卷煙包裝設(shè)備故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)研究

1、 卷煙包裝設(shè)備故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)研究 曹興強(qiáng) 李超Summary：研究了對卷煙包裝設(shè)備的機(jī)械磨損、機(jī)械疲勞等隱性故障進(jìn)行監(jiān)控和診斷的智能化控制平臺的建立。首先通過合理選點(diǎn)和安裝包裝設(shè)備的故障監(jiān)測傳感器，獲取設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)；在分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，研究設(shè)備故障監(jiān)測方案；最后，建立了故障處理的智能化診斷專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障的預(yù)先報(bào)警和智能診斷。Key：包裝設(shè)備；故障監(jiān)測；智能診斷：TB：Adoi：10.19311/ki.16723198.2016.30.0961引言隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，機(jī)器設(shè)備的大型化、連續(xù)化、高速化和自動化的發(fā)展趨勢已日益明顯，然而，由于機(jī)械零部件本身、

2、設(shè)備所處運(yùn)行條件、操作管理及維護(hù)不足等不可避免因素的影響，機(jī)械設(shè)備各種類型故障會時(shí)常出現(xiàn)。這不僅會促使機(jī)械設(shè)備預(yù)定功能的消弱或喪失，給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失，而且更為嚴(yán)重者還將直接威脅到人身安全，釀成災(zāi)難性的事故。為了保障設(shè)備安全、正常運(yùn)行，人們急切需要一種新的維修機(jī)制解決上述問題?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)在保障設(shè)備安全運(yùn)行，預(yù)防事故發(fā)生以及實(shí)現(xiàn)設(shè)備維修制度的變革等方面起到了關(guān)鍵性的指導(dǎo)作用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。故障診斷是隨著生產(chǎn)過程的復(fù)雜化而產(chǎn)生的一種技術(shù)，由于和現(xiàn)代傳感器技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，已經(jīng)展現(xiàn)出了很強(qiáng)的生命力。GD包裝設(shè)備為現(xiàn)階段卷煙企業(yè)的主力包裝設(shè)

3、備，具有控制規(guī)模大、自動化程度高和柔性化強(qiáng)的特點(diǎn)。由于設(shè)備的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，價(jià)格越來越昂貴，因此各種故障而導(dǎo)致的停機(jī)都是不可忍受的負(fù)擔(dān)。為此，本文提出了一種能夠?qū)頍煱b設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)故障監(jiān)測和智能診斷的自動化控制系統(tǒng)，以最大限度減少停機(jī)維修的時(shí)間，以及在故障發(fā)生之后能夠迅速做出反應(yīng)。本系統(tǒng)的研究共分為以下三個(gè)部分，首先是進(jìn)行傳感器的選點(diǎn)和安裝，以獲取包裝設(shè)備的相關(guān)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)；其次進(jìn)行故障監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過對設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的分析和監(jiān)視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障；最后建立智能診斷專家系統(tǒng)，能夠根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)智能化地對設(shè)備故障進(jìn)行診斷，并提出有效的處理建議。2傳感器選點(diǎn)與安裝針對包裝設(shè)備故障檢測，可分別采用

4、TA102-1a振溫傳感器和普通振動傳感器兩種類型。在具體布置設(shè)備振動傳感器的安裝時(shí)，按照三個(gè)原則進(jìn)行選點(diǎn)：（1）安裝位置應(yīng)盡量靠近軸承的承載區(qū)，也就是反映轉(zhuǎn)子振動特征最敏感的部位和信息最集中的部位。（2）安裝位置與被監(jiān)測的轉(zhuǎn)動部件最好只有一個(gè)界面，盡可能避免多層相隔，以減少振動信號在傳遞過程中因中間環(huán)節(jié)造成的能量衰減。（3）安裝位置必須要有足夠的剛度。測點(diǎn)1位于電動機(jī)左側(cè)底座上，采用TA102-1a振溫傳感器。該監(jiān)測點(diǎn)的選取主要是對整套設(shè)備的動力來源的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測。測點(diǎn)2位于初級傳動軸軸承座上，采用TA102-1a振溫傳感器。該監(jiān)測點(diǎn)的選取主要是對傳動機(jī)構(gòu)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。測點(diǎn)3位于二級傳動

5、軸上的隔板上，采用TA102-1a振溫傳感器。該監(jiān)測點(diǎn)的選取主要是對傳動機(jī)構(gòu)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。除了動力裝置的故障監(jiān)測外，還包括對設(shè)備整體狀態(tài)的監(jiān)測，因此分別又加裝了四個(gè)普通傳感器，位于裝盒機(jī)玻璃罩下機(jī)箱頂左下角、右上角、裝盒機(jī)后側(cè)動力系統(tǒng)處、裝包機(jī)機(jī)箱頂角處等。3故障監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)對傳感器獲取的振動和溫度等設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的結(jié)果，建立相應(yīng)的故障監(jiān)控系統(tǒng)。以測點(diǎn)1為例，通過對測點(diǎn)1的振動位移、振動速度、振動加速度、溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集，通過統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)進(jìn)行分析，見圖1。在圖1中，分別是對設(shè)備較為穩(wěn)定狀態(tài)下檢測到的振動和溫度數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，其中，振動位移、振動速度、振動加速度分別采用均值-標(biāo)準(zhǔn)

