在線監(jiān)測系統(tǒng)在設(shè)備管理中的應(yīng)用

        摘   要：介紹在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成、主要功能及其在電廠設(shè)備管理中的應(yīng)用情況和取得的成效，提出在線監(jiān)測應(yīng)用于設(shè)備管理對(duì)提高故障診斷水平、促進(jìn)維修制度改革具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。
       關(guān)鍵詞：設(shè)備管理 在線監(jiān)測 旋轉(zhuǎn)機(jī)械

       一、前言
       旋轉(zhuǎn)機(jī)械是在工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的機(jī)械，也是電廠設(shè)備的重要組成部分，一旦故障停機(jī)，不但影響電廠的安全生產(chǎn)，而且會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。旋轉(zhuǎn)機(jī)械在運(yùn)行中與其狀態(tài)有關(guān)的特征有振動(dòng)、溫度、噪聲、潤滑油中的磨粒和形態(tài)、轉(zhuǎn)矩等，每個(gè)量都從不同的角度反映運(yùn)行的狀態(tài)。但由于現(xiàn)場條件和測試手段的限制，有些特征的提取和分析不易實(shí)現(xiàn)，有些特征反映的情況不敏感。而旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)信號(hào)中含有設(shè)備運(yùn)行工況的豐富信息，這些信息在振動(dòng)的相位和譜圖中有所體現(xiàn)，從而可以推斷出振動(dòng)的原因和故障類型。 
       對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行在線監(jiān)測，及時(shí)取得振動(dòng)信息進(jìn)行處理和綜合分析，根據(jù)其數(shù)值及變化趨勢，可對(duì)設(shè)備可靠性隨時(shí)作出判斷，發(fā)現(xiàn)故障隱患，提供預(yù)警，還可預(yù)測設(shè)備剩余壽命。在線監(jiān)測診斷的特點(diǎn)是可以對(duì)運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行連續(xù)或隨時(shí)的判斷，使預(yù)防性維修向預(yù)知性維修即狀態(tài)維修過渡。 
       二、系統(tǒng)選擇 
       典型的狀態(tài)監(jiān)測方式包括：離線定期監(jiān)測方式、在線監(jiān)測離線分析的監(jiān)測方式、自動(dòng)在線監(jiān)測方式。
國內(nèi)的振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要有：哈爾濱工業(yè)大學(xué)等單位聯(lián)合研制的3MD-I、3MD-II、3MD-Ⅲ系統(tǒng)；西安交通大學(xué)機(jī)械監(jiān)測與診斷研究室的RMMDS系統(tǒng)；西安交通大學(xué)潤滑理論及軸承研究室的RB20-1系統(tǒng)；鄭州工學(xué)院的RMMDS系統(tǒng)；重慶太笛公司的CDMS系統(tǒng)；浙江大學(xué)的CMD-Ⅰ型及Ⅱ型系統(tǒng)；西北工業(yè)大學(xué)的MD3905系統(tǒng)；北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院的BJD-ZⅠ、BJ D-ZⅡ , BJD-ZⅢ系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的主要功能有軸振動(dòng)監(jiān)測，包括軸心軌跡分析、軸向串動(dòng)、軸振動(dòng)位移峰一峰值計(jì)算；殼體振動(dòng)監(jiān)測；頻譜分析，包括頻率細(xì)化、階比潛分析、階跟蹤譜、三維功率譜分析；自動(dòng)預(yù)、報(bào)警；故障特征提取及診斷。 
       國外的振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要有丹麥B&K公司的2520型振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)、美國BENTLY公司的3300系列振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)、美國亞特蘭大公司的M6000系統(tǒng)、美國IRD公司的IQ2000系統(tǒng)、美國恩泰克（Entek）公司的預(yù)測維修系統(tǒng)（Preventive Maintenance System）等其中，美國恩泰克公司的預(yù)測維修系統(tǒng)最具有代表性，其主要功能有：幅值趨勢圖顯示；時(shí)域波形顯示，頻譜顯示；兩頻譜幅值比顯示，兩頻譜幅值差顯示；三維譜圖顯示；用旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷專家系統(tǒng)進(jìn)行離線故障診斷；支持鐵譜分析；支持局域網(wǎng)。該預(yù)測系統(tǒng)能對(duì)頻譜進(jìn)行自動(dòng)比較，能識(shí)別由于旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速變化所引起的頻率漂移，并提供報(bào)警信號(hào)。
勝利石油管理局勝利發(fā)電廠綜合考慮供貨渠道、價(jià)格、業(yè)績、技術(shù)服務(wù)等因素，選擇了美國恩泰克公司集振動(dòng)監(jiān)測與預(yù)測維修于一體的在線監(jiān)測系統(tǒng)其中振動(dòng)傳感器為9200型加速度計(jì)，共購置40只，分別安裝在2＃機(jī)組的2臺(tái)送風(fēng)機(jī)、2臺(tái)吸風(fēng)機(jī)、2臺(tái)排粉機(jī)、2臺(tái)給水泵、2臺(tái)凝結(jié)水泵的主要支承軸承處，共計(jì)40個(gè)測點(diǎn)。 
       三、系統(tǒng)構(gòu)成 
       1．硬件系統(tǒng) 
       (1)加速度傳感器 
