設備狀態檢測與故障診斷技術分析[J].電力系統自動化，2003（1）：1-2.