6、差（Xbar-S）控制圖進(jìn)行分析，振動速度在設(shè)備穩(wěn)定狀態(tài)下基本保持勻速，且與包裝機(jī)轉(zhuǎn)速呈正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在65（r/s）左右時(shí)，振動速度也穩(wěn)定在1.30（mm/s）左右，均值，方差。振動位移在設(shè)備穩(wěn)定狀態(tài)下基本保持較小變化，而在包裝機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)往往容易造成振動位移的短時(shí)間增大，當(dāng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在6.5（r/s）左右時(shí)，振動位移也穩(wěn)定在8（um）左右，均值，方差。振動加速度在設(shè)備穩(wěn)定狀態(tài)下基本保持在較低的水平，且變化的幅度也比較小，當(dāng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在6.5（r/s）左右時(shí)，振動加速度基本穩(wěn)定在0.25（mm/s2）左右，均值，方差。溫度目前呈往復(fù)式勻速上升狀態(tài)，當(dāng)包裝機(jī)正常作業(yè)時(shí)，溫度勻速上升，達(dá)

7、到一定高度后溫度上升開始變緩，甚至保持基本穩(wěn)定，而當(dāng)包裝機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，溫度開始快速回落。測點(diǎn)1的溫度上升速度約為（/s）。對于設(shè)備故障的診斷，大多數(shù)診斷標(biāo)準(zhǔn)（如ISO10816在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價(jià)機(jī)器的機(jī)械振動、ISO10817轉(zhuǎn)軸振動測量系統(tǒng)、VDI2056軸承座振動標(biāo)準(zhǔn)等）都采用分區(qū)的方式，因此本項(xiàng)目在已有標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況及數(shù)據(jù)分析結(jié)果，分別對振動和溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分區(qū)監(jiān)控的設(shè)計(jì)。對于振動速度、振動位移、振動加速度的監(jiān)測，可分為四個(gè)分區(qū)，以振動速度為例，見表1及圖2。圖2中四條線的位置計(jì)算方法為：（1）在設(shè)備狀態(tài)正常，并處于穩(wěn)定狀態(tài)下（轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定），收集一組（約5

8、0-100個(gè)）振動速度測定值。（2）計(jì)算它的平均值0和標(biāo)準(zhǔn)差0。0=x1+x2+xnn0=ni=1（xi-0）2n-1（3）基準(zhǔn)值=0；預(yù)警值L預(yù)警=0+30；報(bào)警值報(bào)警=2（0+30）；停機(jī)值停機(jī)=3（0+30）。對于設(shè)備溫度的監(jiān)控，同樣可分為如表2的三個(gè)分區(qū)。 4智能診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)智能診斷系統(tǒng)是一類包含知識和推理的智能計(jì)算機(jī)程序，智能診斷系統(tǒng)是人工智能在機(jī)械故障診斷領(lǐng)域中的應(yīng)用，由于專家系統(tǒng)具有成長周期短、使用成本低、便于復(fù)制、能夠集中多個(gè)領(lǐng)域?qū)＜业闹腔鄣戎T多優(yōu)點(diǎn)而受到各方面的普遍關(guān)注，已成為機(jī)械故障診斷學(xué)科的一個(gè)研究熱點(diǎn)和最新發(fā)展動向。智能診斷是系統(tǒng)建立的一個(gè)計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場維修人員的一個(gè)通道

9、，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)故障或發(fā)現(xiàn)故障前兆時(shí)，系統(tǒng)會發(fā)出報(bào)警，并生成一個(gè)故障處理單，故障處理單中包括故障現(xiàn)象數(shù)據(jù)、根據(jù)故障數(shù)據(jù)比對歷史處理記錄中的專家經(jīng)驗(yàn)，獲取到的故障原因判斷及相應(yīng)的解決方案等?，F(xiàn)場維修人員根據(jù)故障處理單的內(nèi)容到現(xiàn)場開展相應(yīng)的排查處理，處理完成后，將處理的結(jié)果回饋系統(tǒng)，系統(tǒng)可根據(jù)處理結(jié)果更新專家?guī)臁?結(jié)論設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的實(shí)質(zhì)是了解和掌握設(shè)備在運(yùn)行過程中的狀態(tài)，評價(jià)、預(yù)測設(shè)備的可靠性，早期發(fā)現(xiàn)故障，并對其原因、部位、危險(xiǎn)程度等進(jìn)行識別，預(yù)報(bào)故障的發(fā)展趨勢，并針對具體情況作出決策。本文針對卷包車間GD包裝設(shè)備的機(jī)械磨損、機(jī)械疲勞等隱性故障進(jìn)行監(jiān)控，提前提示機(jī)械設(shè)備的壽命曲線，通過

10、增加必要的溫度、振動等傳感器，并選擇合理的安裝位置，設(shè)計(jì)合理的研究方案對設(shè)備故障的智能監(jiān)控和診斷進(jìn)行研究；在此基礎(chǔ)上，建立完善的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷輔助系統(tǒng)平臺，針對GD包裝設(shè)備的機(jī)械磨損、機(jī)械疲勞等隱性故障進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障的預(yù)先報(bào)警和智能診斷，為企業(yè)高效的生產(chǎn)經(jīng)營、檢修維護(hù)、設(shè)備管理提供了有力的保障。Reference1楊國安.機(jī)械設(shè)備故障診斷實(shí)用技術(shù)M.北京：中國石化出版社，2007.2張正松.旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動監(jiān)測及故障診斷M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.3陳進(jìn).機(jī)械設(shè)備振動監(jiān)測與故障診斷M.上海：上海交通大學(xué)出版社，1999.4屈梁生，何正嘉.機(jī)械故障診斷學(xué)M.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1986.5張安華.機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)M.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1995.6植海深等.機(jī)械故障監(jiān)測與診斷技術(shù)的研究綜述J.大眾科技，2013，15（12）：108110.7覃志宏.卷煙包裝生產(chǎn)線風(fēng)送除