唐英杰

摘 要：本文依據(jù)磨漿機設(shè)備的特點，為磨漿機設(shè)備專門設(shè)計狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。從設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)分析多方面入手，完成對磨漿機設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)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(shù)據(jù)采集模塊，將磨漿機監(jiān)測信號進行頻譜劃分、高通濾波，形成具有磨漿機特性的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)服務(wù)器中。選用和研發(fā)針對磨漿機設(shè)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(tài)，同時通過頻譜圖、歷史趨勢、報警設(shè)置，可以對磨漿機的狀態(tài)進行診斷和預(yù)測，實現(xiàn)對磨漿機的精準維護和保養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：磨漿機；狀態(tài)監(jiān)測；數(shù)據(jù)處理；風(fēng)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(yè)和造紙行業(yè)的制漿車間，磨漿設(shè)備較多，目前主要依靠人工觀察和記錄進行設(shè)備點檢和故障診斷，造成人員工作量大和出現(xiàn)經(jīng)驗性維護現(xiàn)象。隨著產(chǎn)能擴充、設(shè)備自動化程度越來越高，設(shè)備維護人員越來越少，生產(chǎn)、安全和品質(zhì)方面的壓力要求設(shè)備管理更精細，設(shè)備運行更健康，數(shù)字化設(shè)備管理已經(jīng)提上日程。

目前，制漿車間內(nèi)磨漿機設(shè)備的安全保障采用定期巡檢的方式實現(xiàn)，通常在關(guān)鍵設(shè)備發(fā)生故障或?qū)е轮卮髶p失以前，很難發(fā)現(xiàn)問題的征兆，主要通過操作人員檢修和經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)。

本項目是對磨漿機設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測作試點與研究，為后續(xù)完成此類設(shè)備的全面覆蓋，采集數(shù)據(jù)的深入分析應(yīng)用做研究。因此，本系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集的對象是磨漿機設(shè)備，主要對磨漿機設(shè)備的振動監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)應(yīng)用進行圖形分析、故障追蹤和故障判斷預(yù)測的設(shè)計開發(fā)。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(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測傳感器和數(shù)據(jù)采集單元，實現(xiàn)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(shù)據(jù)分析，不是靠經(jīng)驗判斷，減少盲目性；二是增加磨漿機設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄和圖形展示[1]。由于磨漿機是長期運轉(zhuǎn)設(shè)備，其運轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)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(jiān)測都無法對設(shè)備狀態(tài)進行分析。因此，必須建立設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。

2 制漿設(shè)備監(jiān)測設(shè)備的選型分析

2.1 磨漿機狀態(tài)檢測

磨漿機狀態(tài)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(tài)；轉(zhuǎn)速傳感器采用航天專用激光傳感器，可以測量軸承轉(zhuǎn)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?？赏ㄟ^這些傳感器的檢測實現(xiàn)對設(shè)備故障的檢測，比如旋轉(zhuǎn)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(dāng)或設(shè)計缺陷；也可以對旋轉(zhuǎn)機械不平衡、轉(zhuǎn)子磨損、轉(zhuǎn)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(yīng)為1～7 000HZ，質(zhì)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(tài)數(shù)據(jù)采集模塊及存儲分析

數(shù)據(jù)采集模塊是磨漿機設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的另一個主要部件。負責(zé)從傳感器接收監(jiān)測信號，并把這些信號經(jīng)過換算、分析和處理，最后以狀態(tài)信息形式儲存于數(shù)據(jù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)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(qū)動繼電器等開關(guān)儀表緩沖輸出信號，可設(shè)置低通、高通、帶通輸出、一次積分、二次積分、包絡(luò)、程控放大倍數(shù)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(diào)；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(shù)為256～512～1 024～2 048～4 096可選擇；轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)動態(tài)范圍為24位A/D，～84dB；存儲容量為最大64G，可保存上千萬條數(shù)據(jù)，掉電后存儲10年以上；通訊接口為USB2.0和以太網(wǎng)口同時使用，10/100Mbps以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。

2.3 磨漿機狀態(tài)數(shù)據(jù)分析

磨漿機設(shè)備狀態(tài)通過檢測和采集，將數(shù)據(jù)存儲在服務(wù)器里。監(jiān)控客戶端里裝有專門的數(shù)據(jù)分析軟件，客戶端通過調(diào)用服務(wù)器數(shù)據(jù)在分析軟件中運行，形成對磨漿機的設(shè)備裝置的分析，判斷設(shè)備的運行情況；分析是否存在故障；及時報警，實現(xiàn)對磨漿機設(shè)備狀態(tài)的全面監(jiān)控。

2.4 監(jiān)控內(nèi)容

2.4.1 數(shù)據(jù)下發(fā)。對系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，包括架構(gòu)（廠、車間、設(shè)備、監(jiān)測點）、通道管理（振動、溫度、轉(zhuǎn)速等）、數(shù)據(jù)采集器參數(shù)設(shè)置（采樣點數(shù)、分析頻率、報警限、分頻設(shè)置等）[2]。通過數(shù)據(jù)下發(fā)，完成了數(shù)據(jù)服務(wù)器與客戶端監(jiān)控軟件的連接，構(gòu)成一個完整的磨漿機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。

