基于设备状态监测技术的故障预警研究与应用

基于设备状态监测技术的故障预警研究与应用

作者：杨兴 ,白延洪 ,孙晓亮 ,高强 ,朱东华

单位：陕西中烟工业有限责任公司延安卷烟厂陕西延安  716000

【摘要】结合制丝设备工艺任务，分析近年设备故障率较高的部位，以及故障对设备、工艺生产的影响程度，选取承担重要工艺指标的主机设备、生产线连续运行影响较大的辅助设备，对人身和设备安全、产品工艺质量有较大影响的部位，维修难度大、备件价值高的部位，故障率较高的部位等作为重点，通过设备运行工况参数、工艺参数的状态监测或参数之间的关联性，监测设备运行状态，及时发现设备异常并处理，解决早期潜在故障，降低因设备状态异常发生质量事故的风险，降低因维修不及时导致较大设备故障发生的风险，保障生产过程设备和质量的稳定性。

【关键词】设备状态参数预警

1 引言

随着制丝线生产设备自动化、信息化水平的不断提高，对产品质量的稳定控制起到了积极作用。目前行业内大部分卷烟工厂面临十四五技改，技改前的制丝设备点检主要依托人工点检完成，一旦电气控制、检测元器件出现异常，常规的人工点检难以及时发现，往往会造成批量的质量缺陷和物料消耗。本文主要结合烟草企业实际情况和制丝设备特点及新技术的运用，选取对设备、工艺生产影响较大，故障率较高的部位等作为重点，建立基于“重点设备、关键部位”的制丝设备进行状态监测，通过数据或信号的采集、处理、状态识别、诊断决策，实现设备状态可视、可控，进行预知性维修。

2 现状分析及存在的问题

2.1 叶丝气流干燥机回风蒸汽流量异常

生产过程中突发气流干燥机回风蒸汽流量异常故障，设定值200Kg/h，流量显示15.8 Kg/h，但蒸汽管路控制阀开度增大至80％。经排查，故障原因为流量计传感器故障，实际蒸汽流量与检测流量严重不符，查看历史曲线，在设备预热过程中已出现该问题，但未能及时发现，导致该批次部分物料生产存在质量缺陷。

2.2 掺配段梗丝秤流量异常

生产过程中发现梗丝掺配瞬时流量波动较大，掺配秤瞬时重量由1.2Kg下降至0.45Kg，皮带秤显示流量突然大幅下降，造成该批次部分物料梗丝掺配不均匀的质量缺陷。经排查，故障原因为皮带秤信号放大板故障。

2.3 糖香料厨房与现场加料工序无防差错系统

该厂制丝线糖香料厨房设备、系统陈旧，后期也未配备糖香料防差错比对系统，使用传统的人工核对，存在错牌、混牌质量风险；糖香料的配置完成后通过密度仪人工检测密度，效率低且无历史数据比对，糖料配置的质量波动无法科学判定。

2.4 真空回潮机冷凝泵的工效变化无监测

在用真空回潮机利用水泵作前置泵，真空系统工作稳定性差，易腐蚀磨损和生成水垢，导致维修工作量加大，使用不久工作真空度下降[1]，经故障统计分析，真空回潮抽真空效率下降的主要原因为冷凝泵叶轮磨损导致，由于水质变化、冷凝泵叶轮质量差异、安装误差等原因，冷凝泵叶轮的损坏和更换周期无规律，成为该工序设备管理的难题之一。

2.5叶丝气流干燥机循环风机无状态监测

目前在用的叶丝气流干燥机循环风机功率为132kw，功率较大，运行负荷较重，传动轴承冷却方式采用水冷，目前仅通过人工现场点检的方式进行检查，缺少自动监测手段。SH92循环风机运行时的冷却水停止供给，会造成传动轴承温度急剧升高，从而将轴承烧坏，造成长时间停机。

以上问题的发生，均造成了质量缺陷和物料损耗，制丝线设备还存在类似软故障问题。

3设备状态监测及预警功能的实现

3.1叶丝气流干燥机增加蒸汽流量监测预警功能

在PLC自主开发蒸汽流量监测程序，实时检测并存留历史曲线，以历史数据及设定值为参考基准，在生产状态或设备预热状态，燃烧炉炉温大于150℃，松散蒸汽、回风蒸汽流量计采集的实时流量与设定流量进行比对，差值超过预设温度区间，持续数秒（可设置）后在中央集控监控画面输出报警信息，生产现场输出声光报警，提示操作和巡检人员现场诊断。

3.2电子皮带秤运行工况实时监测预警功能

针对皮带秤工况，无论硬件或软件出现故障，均反应到皮带运行频率的突变，通过建立设定流量和频率区间的对应关系模型，完成梗丝掺配等多台掺配秤的报警功能设计，报警规则是根据设定流量和频率的对应关系，当实际运行频率离开预设范围，且持续数秒（可设定），则在监控画面输出报警。

3.3加料机料液密度实时监测预警功能

在同牌号糖香料配方未调整的情况下，每批次的糖香料密度一致，通过数据采集及统计分析，各牌号密度值和允差范围无数据重叠（见表1），经过密度数据量的积累与分析，设定各牌号料液密度预设区间，在生产前预填充和生产过程中，通过质量流量计测量采集的密度值与PLC预设的密度值进行比较，如果密度值超出预设范围，则在监控画面输出报警，提示操作人员该批次的糖料密度异常，避免混牌等情况。

表1 各牌号料液密度实测数据统计表

3.4真空回潮机冷凝泵工效监测预警功能

在真空回潮冷凝系统开启后，系统正常情况下，进入冷凝器的水量和抽走的水量是匹配的，如果真空回潮冷凝泵工效下降，则会多次出现冷凝器水箱高水位问题，在PLC中开发程序，记录每抽空周期内的冷凝器出现高水位的次数、进水阀关闭次数，可以反应出冷凝泵的运行工效，从而提示操作及维修人员及时排查冷凝系统的异常问题。

3.5叶丝气流干燥机循环风机轴承温度监测

在叶丝气流干燥机循环风机联轴器轴承处加装温度传感器，温度采集信号传送至PLC，并在PLC编写程序，设置正常运行的温度区间，超出设定阀值将进行预警，报警信息送至现场及中控监控画面，实时监控。

4结语

通过设备状态数据的采集与分析，感知设备运行工况，关联设备、器件、运行参数等之间的逻辑关系，实现了设备状态监测及异常报警。改变了依靠运行时间和工作经验判断设备运行状态的落后状态，对于设备当前的运行状况、状态的变化趋势、故障发生部位等的了解准确可靠[2]。通过故障预警，及时反馈至设备操作和维护人员进行预防性检修，有效避免或减少了设备故障的发生频次。

参考文献

[1]张德翱，文怀兴，钱德明，等.烟叶真空回潮机工作情况分析及技术改造.西北轻工业学院学报.1992，(1)

[2]张茂清，邵华，李华彪.应用状态监测技术提高设备管理水平[J].金属制品，2006 (2) :34-35.