OIS狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在爐卷軋機(jī)生產(chǎn)線中的應(yīng)用

賈 昆，華 成，楊小兵

（酒泉鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，甘肅 嘉峪關(guān)735100）

1 前言

不銹鋼爐卷軋機(jī)生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)不銹鋼從板坯到卷材全流程軋制。其中粗軋機(jī)經(jīng)過(guò)5～7道次往復(fù)軋制將160～220 mm板坯軋制成為25～30 mm的中間坯，由粗軋機(jī)延時(shí)輥道將中間坯送往滾筒剪，滾筒剪將中間坯頭部不規(guī)則及缺陷部分切除后送往精軋機(jī)，中間坯進(jìn)入精軋機(jī)前由機(jī)前推床將中間坯頭部進(jìn)行對(duì)中，中間坯頭部對(duì)中后送入精軋機(jī)根據(jù)二級(jí)設(shè)定軋制規(guī)程進(jìn)行軋制，軋制中的厚度自動(dòng)控制、板型控制及設(shè)備動(dòng)作邏輯控制由TCS進(jìn)行自動(dòng)控制，經(jīng)3～7道次軋制后將中間坯軋制為成品熱態(tài)厚度，經(jīng)層流冷卻輥道采用不同的產(chǎn)品冷卻策略將軋后板帶送往地下卷取機(jī)進(jìn)行卷取。從整個(gè)生產(chǎn)流程可以看出，軋機(jī)、卷取機(jī)、滾筒剪是關(guān)鍵的設(shè)備，運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定性直接關(guān)系到生產(chǎn)順行。因此，以軋機(jī)、卷取機(jī)、滾筒剪等設(shè)備的電機(jī)和減速機(jī)為監(jiān)測(cè)對(duì)象，構(gòu)建基于振動(dòng)沖擊脈沖和振動(dòng)加速度檢測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并采用基于規(guī)則的報(bào)警自動(dòng)跟蹤故障的發(fā)生、發(fā)展，對(duì)保障生產(chǎn)線的穩(wěn)定順行具有重要意義。

2 OIS狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建

以設(shè)備管理信息化系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過(guò)PQ儀、光譜分析儀和鐵譜分析儀對(duì)關(guān)鍵齒輪箱和萬(wàn)向軸采集的油樣進(jìn)行金屬顆粒物成分化驗(yàn)，化驗(yàn)結(jié)果上傳公司服務(wù)器，在客戶端利用點(diǎn)巡檢系統(tǒng)中趨勢(shì)分析模塊對(duì)金屬成分進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤，同時(shí)利用鐵譜分析的圖譜進(jìn)行故障模式匹配，進(jìn)而定量分析設(shè)備結(jié)構(gòu)件的損害程度，監(jiān)控設(shè)備的劣化趨勢(shì)。IOS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 IOS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

OIS狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由沖擊脈沖傳感器、低頻加速度傳感器、常規(guī)加速度傳感器、電渦流轉(zhuǎn)速傳感器、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元、手持儀器、網(wǎng)線及局域網(wǎng)、服務(wù)器/工作站等構(gòu)成，通過(guò)專用網(wǎng)線接入工廠服務(wù)器和局域網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)單元通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口與網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)器組成專用的通訊網(wǎng)絡(luò)。工廠服務(wù)器/工作站運(yùn)行SQL數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，運(yùn)行LINX控制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)OIS硬件的設(shè)置、通訊及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、分析、處理、存儲(chǔ)、報(bào)警。

3 OIS狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置

3.1 粗軋主電機(jī)

兩臺(tái)粗軋主電機(jī)的前后軸承座，水平方向安裝低頻振動(dòng)加速度傳感器，獲取主電機(jī)總體振動(dòng)水平，評(píng)估平衡、松動(dòng)、軸瓦磨損等；中間軸軸承座軸向安裝一個(gè)低頻振動(dòng)加速度傳感器，獲取該點(diǎn)總體振動(dòng)水平，評(píng)估軸瓦磨損、軸向竄動(dòng)等；粗軋主電機(jī)輸出軸各安裝一只電渦流型轉(zhuǎn)速傳感器。

3.2 精軋機(jī)分配箱、電機(jī)

