在線設備狀態(tài)監(jiān)測系統與制絲線自動化系統的集成應

1、在線設備狀態(tài)監(jiān)測系統與制絲線自動化系統的集成應用 摘要:介紹了基于ICMMS(智能控制- 維護- 管理系統) 的集成自動化系統的結構模型,對于煙草制絲生產線設備多發(fā)性故障原因進行了分析,結合應用實例,提出一種采用恩泰克(ENTAK) 在線狀態(tài)監(jiān)測系統與煙草制絲生產線自動化系統的集成模式?？刂?、維護和管理三者集成不僅能夠實現數據資源的充分共享,而且能夠有效降低企業(yè)的綜合成本。1 系統設計思想在多數工業(yè)企業(yè)中,控制、維護和管理是三個彼此分離的自動化孤島,設備維護過程中信息的收集、維護的組織與實施同工業(yè)企業(yè)中的其他部分是分離的,難以互相協調并實現信息和資源共享,其自動化程度與控制和管理的自動化程度差

2、距較大。為此,歐盟從20世紀90 年代初期開始了該方面的研究,提出了控制-維護- 管理(Control Maintain Management) 系統集成的思想,并逐步發(fā)展成為智能控制- 維護- 管理系統( Intelligent CMM System , ICMMS) 1 ,2 。       目前,基于ICMMS 體系的自動化系統主要包含設備控制、狀態(tài)檢測、生產管理執(zhí)行3 部分,通過這3 部分內容的集成和交互,實現自動化系統完備的信息采集和處理功能,并為企業(yè)級管理系統提供準確可靠的生產和設備數據ICMMS 集成模式及其與企業(yè)信息系

3、統的關系如圖1 所示。       基于ICMMS 的自動化系統的集成功能主要有以下內容:         (1) 通過生產過程控制系統與制造執(zhí)行系統(MES) 的集成,實現生產任務的分解和詳細調度功能以及過程質量數據的分析、反饋處理;         (2) 通過生產過程控制系統和在線設備狀態(tài)監(jiān)測系統的集成,實現不同生產狀態(tài)(頻率和負載) 下的設備機械故障的細致診斷

4、和預測,以及及時有效的緊急故障處理;        (3) 通過制造執(zhí)行系統(MES) 和在線設備狀態(tài)監(jiān)測系統的集成,實現對設備維修的科學管理和與企業(yè)級系統的信息溝通。       現階段國內卷煙廠自動化系統的應用情況:上述(1) 項內容已在絕大多數的卷煙廠制絲生產線自動化系統中實現,但由于設備機械故障診斷和預測維護功能實現技術的復雜性,第(2) 、(3) 項內容只有少數卷煙廠在局部范圍通過采用離線的檢測儀器獲取設備狀態(tài)數據,然后由維護人員對時域峰值進行判斷來估計設

5、備的運行效果,這種方式與集成系統要求的在線保護、智能診斷、預測維護功能有較大的差距。      基于上述考慮,本文將ENTAK在線狀態(tài)監(jiān)測系統引入制絲生產線自動化系統,并通過兩個系統的充分集成和交互實現ICMMS 的系統功能,以期將ICMMS 理念進一步引入國內煙草企業(yè),推動國內煙草企業(yè)向控制- 維護- 管理一體化方向發(fā)展。2 煙草制絲設備多發(fā)性機械故障調查   煙草制絲生產線設備按結構特點可劃分為以下幾類:   (1) 滾筒類設備。如滾筒式回潮機、加料機、加香機、薄板式烘絲機等,主要由機架、滾

