卷煙廠制絲車間設備電氣故障模擬診斷平臺的構建

張兆豐

（貴州中煙工業(yè)有限責任公司畢節(jié)卷煙廠，貴州畢節(jié) 551700）

0 引言

當前我國經濟和科學技術不斷發(fā)展，信息技術的廣泛應用讓越來越多行業(yè)朝著智能化、自動化的方向發(fā)展，以PLC 為代表的工控技術在實際應用過程中取得了不錯成效，在工業(yè)領域應用十分普遍，進一步推動了工業(yè)生產自動化的發(fā)展。在我國工業(yè)化技術不斷發(fā)展的過程中，現(xiàn)場總線占據(jù)著重要地位，是通信、數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾浇椋捎谛畔⒓夹g的推廣，當前我國現(xiàn)場總線都以網(wǎng)絡技術為依據(jù)，呈現(xiàn)自動化分布。

一直以來煙草就是我國經濟發(fā)展的重要支柱，對我國經濟發(fā)展和社會穩(wěn)定起著重要作用。在煙草制絲的過程中，機械設備經常會出現(xiàn)電氣故障問題，這時就需要對故障點進行定位，根據(jù)以往實例和個人經驗判斷電氣故障類型，再制定出具有針對性的解決方案，減少故障對正常生產的一系列影響。目前故障檢查、維修、排查基本上是通過人工完成，對故障性質的判斷依賴人為經驗和主觀判斷，能否精確掌握故障類型與維修人員個人能力有直接聯(lián)系，并且在排除、診斷故障的過程中會耗費大量時間，影響煙草制絲的生產效率。從目前電氣故障類型的診斷來看，大多數(shù)仍然停留在算法模型或理論基礎方面，沒有深入地落到實處，也并未在實踐中表現(xiàn)出來。本文基于煙草制絲電氣故障診斷模型，設計了電氣故障模擬診斷平臺。

1 煙草制絲設備常見的電氣故障原因

因為設備類型不同，煙草制絲過程中常見的故障表現(xiàn)也存在一定差異。

（1）切絲機電氣故障。在日常運行中，有關人員沒有加強對設備的維護和管理，電機長時間運行、超過自身最大負荷極限就會出現(xiàn)異味，這是由內部溫度急劇升高導致。此外，還會出現(xiàn)頻繁跳閘的現(xiàn)象，可以根據(jù)經驗判定為電氣故障，由于當前自動化程度較高的設備都配備自動報警系統(tǒng)，因此也可以通過設備上的警示燈來判斷其是否發(fā)生故障。造成切絲機電氣故障的原因主要有兩個：一是因為電機制動器并未完全脫開，在摩擦過程中受到較大阻力，增加了電機運轉負荷，使電機長時間超負荷運轉；二是因為切絲機刀片不夠鋒利，切煙餅時受到的阻力超過設備能夠承受的最大阻力、導致故障。

（2）葉片加料機電氣故障。葉片加料機也配備有自動報警系統(tǒng)，一般來說滾筒驅動變頻器出現(xiàn)故障時，變頻器顯示面板上會提示故障代碼。不同的故障點擁有不同的故障代碼，一旦發(fā)生了故障，有關人員需要根據(jù)故障代碼來精確定位故障點，并制定針對性的措施進行解決，要查看機械設備的開關狀態(tài)是否滿足要求及斷路器能否正常閉合，如果這兩部分都能夠正常運轉，則基本可以判定葉片加料機的電氣故障點為I/O 箱供電故障。

（3）烘絲機電氣故障。如果烘絲機出現(xiàn)電氣故障，如無法正常調整熱風溫度，這就會影響到煙絲質量。在烘絲機正常運行過程中，如果在調整熱風后熱風濕度和溫度并沒有發(fā)生明顯變化或達不到理想水平，則需要判定為電氣故障。對于烘絲機而言，熱風控制功能是關鍵，一旦出現(xiàn)問題就需要立刻關閉設備，進行故障定位和維修工作，以確保煙絲質量。

2 煙草制絲電氣故障診斷模擬臺的構建思路

在煙草制絲的過程中，可以利用科學技術構建模擬診斷平臺，提升故障定位的準確性和診斷效率，其主要原理在于：利用傳感器收集電氣設備運行過程中的各項信息，如設備運行溫度、內部壓力、流量、水分等；信息收集完畢之后，模擬診斷平臺會將這些信息傳輸?shù)接嬎銠C中的信息轉化和處理區(qū)域，這塊區(qū)域能夠對信息進行處理，最終將其轉變?yōu)殡娔X數(shù)據(jù)信號，再通過智能化設備和軟件對數(shù)據(jù)信號進行解析，判定煙草制絲電氣設備故障類型。由于是利用計算機、互聯(lián)網(wǎng)、傳感器完成的一體式故障檢測流程，能夠大大提升故障檢測和維修效率，節(jié)省時間。在電氣故障模擬診斷平臺構建的過程中，主要利用到了現(xiàn)成模塊，對各個模塊功能進行統(tǒng)一集中處理，完成信號采集、轉化、傳輸、處理、分析、診斷、判定工作，提升了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，現(xiàn)有模塊能夠直接投入使用，避免開發(fā)新的模塊給煙草企業(yè)帶來更多成本。