齒輪箱4個(gè)軸承位各安裝一只沖擊脈沖傳感器，獲取軸承沖擊信息及齒輪嚙合沖擊信息，并做潤(rùn)滑評(píng)估與頻譜分析；齒輪箱輸入軸輸入端垂向、下輸出軸輸入端水平、兩個(gè)輸出軸輸出端中間軸向，各安裝1個(gè)振動(dòng)加速度傳感器，獲取齒輪箱總體振動(dòng)水平，評(píng)估齒輪嚙合、松動(dòng)、對(duì)中、軸向躥動(dòng)等；精軋分配箱電機(jī)前后兩個(gè)滑動(dòng)軸承位水平方向，各安裝1個(gè)振動(dòng)加速度傳感器；獲取軸瓦振動(dòng)信息及電機(jī)整體振動(dòng)水平，評(píng)估電機(jī)軸不平衡、對(duì)中、電氣問(wèn)題等；在電機(jī)的輸出軸，安裝1個(gè)電渦流型轉(zhuǎn)速傳感器。

3.3 芯軸電機(jī)（連接入OIS-4#）

在每個(gè)電機(jī)前后兩個(gè)滾動(dòng)軸承位各安裝1個(gè)沖擊脈沖傳感器，獲取軸承沖擊信息，并做潤(rùn)滑評(píng)估與頻譜分析；在每個(gè)電機(jī)輸出軸安裝1個(gè)電渦流型轉(zhuǎn)速傳感器。

3.4 下卷取芯軸減速機(jī)及電機(jī)

在齒輪箱輸入軸輸出端軸承位、輸出軸輸入端軸承位，各安裝1個(gè)沖擊脈沖傳感器，獲取軸承沖擊信息及齒輪嚙合沖擊信息，并做潤(rùn)滑評(píng)估與頻譜分析；齒輪箱輸入端軸向與輸出端水平向，各安裝1個(gè)振動(dòng)加速度傳感器，獲取齒輪箱總體振動(dòng)水平，評(píng)估齒輪嚙合、松動(dòng)、對(duì)中、軸向躥動(dòng)等；在每個(gè)電機(jī)前后兩個(gè)滾動(dòng)軸承位各安裝1個(gè)沖擊脈沖傳感器，獲取軸承沖擊信息，并做潤(rùn)滑評(píng)估與頻譜分析；電機(jī)輸出軸，安裝1個(gè)電渦流型轉(zhuǎn)速傳感器。

4 OIS狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能

OIS狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠連續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)位移、速度、加速度、沖擊脈沖值、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，以及振動(dòng)與沖擊脈沖的波形和頻譜。系統(tǒng)提供針對(duì)機(jī)組的智能分析模塊，可識(shí)別機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，智能擬合齒輪嚙合、軸承故障、對(duì)中不良、不平衡、松動(dòng)等早期征兆，實(shí)現(xiàn)征兆趨勢(shì)分析與記錄，通過(guò)“綠、黃、紅”及征兆棒圖，給出故障部位、類型、嚴(yán)重程度、發(fā)展趨勢(shì)的準(zhǔn)確判斷。系統(tǒng)具有各類軸承的軸承數(shù)據(jù)庫(kù)，采用圖形化界面展示各部位狀態(tài)。系統(tǒng)可利用負(fù)載、轉(zhuǎn)速等信息，采用變速變載分析技術(shù)，針對(duì)不同工況對(duì)機(jī)組振動(dòng)進(jìn)行智能標(biāo)準(zhǔn)的自學(xué)習(xí)，得到歸一化的趨勢(shì)分析結(jié)果，避免在不同工況下采用同一標(biāo)準(zhǔn)所帶來(lái)的頻繁誤報(bào)及漏報(bào)。OIS狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備以下10方面的使用性能：①圖形化界面，設(shè)備、測(cè)點(diǎn)智能“綠黃紅”指示，并可追溯至發(fā)生預(yù)警及警報(bào)的參數(shù)及故障征兆。②振動(dòng)參數(shù)?？稍O(shè)定位移、速度、加速度、峰值因子、翹度、4個(gè)等級(jí)的摩擦當(dāng)量。③振動(dòng)分析。波形、頻譜、加速度包絡(luò)（可設(shè)定11種高通/帶通濾波器）。④振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。單測(cè)點(diǎn)設(shè)置多個(gè)任務(wù)，并對(duì)各項(xiàng)參數(shù)、征兆指標(biāo)設(shè)定兩級(jí)報(bào)警。以ISO10816標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定；用戶自行設(shè)定；Condition Manager方式自學(xué)習(xí)設(shè)定。⑤沖擊脈沖參數(shù)。HDm（軸承損傷程度）、HDc（軸承潤(rùn)滑狀態(tài)）。⑥沖擊脈沖分析。波形、頻譜、HD波形、HD頻譜。⑦EVAM智能診斷?？稍O(shè)定軸承內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體、保持架、對(duì)中、平衡、葉輪、松動(dòng)、齒輪嚙合等數(shù)十種征兆，并針對(duì)每項(xiàng)征兆設(shè)定征兆值，進(jìn)行趨勢(shì)分析，并以綠黃紅棒圖指示。所有征兆值均可以自學(xué)習(xí)方式進(jìn)行兩級(jí)報(bào)警。⑧非穩(wěn)態(tài)分析。采用階比測(cè)試技術(shù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速跟蹤及修定，濾除轉(zhuǎn)速變化影響。⑨采用征兆增強(qiáng)技術(shù)。⑩提供4～20 mA信號(hào)輸入，可將載荷信號(hào)直接采集入系統(tǒng)，以便于變載下振動(dòng)動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定。

