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      卷煙廠除塵風(fēng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)

      2017-04-12 05:30:19張寶劉波
      設(shè)備管理與維修 2017年3期
      關(guān)鍵詞:卷煙廠除塵風(fēng)機(jī)

      張寶,劉波

      (1.四川中煙工業(yè)有限責(zé)任公司綿陽卷煙廠,四川綿陽621000;2.西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院,四川綿陽621010)

      卷煙廠除塵風(fēng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)

      張寶1,劉波2

      (1.四川中煙工業(yè)有限責(zé)任公司綿陽卷煙廠,四川綿陽621000;2.西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院,四川綿陽621010)

      針對集中式工藝風(fēng)力供給和除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)開發(fā)的故障診斷系統(tǒng),實(shí)時監(jiān)測風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài),輔助維護(hù)人員制定正確合理的維修策略,降低維修工作量及維修費(fèi)用。

      除塵風(fēng)機(jī);實(shí)時監(jiān)測;故障診斷

      0 引言

      風(fēng)機(jī)是卷煙廠輔助生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備,涉及制絲車間的排潮系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、卷接機(jī)組集中工藝風(fēng)力除塵系統(tǒng)及風(fēng)力送絲系統(tǒng)。早期卷煙廠采用單機(jī)工藝風(fēng)力供給和多機(jī)集中除塵,生產(chǎn)線技改后,工藝風(fēng)力(吸絲成型,煙支和濾嘴接裝成型)與除塵風(fēng)力融合,變成集中式的工藝風(fēng)力供給和除塵系統(tǒng)。因此,一旦風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障,風(fēng)壓不穩(wěn),會嚴(yán)重影響成品煙支質(zhì)量,出現(xiàn)煙草粉塵污染,整個生產(chǎn)車間無法正常運(yùn)行。卷煙廠采取的以“計劃維修”為主的設(shè)備檢修方式,通常伴隨“維修過?!被颉熬S修不足”的問題。將故障診斷技術(shù)應(yīng)用到卷煙廠風(fēng)機(jī)設(shè)備,有助于降低風(fēng)機(jī)的故障率,降低維修工作量及維修費(fèi)用,提升設(shè)備的管理水平。

      1 風(fēng)機(jī)故障診斷技術(shù)

      在故障診斷技術(shù)不斷地應(yīng)用于風(fēng)機(jī)的智能管理過程中。楊波[1]等人針對回轉(zhuǎn)窯風(fēng)機(jī)運(yùn)行的實(shí)際情況,對遠(yuǎn)程監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行了研究。該系統(tǒng)采用模糊故障診斷模型與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的技術(shù)建立基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的診斷專家系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)設(shè)備故障的自動識別。通過C/S模式,用戶在辦公室或Internet上任意一臺經(jīng)過授權(quán)的客戶端PC上,均可登錄并訪問設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷服務(wù)器,對設(shè)備進(jìn)行實(shí)時遠(yuǎn)程的在線監(jiān)測與故障診斷。

      曾永龍[2]等人以冶金除塵風(fēng)機(jī)為研究對象,開發(fā)基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),通過CAN總線與服務(wù)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,采用BP網(wǎng)絡(luò)與ART-2網(wǎng)絡(luò)聚類分析實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合與診斷分析,實(shí)現(xiàn)了對風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測與故障診斷,并驗(yàn)證了該系統(tǒng)的有效性和可行性。

      蘭建武[3]等人在研究了風(fēng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的常見故障以及振動信號的分析與處理的基礎(chǔ)上,通過C/S結(jié)構(gòu)設(shè)計開發(fā)了基于LabVIEW的風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng),運(yùn)用DataSocket來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在局域網(wǎng)中的傳輸。該系統(tǒng)具有性能可靠、開發(fā)成本低、界面友好、易于擴(kuò)展等特點(diǎn),能有效實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的在線監(jiān)測與故障診斷。