3 煙草制絲電氣故障模擬診斷平臺的硬件設計

3.1 編程器

PLC 編程器是可編程序控制器系統(tǒng)的人機接口，使用PLC編程軟件用戶可以對PLC 進行程序的輸入、編輯、修改和調試。組態(tài)監(jiān)控軟件為工程師提供了一種易用的開發(fā)環(huán)境和廣泛的功能，使電氣維修人員能夠快速地建立、測試和部署強大的連接和傳遞實時信息的自動化應用。PLC 編程軟件配合組態(tài)監(jiān)控軟件的使用，為以操作人員為中心的制造信息系統(tǒng)提供了可視化工具，便于控制工業(yè)生產過程。在實際應用過程中，PLC 還能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、轉化和傳輸，擁有十分強大的功能。此外，還可以利用PLC 編程來修改故障診斷模型，在實際應用過程中不斷提升PLC 和電氣設備故障診斷系統(tǒng)的匹配度，可以通過修改源代碼的方式完成，有效提升故障定位和判定的準確性，同時還可以利用編程來優(yōu)化程序代碼，減少故障模擬系統(tǒng)的診斷時間，提升診斷效率。

3.2 信號處理區(qū)

電氣故障模擬診斷平臺在信號處理方面需要具備較強的功能性，以完成各種數(shù)據(jù)信息的轉化工作。在該平臺構建的過程中，主要包括PS 電源模塊、CPU、DI 模塊、DO 模塊、AI 模塊、AO模塊等，不同模塊具有不同的功能，以處理不同的信號源，主要功能為轉化信號、處理傳輸區(qū)的數(shù)據(jù)，使最終數(shù)據(jù)符合標準，再將數(shù)據(jù)輸送到模型中，開始故障定位、故障性質判定環(huán)節(jié)。一般來說，故障的診斷工作是從兩個方面開展的：①收集以往電氣設備中出現(xiàn)過的故障類型，一旦采集到和以前故障數(shù)據(jù)完全一致的信息，則基本可以判定故障點和故障類型；②利用信號分布的手段，一旦哪部分的信號出現(xiàn)異常則系統(tǒng)可以立即報警，告知有關人員故障的位置，神經網(wǎng)絡故障診斷模型就是其中一種。不同的診斷模型有各自的優(yōu)勢，當然也有自身存在的缺陷：從經驗判斷的故障模型來看，只能對已經出現(xiàn)過的故障進行判斷，在新的故障問題處理方面具有局限性；而后一種方式雖然能查找出新的故障類型，但在處理相同故障時需要花費更多時間，難以從自身數(shù)據(jù)庫中進行搜索。在各個模塊正常運行的過程中，總線能夠將其聯(lián)系到一起、成為整體，不同的模塊之間都有對應的連接器，在集成過程中通過總線將各個模塊和總CPU 進行連接，且都有各自對應的固定位置。

3.3 信號轉化傳輸區(qū)

在數(shù)據(jù)采集、處理工作完成后，所有的數(shù)據(jù)信號都會在總線和CPU 的作用下，進入到信號傳輸區(qū)域，變頻器、饋電路、信號模塊SM 會對數(shù)據(jù)信息進行反饋，能夠提升信號的真實性，便于精準反映故障發(fā)生的部位。如果想在該系統(tǒng)中加入故障控制功能，則可以將其與計算機和控制設備連接，利用總線網(wǎng)絡就可以精確查找出故障信息，也能夠及時得到診斷信息的反饋。此外，非接觸的方式是信號轉化傳輸區(qū)獲得信息的主要方式，在通過變頻處理或其他方式才能將信息轉化為有價值的數(shù)據(jù)。在該系統(tǒng)正常運行的過程中，信號轉化傳輸區(qū)扮演“信號過渡和傳輸”的角色，是信號從收集到最終處理的中轉站。

3.4 子站區(qū)

煙草制絲電氣故障模擬診斷平臺的構建還包括子站區(qū)的建設，主要內容有ET200S 模塊、變頻器以及饋電器，該模塊能夠有效連接通信和信息控制系統(tǒng)，讓專用網(wǎng)線和現(xiàn)場現(xiàn)場設備在同一系統(tǒng)中良好運作，由此提升各模塊信息處理速度以及信息共享效率。該設備也擁有其獨有的優(yōu)勢，例如不占空間是傳統(tǒng)電纜連接所不具備的。此外，在運行過程中饋電器并不依賴調速電機對其進行控制，能夠完成單向啟動，在7.5 kW 以下的電機控制中有較好的表現(xiàn)。

3.5 檢測區(qū)

檢測區(qū)主要是對煙草制絲電氣設備進行實時監(jiān)督和管控，能夠對電氣設備的不同系統(tǒng)進行實時監(jiān)測，包括計量系統(tǒng)中的水分儀、溫度傳感等，數(shù)字量控制系統(tǒng)中的定位器等以及模擬量控制系統(tǒng)中的溫度傳感器等。檢測區(qū)在該故障模擬診斷平臺中扮演著重要角色，能夠有效分析設備在正常運行過程中產生的壓力、溫度等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街髡緟^(qū)、信號處理區(qū)以及信號轉化傳輸區(qū)，便于工作人員及時發(fā)現(xiàn)故障、第一時間處理。

4 應用效果

該煙草制絲電氣故障模擬診斷平臺在構建完畢后，投入到使用中，在經過不斷調整、實驗后，取得的應用效果如下：①具有離線診斷、在線診斷兩種功能，能夠將電氣故障類型和部位更直觀地展現(xiàn)出來，為維修人員提供可靠的參考依據(jù)；②有效減少維修周期，同時還可以通過軟件、模擬平臺完成遠程診斷，較為便利；③在檢測各種細小設備的過程中，該平臺表現(xiàn)良好，各項數(shù)據(jù)都能滿足要求。

5 結束語

在煙草制絲過程中，各種設備經常出現(xiàn)電氣故障，如何精確判斷故障點位和故障類型、性質是需要解決的問題。電氣故障模擬診斷平臺的設計和構建，能夠有效提升故障定位的準確性，減少故障修復時間，并且在實際應用中也取得了較好的效果。