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設備在線監測應用初探

一、前言
    隨著我國加入WTO組織,在市抄濟的激烈競爭中,用戶對產品質量提出了更高的要求,產品生產成本的競爭也日益激烈。因此,如何保障設備良好的連續運行狀態即提高設備運轉率是設備管理的重要課題。日本管理專家在設備管理上首先提出了設備點檢的概念,使設備管理由事故檢修和定期檢修管理逐步向預知性檢修管理過渡。但傳統的設備點檢方式多采用“眼看、手摸、耳聽”的經驗手段,既不能滿足安全生產的要求,故障的判斷也過于依靠執行者的經驗,準確率較低,對異常數據的捕捉率低、準確率及效率非常低,這些缺點已無法適應現代化設備管理的需要。推行設備的在線監測對于現代化大型連續生產線已勢在必行,也已成為一項用信息技術改造傳統產業的重要課題。
    中州分公司氧化鋁廠現有5臺CO2壓縮機組屬分公司大型關鍵A類設備,承擔著全廠CO2氣體的輸送任務。由于生產工藝流程的需要,機組需長期連續、高效運轉,這種高速旋轉設備在長期高負荷工作狀態下就容易出現磨損、竄動、不平衡、軸承超溫、振動異常等機械故障。若不能及時發現這些事故隱患而造成停機事故,不僅可能造成人身和設備事故而且將給生產帶來嚴重損失。如2000年2月8日1#CO2壓縮機在并網過程中,加負荷太快致使壓縮機喘振,因未能及時發現和采取措施而造成空壓機機殼被打壞的嚴重設備事故。因此,如何對機組的運行狀況進行更好地監測,及時、準確地發現事故隱患顯得尤為重要。
    為提高企業的設備管理水平以適應安全、優質、高效的生產目標,2002年分公司決定在該重要設備機組推行設備在線監測的管理。經過近一年的運行實踐,取得了良好的效果。下面具體介紹一下這次實踐應用情況。
二、改造前的設備配置及監測管理狀況
    1. CO2壓縮機及電機的基本參數:
    壓縮機由電動機通過變速機驅動,壓縮機型號為EI3504.2/0.97,變速機型號為GYD301480/2.919,電動機型號為YK16002/990,功率為1600KW,電動機額定轉速為2985r/min,壓縮機主軸額定轉速8713r/min。
    2.設備監測狀況:
    原有設備運行參數和工藝參數為就地顯示或在控制室儀表盤上顯示,顯示儀表有電磁指針式、數顯式、針式記錄儀等,報警顯示采用閃光式光字牌,對反映機組運行狀況最重要的振動數據無在線顯示,只能由崗位操作人員用便攜式測振儀通過定期點檢獲得,對軸位移的監視也只有超限報警和跳車指示,無法定量連續地觀測到其變化情況。對軸承部位的監測是依據點檢時用聽診棒進行判斷,由于現場噪音較大,很難準確判斷。
三、在線監測系統的工作原理
    安裝在壓縮機組各部位的信號傳感器用于采集各種現場信號(如振動信號、緩變量信號等),振動、軸位移、鍵相(兼轉速測量)等信號通過信號電纜接入數據采集箱,經處理后送入計算機。其它過程量信號需將現場采集的信號經過相應的變送器轉變為4~20mA標準模擬信號后在通過數據采集箱接入計算機進行在線顯示。通過顯示屏就可以很清楚地看到風機現場運行狀況,如前后軸承、變速機瓦座的振動值,轉速測定值及軸位移變化情況等;并且可以對數據源進行總結、類比和進一步分析。
四、在線監測系統的構成及特點
    1. 機組測點確定及傳感器的選用:
    根據壓縮機組監測系統的要求,每臺壓縮機組設置振動監測點6個即壓縮機前后X/Y方向軸振各2個、變速機前后瓦振各1個,軸位移監測點1個,鍵相測點1個,其它過程量(如各種溫度、壓力、電機電壓和電流等)根據需要設定。每種參數需對應相應的傳感器,選擇傳感器應依據以下原則:可靠性高,工業壽命長;靈敏度高,測量范圍寬,具有較高的分辨率和測量精度;穩定性好,漂移小,響應快,遲滯;頻率響應寬,動態范圍大。

2.監測站設備構成:
    系統配置2個智能數采箱(下位機),1個智能數采箱管理1~3#壓縮機組的振動信號,另1個智能數采箱管理4~5#壓縮機組的振動信號及五臺壓縮機組所有過程(緩變)量信號。智能數采箱為模塊化結構,除必要的公共模塊外,有9個插槽可用于自由配置測量模塊。根據測點數量,2個數采箱配置鍵相5塊、振動量板10塊,模擬量板3塊。模擬量板負責采集整個系統中的壓力、溫度等緩變量信號。為便于現場安裝布置,提供2個標準機柜,用于安裝2個數采箱,機柜內各配一臺CRT顯示器和鍵盤,顯示實時數據。