同時(shí)，OIS狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有以下3方面的優(yōu)勢(shì)：①系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)速限制來(lái)篩選掉不合格的數(shù)據(jù)，對(duì)于軋機(jī)齒輪箱，電機(jī)不取空轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)時(shí)的數(shù)據(jù)。②對(duì)于設(shè)備負(fù)載不斷變化的工況，OIS檢測(cè)單元提供4～20 mA輸入，可將載荷信號(hào)直接采集入系統(tǒng)，以便于振動(dòng)動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定，運(yùn)轉(zhuǎn)3個(gè)月后，即可利用軟件篩分不同工況下的狀態(tài)；但對(duì)于工況變化不大的設(shè)備，無(wú)需設(shè)定動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)，只須監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)整體趨勢(shì)的變化即可。③沖擊脈沖的數(shù)值是與轉(zhuǎn)速綁定的，最終的結(jié)果已經(jīng)對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行了歸一化處理，是一個(gè)動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)，隨轉(zhuǎn)速變化自行調(diào)整。

5 OIS狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用案例

5.1 下卷取芯軸減速機(jī)故障描述

2019 年某鋼廠OIS狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示，下卷取芯軸減速機(jī)輸出端出現(xiàn)振動(dòng)異常，其振動(dòng)幅值高達(dá)到20.07 mm/s，技術(shù)人員立即對(duì)其進(jìn)行了振動(dòng)頻譜分析。其垂直方向頻域信號(hào)和時(shí)域信號(hào)可以看出，頻域信號(hào)存在減速機(jī)輸出端主頻的基頻及其諧波，高次諧波達(dá)到18倍頻，未發(fā)現(xiàn)軸承故障頻率。

其水平方向頻域信號(hào)和時(shí)域信號(hào)可以看出，頻域信號(hào)存在減速機(jī)輸出端主頻的基頻及其諧波，其中2倍頻最高，未發(fā)現(xiàn)軸承故障頻率。

其軸向方向頻域信號(hào)和時(shí)域信號(hào)可以看出，頻域信號(hào)存在減速機(jī)輸出端主頻的基頻及其諧波，時(shí)域信號(hào)存在削波，未發(fā)現(xiàn)軸承故障頻率。但該測(cè)點(diǎn)的軸向振動(dòng)幅值高達(dá)20.86 mm/s，遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)備振動(dòng)允許幅值（≤7.1 mm/s）。

5.2 下卷取芯軸減速機(jī)故障檢查

通過(guò)對(duì)下卷取芯軸減速機(jī)輸出端異常振動(dòng)的頻域信號(hào)和時(shí)域信號(hào)分析，頻域存在主頻及其高次諧波，時(shí)域存在削波，這說(shuō)明機(jī)械連接部件可能存在松動(dòng)的現(xiàn)象，并伴隨摩擦。鑒于芯軸減速機(jī)輸出端軸向振動(dòng)值達(dá)20.86 mm/s，決定停機(jī)檢修。

對(duì)設(shè)備解體后，發(fā)現(xiàn)安裝軸承的安裝部位有明顯劃痕，這說(shuō)明該部位的軸承內(nèi)圈松動(dòng)，轉(zhuǎn)軸與該軸承內(nèi)圈存在相對(duì)滑動(dòng)，產(chǎn)生摩擦，同時(shí)，該軸承內(nèi)圈也有摩擦的痕跡。

從設(shè)備解體情況可以得出，芯軸減速機(jī)輸出端，即減速機(jī)輸出端軸承處存在松動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生摩擦，這是減速機(jī)振動(dòng)異常增大，聲音異常的原因。

5.3 故障處理后減速機(jī)運(yùn)行狀況

更換軸承并對(duì)劃傷軸安裝位置進(jìn)行處理后，相同測(cè)點(diǎn)的時(shí)頻信號(hào)可看出，維修后設(shè)備振動(dòng)幅值小，頻域僅存在主頻，不存在高次諧波，減速機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。