6、筒、傳動系統、管路系統、熱風系統、電氣系統等組成。   (2) 振動槽體類設備。如振動輸送機(有簧板式、搖桿式) 、隧道式回潮機、隧道式烘絲機等。該類設備的物料輸送部分均為偏心連桿平衡式振動輸送機,由機架、槽體、簧板(或搖桿) 、平衡體、偏心連桿機構和電機組成。   (3) 輸送帶類設備。如帶式輸送機、提升機、喂料機、往復帶式布料機、貯柜等。   (4) 煙包、煙箱輸送設備。如輥道輸送機、鏈式輸送機等。   (5) 其他主機設備。如開包系統、片煙分切機、在線真空回潮系統、切絲機、葉絲氣流式干燥設備、白肋煙烘干機等,

7、這些均是制絲線上主要的加工設備,其結構、控制方面相對復雜,一般都設有專用的控制系統,對其工作過程進行實時監(jiān)控,具有自動調整工作參數、故障報警、診斷等功能。   (6) 物料風送、除塵系統及設備排氣系統。物料風送系統如煙梗風送、梗簽風送、梗絲風送系統等,由物料風分機(或吸口) 、物料管、落料器、塵氣管、除塵器、大功率風機和消音器組成;排氣系統用于排除用氣設備工作過程中產生的廢氣,由管路和風機組成,如隧道式回潮機和白肋煙烘干機排氣系統等。   針對上述設備分類,煙草制絲生產線上設備多發(fā)故障現象及原因分析見表1。3 實施方案  

8、集成化制絲線自動化系統按其功能分為設備控制層、集中監(jiān)控層和生產管理層。系統基本配置見圖2。   (1) 最底層(設備控制層) :設備控制層完成設備的生產運行控制和基礎信息采集。采用現場總線連接各動力控制站、I/ O 站、智能儀表、操作面板等,通過具備現場總線接口的主控制器實現對各工藝段設備的組合和單機控制;采用高性能、高可靠性的傳感器實現設備現場信息的采集。   (2) 中間層(集中監(jiān)控層) :提供明確直觀的人機交互接口和操作輔助系統,通過中央監(jiān)控計算機實現對生產線的組合操作、狀態(tài)監(jiān)控、工藝參數與控制參數顯示和設定、控制系統故障診斷定位、控制系統和設備故

9、障報警顯示、記錄等。   (3) 最高層(生產管理層) :負責統一協調全線的生產,處理全線運行過程中的綜合信息,并提供對關鍵設備完好狀態(tài)進行評價的接口和工具。其中包括生產任務執(zhí)行、批次控制、質量數據分析、設備狀態(tài)判別等,并提供完整的統計數據報表和各種分析圖表。3. 1 設備狀態(tài)信息采集功能    該功能是實現設備狀態(tài)監(jiān)測和預測維護的基礎。通過在設備關鍵位置安裝相應傳感器進行振動信號采集,結合控制系統中相關的設備運行模式和電機電流等信息,就可以對設備當前的振動、電機電流等信號進行分類采集、存儲、分析,從而使設備維護和操作人員了解設備當前的運行狀況

10、、判斷被監(jiān)測設備的狀態(tài)變化趨勢、診斷被監(jiān)測設備故障的發(fā)生部位和故障的嚴重程度,以及檢查和驗收大修或臨時維修的效果,實現對設備故障早知道、早預報、早診斷,提高設備運行完好率、減少設備停機時間及降低維修成本。由于與控制系統完全集成,也避免了傳統的故障狀態(tài)檢測系統中對設備各種運行模式下不同數據進行籠統分析所造成的判斷不準確現象。   該系統中設備狀態(tài)信息采集采用了兩種在線監(jiān)測方式,一種為采集電機電流,另一種為監(jiān)測設備關鍵部位的振動信號。   采用監(jiān)測電流方式的設備主要有: 所有隧道式回潮機、切絲機主軸電機、振動輸送機、大功率電機以及所有帶變頻器、軟啟動器的電機