4.系統主要特點: 
    ⑴數采箱采用模塊化結構,安裝、維護、更換方便,可靠性好。其中某一通道或模塊故障不會影響其他通道或其他模塊正常工作。
    ⑵采用工業組態方式,能夠在線編輯所要監測的數據以及表現形式(如結構示意圖、棒圖、表格和數字等)。
    ⑶具有齊全的信號分析功能,對各個機組在不同時刻、不同狀態下的動態信號快速、準確地進行各種分析和數據處理,并以各種圖譜表現在界面上。
    ⑷系統配置故障診斷專家系統具有征兆獲取、自動診斷、對話診斷以及診斷結果的存儲等功能,保證了系統的先進性和診斷結果的可靠性。
    ⑸采用客戶機/服務器結構模式,采用標準的TCP/IP通訊協議和Winsock編程,增強了系統的可擴充性和可維護性。
    ⑹系統采用中文Windows操作系統,全中文下拉式菜單,用戶界面友好,操作使用方便。
五、在線監測系統應用效果
    自CO2壓縮機組安裝在線監測以來,運行平穩可靠、監測數據準確、操作使用方便,收到了良好的效果;同時也使我們的設備管理進一步規范化和合理化,為推廣這種先進的設備管理模式積累了經驗,具體表現在以下幾個方面:
    1.實現了對設備運行狀態的動態管理。實時監測系統能實現24小時不間斷地對現場機組各測點的振動數據及溫度、壓力、軸位移、流量、電流等過程參數進行在線監測并通過各種圖形、圖譜及數據表格等形式進行動態顯示,對有關數據進行存貯和分類管理,實現當班、當天、當月、當年等歷史數據的再現,進一步形成各種趨勢分析結果;特別是在起停機階段,能夠提供整個過程各種信號參量之間的相關趨勢及隨時間變化趨勢,非常直觀。當機組運行異常時,還具有聲、光超限報警和梯度報警功能,各種監測結果可以監測報表形式隨時進行打;同時能完成與管理機的實時通信,便于上級主管部門及時掌握機組的運行狀況。
    2.為科學、準確的設備在線故障分析診斷提供了可能。系統配置的智能故障診斷系統能通過在線監測系統提供的運行機組各種特征參數變化的識別,運用故障診斷專家系統對這些變化進行綜合分析,準確判斷各種故障點及嚴重程度,為設備維護和管理人員合理決策提供可靠的依據。
    3.提高了設備運轉率,減少了崗位操作人員的勞動強度,延長了設備的使用壽命,減少工作量。在安裝在線監測之前,為了保證風機的可靠運行,當機組個別部位發現異常時,因無法進一步判斷其嚴重程度和變化趨勢,生產和設備管理人員都非常擔心,崗位人員每班點巡檢次數大大增加,還要認真詳細記錄大量有關的數據。一旦生產條件允許,就立即安排停機檢修,增加了停機次數和停機時間。實施在線監測之后,上述狀況得到了徹底改變,根據在線數據對一些異,F象進行分析、判斷,可以避免許多不必要的停機。這樣使維護工作量較以前大大減少,也相應減少了設備的頻繁起停次數,減少損耗,從而延長了設備的使用壽命。 
    3.為確定最佳檢修時機和制定合理檢修方案提供了依據。利用在線監測數據結合故障診斷技術,在設備負載運行即不停機的情況下,對設備的各種狀態參數進行監測和分析,判斷其是否存在異;蚬收,故障的部位、原因及嚴重程度,避免以前停機后檢查才能發現確切故障原因的狀況,不但為檢修節約了時間,而且使檢修方案的制定更加科學、合理,提高了設備的檢修質量。 
    4.系統具備強大的數據管理、高速傳輸和共享功能,為企業今后實現大規模設備遠程集中管理和監測奠定了基礎。
    當然,在線監測只是現代設備管理其中的一個基本手段,同時由于目前硬件的限制,在某些工作環境比較苛刻的條件下,完全實現穩定的在線監測尚有一定的困難。因此采用離線測量儀器,輔之一些傳統方法進行現場點檢也是不可或缺的一個補充手段?傊,在實際操作中如何不斷總結、摸索,使兩種方法更好的相輔相成,使設備管理更具特色,有待于設備管理工作者在實踐中進行進一步的探索。


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