      劉洋[4]等人以煤礦主扇風(fēng)機(jī)為對象,采用3層集散式結(jié)構(gòu)框架,以可編程控制器PLC為控制核心,采用Power Builder 9.0系統(tǒng)工具為開發(fā)平臺,結(jié)合龐大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)建風(fēng)機(jī)的故障診斷專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)可準(zhǔn)確判斷主扇風(fēng)機(jī)的故障類型和故障走向,為礦山的安全、穩(wěn)定運(yùn)營提供了有效保障。

      2 卷煙廠除塵風(fēng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)

      2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

      風(fēng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)通過采集現(xiàn)場風(fēng)機(jī)的振動、溫度及轉(zhuǎn)速等信號,使用先進(jìn)的故障診斷技術(shù)判斷和識別風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和故障,對故障的危害進(jìn)行早期預(yù)報,輔助工作人員及時制定正確合理的維修策略。整個系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集與存儲子系統(tǒng)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)、故障知識庫、基于振動信號的診斷分析子系統(tǒng)、基于溫度信號的診斷分析子系統(tǒng)、設(shè)備故障診斷子系統(tǒng)、設(shè)備維護(hù)管理子系統(tǒng)等,見圖1。

      圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

      2.2 數(shù)據(jù)采集與存儲系統(tǒng)

      數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)主要利用風(fēng)機(jī)的振動、溫度、轉(zhuǎn)速等信號進(jìn)行故障診斷分析,風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定其振動信息均會傳遞到軸承上,即軸承上的振動信息可以有效的反應(yīng)設(shè)備的振動情況,為保證設(shè)備自身的完整性,選用軸承外的軸承箱作為傳感器測點(diǎn),對于帶聯(lián)軸器和不帶聯(lián)軸器的風(fēng)機(jī),傳感器的具體測點(diǎn)分布如圖3所示。兩種風(fēng)機(jī)測點(diǎn)分布說明見表1、表2。另外,每臺風(fēng)機(jī)配置速度傳感器用于測量設(shè)備的旋轉(zhuǎn)速度。

      系統(tǒng)采用內(nèi)置集成電路的傳感器,此類傳感器內(nèi)部集成信號處理電路,便于傳感器信號的傳輸和采集。數(shù)據(jù)采集器采集傳感器的輸出數(shù)據(jù),通過以太網(wǎng)總線將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)服務(wù)器,上位機(jī)通過C#編寫的采集程序采集這些數(shù)據(jù),并結(jié)合SQL SERVER數(shù)據(jù)庫存儲,便于后續(xù)的診斷分析和歷史數(shù)據(jù)查詢。

      2.3 狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

      狀態(tài)監(jiān)測的主要任務(wù)是在前端數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上,對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行分析和判斷,準(zhǔn)確給出設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。在Windows系統(tǒng)上,以Visual Studio 2010為開發(fā)環(huán)境,利用基于.NET的C#語言開發(fā)風(fēng)機(jī)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)。針對Windows自帶控件在可視化方面的不足,在普通控件的基礎(chǔ)上,結(jié)合第三方控件Devexpress開發(fā)此監(jiān)測系統(tǒng),使其在曲線的繪制、動態(tài)點(diǎn)的信息獲取、控件的布局方面都更方便,以增強(qiáng)可視化效果。

      2.4 智能診斷系統(tǒng)

      通過對現(xiàn)場風(fēng)機(jī)歷史故障信息(包括故障現(xiàn)象、故障部位、故障原因、維修方式以及維修前后的變化等)的分析總結(jié)、廣泛調(diào)研、多地進(jìn)行實(shí)地考察交流信息總結(jié)等方式建立風(fēng)機(jī)設(shè)備的故障知識庫。智能診斷系統(tǒng)包含基于振動信號的診斷分析與基于溫度信號的診斷分析,然后綜合兩種信號的診斷分析結(jié)果并結(jié)合故障知識庫形成最終的診斷分析結(jié)果。智能診斷系統(tǒng)根據(jù)最終的診斷分析結(jié)果給出設(shè)備故障發(fā)生的部位、故障原因、故障發(fā)生的時間、故障的趨勢以及對應(yīng)的故障對策等信息。故障預(yù)警提示、診斷結(jié)果的報告打印與管理、故障處理對策等都可以有效地輔助工作人員對設(shè)備進(jìn)行及時準(zhǔn)確的維修處理。故障診斷過程如圖4所示。