11、。其中采用變頻器或軟啟動器控制的電機的電流信號采集通過連接在總線上的變頻器或軟啟動器實現,其他電機則采用電流互感器方式實現。采用監(jiān)測振動信號的設備主要有:大功率風機及其電機、滾筒設備?，F場傳感器采用ENTAK 9 系列加速度傳感器,該傳感器通過屏蔽電纜接入Enwatch 現場采集單元中,一個現場采集單元可連接16 路傳感器信號(見圖3) 。3. 2 設備狀態(tài)監(jiān)測點及其分區(qū)設置   以某卷煙廠制絲生產線情況為例,制絲生產線在線監(jiān)測系統共設測點152 個,數據采集單元10 個(見表2) ,測點設置基本涵蓋前述各類設備多發(fā)性故障。3. 3 設備狀態(tài)監(jiān)測功能  

12、 設備狀態(tài)監(jiān)測功能采用恩泰克Enshare 設備健康監(jiān)測檢修集成系統實現,該集成系統軟件由以下部分組成:   (1) EMONITOR Odyssey 設備狀態(tài)監(jiān)測信息系統軟件。該軟件作為監(jiān)測數據和分析診斷的核心, 應用了預測維修技術,集離線監(jiān)測和在線監(jiān)測于一身,可完成建立機器測點數據庫、安排巡檢路徑及裝入到數據采集器中、現場采集數據及回放到客戶機中、分析及診斷設備狀態(tài)和故障等功能。利用在線系統提供的en2LIVE(軟件可進行遠程實時監(jiān)測診斷,任一Enwatch 上的某個通道的頻譜、時域波形、趨勢、三維譜圖和極坐標圖均可在裝有Odyssey 軟件的系統中實時顯示、檢測,包括

13、通過互聯網進行遠程監(jiān)測和診斷。此外,EMONITOR Odyssey軟件還支持OPC 通訊功能,可實現與設備控制系統雙向交互。(2) PlantLink 工廠設備視窗軟件。該軟件為不同   部門提供簡潔明了的設備狀態(tài)信息,可以在Odyssey 網絡數據庫存在的基礎上獨立運行于網絡上的多臺計算機中,還可顯示機組圖形及其對應位置的各測點標識和當前振動幅值,這樣,其他設備管理人員也能夠了解全部設備運行狀態(tài)和預測變化趨勢,對設備出現的疑難問題可進行會診。   (3) 設備健康管理模塊AHM 是Enshare 設備狀態(tài)監(jiān)測檢修集成系統中的管理系

14、統部分,它為企業(yè)的整個管理系統提供以狀態(tài)為基礎的信息,可提供良好的信息交流環(huán)境,且允許設備檢修基于診斷結果而采取預測和主動行動。如:該系統可針對具備狀態(tài)采集功能的大功率風機及其電機、滾筒設備出現的滾動軸承缺陷、齒輪嚙合和齒輪缺陷、風機葉片故障、電動機轉子與定子等小間隙摩擦、電機與風機間聯軸器不對中等故障進行在線實時監(jiān)測和診斷,具備離線診斷故障能力。并可將相關設備的報警信息通過OPC 方式自動提供給集中監(jiān)控系統和現場操作查詢終端,驅動控制系統采取相應動作,避免設備進一步損壞。   也可對所有隧道式回潮機、切絲機主軸電機、振動輸送機、大功率電機的電機電流進行實時監(jiān)測,并提供電流

15、幅值報警。4 系統特點   設備狀態(tài)監(jiān)測系統與控制系統的集成,可以分辨設備運行的不同狀態(tài)對設備狀態(tài)采集數據的影響,從而能夠有效提高對設備故障狀態(tài)判斷的準確率;豐富了集中監(jiān)控系統故障顯示的內容,使集中監(jiān)控系統故障顯示的內容從控制系統擴展為整個制絲生產線;提高了現場設備對操作者、管理者的透明度,實現了更完備的制絲生產線數據采集功能,真正貫徹了ICMMS 的理念。參考文獻  1 Galara D , Favenec J M, Iung B , et al . Distributed IntelligentActuators and SensorC. In : Proceedings of 7th COMPREURO93IEEE Coference.