2.4.2 數(shù)據(jù)顯示。將服務(wù)器采集到的數(shù)據(jù)，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(jù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速時，機組振動的變化情況。

2.4.3 在線監(jiān)控。在線監(jiān)控是實時顯示磨漿機設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并通過分布式、平鋪式和列表式3種模式，可以實現(xiàn)對同類測點的數(shù)據(jù)比對、同臺設(shè)備的數(shù)據(jù)比對，同一測點的不同參數(shù)實時比對，形成對磨漿機狀態(tài)的全面監(jiān)控。分布式監(jiān)視畫面依次顯示磨漿機檢測數(shù)據(jù)（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(jiān)測數(shù)據(jù)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(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的組成。通過設(shè)計和應(yīng)用，使得企業(yè)設(shè)備管理更加規(guī)范，給設(shè)備運行提供保障，給維護人員帶來方便。

3 系統(tǒng)設(shè)計與軟件開發(fā)

3.1 磨漿機結(jié)構(gòu)與布點設(shè)計

磨漿機由2個電機加傳動軸組成（見圖1），磨漿機基本結(jié)構(gòu)主要由磨體、磨片、轉(zhuǎn)盤、主軸、移動座、機蓋、齒式聯(lián)軸器和進刀裝置等零部件構(gòu)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(zhuǎn)盤上的2個轉(zhuǎn)動磨片形成2個磨區(qū)。轉(zhuǎn)盤與主軸采用花鍵浮動聯(lián)接，從而使轉(zhuǎn)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(gòu)成。主電動機帶動整個大軸的旋轉(zhuǎn)，對進入容器的漿料進行擠磨，次電動機控制進刀裝置，調(diào)節(jié)磨漿機主電機的電流，控制磨漿效果。圍繞現(xiàn)場設(shè)備共研究布置8個監(jiān)測點，6個為振動監(jiān)測點，2個為溫度監(jiān)測點。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

完成設(shè)備現(xiàn)場布點后，下一步進行整個系統(tǒng)架構(gòu)的搭設(shè)及軟件設(shè)計開發(fā)。主要分為三層結(jié)構(gòu)，底層為現(xiàn)場設(shè)備（磨漿機）和狀態(tài)監(jiān)測，完成設(shè)備狀態(tài)的檢測和轉(zhuǎn)換；中層為采集模塊，完成對設(shè)備數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換；上層為數(shù)據(jù)庫和分析軟件，完成對設(shè)備狀態(tài)檢測數(shù)據(jù)的存儲和分析展示。其示意圖如圖2所示。

3.3 軟件開發(fā)

磨漿機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要涵蓋5大模塊：數(shù)據(jù)下發(fā)、數(shù)據(jù)回放、在線監(jiān)測、3rd和用戶管理[3]。

3.3.1 數(shù)據(jù)下發(fā)。對系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，包括廠區(qū)架構(gòu)（總廠、分廠、車間、設(shè)備和測點），通道管理（振動、溫度、轉(zhuǎn)速、視頻）、數(shù)據(jù)采集器采集參數(shù)（采樣點數(shù)、分析頻率、報警值、分頻設(shè)置）設(shè)置等。

3.3.2 數(shù)據(jù)回放。已采集的數(shù)據(jù)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(zhuǎn)速三維普等。

3.3.3 在線監(jiān)測。在線監(jiān)測是對實時采集的數(shù)據(jù)進行顯示，通過三種模式（分布式、平鋪式、列表式）、五級架構(gòu)（總廠、分廠、車間、設(shè)備、測點）可以實現(xiàn)同類測點實時數(shù)據(jù)對比、同臺設(shè)備測點實時數(shù)據(jù)對比、同一測點不同參數(shù)實時對比等功能。

3.3.4 3rd。第三方數(shù)據(jù)接入，接入的是振動、溫度、轉(zhuǎn)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(quán)限管理，包括創(chuàng)建用戶、刪除用戶、分配權(quán)限、修改權(quán)限和修改密碼等。

4 項目實施效果

4.1 磨漿機設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測實時顯示

由于磨漿機是薄片生產(chǎn)的重要設(shè)備，其運行狀況直接關(guān)系到生產(chǎn)的穩(wěn)定和質(zhì)量。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)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(shè)備運行狀態(tài)，提高生產(chǎn)效率。

4.2 磨漿機狀態(tài)運行直觀分析

磨漿機設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，通過曲線、頻譜圖和數(shù)據(jù)等方式，分析磨漿機設(shè)備的運行穩(wěn)定性、機械可靠性和故障發(fā)生報警，對設(shè)備運行進行了全方位檢測和全過程監(jiān)控，提高了設(shè)備運行壽命，科學(xué)安排設(shè)備檢修，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，保證設(shè)備健康運行。

4.3 磨漿機狀態(tài)運行維護預(yù)防

通過對設(shè)備振動、溫度、位移等物理數(shù)據(jù)的監(jiān)測和頻譜分析，通過比對專家系統(tǒng)或者慣性分析，可以預(yù)測設(shè)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(shè)備的運行時間，減少不必要的定時檢修時間，預(yù)防過度維修。

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