      圖2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體架構(gòu)

      圖3 傳感器測點(diǎn)布置圖

      表1 帶聯(lián)軸器風(fēng)機(jī)的測點(diǎn)分布說明

      表2 不帶聯(lián)軸器風(fēng)機(jī)的測點(diǎn)分布說明

      圖4 故障診斷過程

      (1)信號特征提取。作為故障診斷的關(guān)鍵步驟,影響著診斷結(jié)果的可靠性。由于風(fēng)機(jī)設(shè)備的振動信號一般都是頻率較高的齒狀信號,可能還帶有許多紋波,對于這種信號選用基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的特征提取方法。特征提取方法主要是將復(fù)雜的振動時序信號分解成不同尺度的本征模態(tài)函數(shù)之和,分解出的本征模態(tài)函數(shù)分量突出了數(shù)據(jù)的局部特征;之后通過Hilbert變換,獲取每個本征模態(tài)函數(shù)的頻域特征,每個本征模態(tài)函數(shù)所包含的頻率成分不僅與分析頻率有關(guān),而且還隨信號本身的變化而變化,對頻率波動的大小進(jìn)行分析并與給定的故障庫進(jìn)行對比,可更準(zhǔn)確有效地掌握系統(tǒng)故障狀態(tài),同時分析積累的歷史特征信息,用于后續(xù)的故障趨勢預(yù)測。振動信號特征提取的主要工作流程如圖5所示。

      圖5 振動信號特征提取的主要工作流程

      圖6 設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)功能圖

      (2)設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)。是診斷系統(tǒng)另一個重要的組成部分,實(shí)現(xiàn)常規(guī)設(shè)備維護(hù)管理的各項(xiàng)基本功能,如圖6所示,主要包括設(shè)備信息管理、設(shè)備點(diǎn)檢管理、設(shè)備維護(hù)管理、設(shè)備運(yùn)行管理、設(shè)備維護(hù)管理。

      3 結(jié)語

      設(shè)備是企業(yè)的固有資產(chǎn),設(shè)備的運(yùn)行與維護(hù)是企業(yè)提高投資效益的重要保障,提升設(shè)備的管理水平能有效地提高設(shè)備生產(chǎn)效率和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。故障診斷技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)機(jī)設(shè)備可以及時了解到設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),準(zhǔn)確判斷和識別風(fēng)機(jī)的各種異常,實(shí)現(xiàn)設(shè)備的維修方式由計劃維修向預(yù)防維修轉(zhuǎn)變升級,提升設(shè)備的管理水平,保障卷煙廠風(fēng)機(jī)安全、穩(wěn)定、長周期、滿負(fù)荷優(yōu)質(zhì)運(yùn)行,避免“維修不足”或“維修過?!痹斐傻牟唤?jīng)濟(jì)、不合理現(xiàn)象,增強(qiáng)設(shè)備維修質(zhì)量,降低設(shè)備維修成本。

      [1]楊波,王再明,段鳳春.風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].黃石理工學(xué)院學(xué)報,2007,23(2):16-19.

      [2]曾永龍.冶金除塵風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)研究[D].武漢科技大學(xué),2008.

      [3]蘭建武.基于LabVIEW的風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的研究[D].武漢科技大學(xué),2012.

      [4]劉洋.礦井主扇風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)研究[J].工程技術(shù),2012(12):146-147.

      〔編輯 李波〕

      TH17

      B

      川渝中煙四川煙草工業(yè)有限責(zé)任公司科技項(xiàng)目“風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控及故障趨勢預(yù)測系統(tǒng)”(川渝煙工技研【2015】62號)。

      10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.41

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