       加速度傳感器是把被測設(shè)備的機(jī)械振動(dòng)量（加速度）準(zhǔn)確無誤地接受下來，并將此機(jī)械量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（電壓）輸出，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。 
       (2) Enwatch數(shù)據(jù)采集模塊 
       Enwatch數(shù)據(jù)采集模塊是16通道網(wǎng)絡(luò)化在線采集模塊，每個(gè)采集模塊均配有標(biāo)準(zhǔn)的RJ-45以太網(wǎng)接口，它是分布在設(shè)備現(xiàn)場的采集模塊，其采集信息可通過以太網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綂W德賽系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，可直接安裝在被監(jiān)測設(shè)備附近，用于人員無法接近或危險(xiǎn)區(qū)域的設(shè)備監(jiān)測。 
       (3）端子排 
       端子排箱安裝在現(xiàn)場 
       (4)信號(hào)線 
       ①傳感器到端子排的信號(hào)線：9200傳感器輸出端接有附帶的4m長傳感器電纜，各個(gè)傳感器電纜聯(lián)入端子排并由端子排輸出多芯總屏電纜。若4m長傳感器電纜長度不夠，可采用雙芯屏蔽電纜加以延長。 
       ②端子排到Enwatch的信號(hào)線：由端子排輸出的多芯總屏電纜直接接入Enwatch數(shù)據(jù)采集模塊的相應(yīng)通道，為了防信號(hào)衰減，該段電纜長度不足300m，電纜走線時(shí)，盡量避免與強(qiáng)電電路平行，否則需距其1m以上或另加金屬套管加強(qiáng)屏蔽。 
       2．軟件系統(tǒng) 
       EMONITOR Odyssey軟件是在線監(jiān)測系統(tǒng)的核心，是一個(gè)全功能的窗門版預(yù)測維修軟件，不僅能系統(tǒng)地管理預(yù)測維修和性能監(jiān)測活動(dòng)的數(shù)據(jù)，而且還提供一套完整的方法，將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為設(shè)備的狀態(tài)信息具體功能如下。 
       (1)系統(tǒng)管理 
       Odyssey軟件的管理功能包括兩個(gè)方面：文件管理和用戶管理。文件管理是由備份檢測數(shù)據(jù)和程序文件組成。隨著時(shí)間的推移，數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的設(shè)備信息會(huì)越來越龐大，這不僅影響軟件運(yùn)行的速度，而且在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)丟失信息，使監(jiān)測人員的工作付之東流，最基本、最有效的辦法就是定期將數(shù)據(jù)和程序設(shè)置文件備份到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)或移動(dòng)硬盤上，這正是Odyssey軟件文件管理職責(zé)所在。除計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障而丟失信息外，操作人員在使用過程中的不當(dāng)操作、非操作人員的非法操作也會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失，Odyssey軟件的用戶管理職能解決了這個(gè)問題，Odyssey軟件可以設(shè)定安全等級(jí)，將操作人員分為三種權(quán)限：一般操作人員可以建序列、將序列裝入數(shù)采器、回放數(shù)據(jù)、修改數(shù)采器設(shè)置、修改自己的口令、打印報(bào)表和顯示檢測數(shù)據(jù)的圖形；高級(jí)操作人員除了具有一般操作人員的權(quán)限外，還可以修改數(shù)據(jù)庫、替換和刪除操作、修改存儲(chǔ)和刪除視圖、刪除序列、建立和刪除報(bào)表描述、生成報(bào)警統(tǒng)計(jì)；管理員除了具有高級(jí)操作人員的權(quán)限外還可以增加刪除和修改用戶名和口令、設(shè)定進(jìn)入軟件必須登陸、設(shè)定不須登錄用戶的默認(rèn)權(quán)限。 
       (2)數(shù)據(jù)的圖形分析 
       在線監(jiān)測系統(tǒng)除了對(duì)設(shè)備的檢測（報(bào)警）之外，再就是分析診斷以確定故障的原因所在。借助于圖形進(jìn)行分析是一個(gè)主要方面。Odyssey軟件提供的圖形有： 
       ①幅值趨勢圖(Trend)，觀測設(shè)備振動(dòng)的歷史變化趨勢。 
       ②頻譜圖（Spectrum)，觀測設(shè)備某測點(diǎn)振動(dòng)的頻率成分。 
       ③時(shí)域波形（Time waveform)，觀測設(shè)備某測點(diǎn)振動(dòng)的時(shí)域波形。 
       ④譜陣圖（Waterfall)，觀測設(shè)備某測點(diǎn)振動(dòng)頻譜的變化趨勢。 
       ⑤頻段趨勢圖（Frequency Band)，觀測設(shè)備某測點(diǎn)振動(dòng)各頻段成分的變化趨勢。 
       ⑥自動(dòng)顯示圖（Auto View)，觀測設(shè)備某測點(diǎn)所有測量定義的相關(guān)圖形，了解該測點(diǎn)的全面信息。 
       ⑦振動(dòng)分析圖（Vib Analysis)，綜合觀測設(shè)備某測點(diǎn)的幅值趨勢、相關(guān)頻譜、譜陣圖。 
       ⑧HVA圖，同時(shí)顯示設(shè)備某測點(diǎn)水平（H)、垂直（V)、軸向(A)三個(gè)方向的頻譜圖。 
       ⑨頻譜差值圖（Baseline diffe)，顯示當(dāng)前時(shí)間頻譜和Baseline頻譜相間的結(jié)果。 
       為了方便分析診斷，這些圖形可以單獨(dú)顯示，也可以根據(jù)需要進(jìn)行組合，顯示在同一個(gè)窗口。
圖形操作具有改變圖形坐標(biāo)軸、顏色、光標(biāo)形式及顯示、字形、圖中的數(shù)字格式、圖形點(diǎn)和線的類型，顯示設(shè)備狀態(tài)注釋及注釋碼、顯示和隱藏頻段幅值、在圖中輸入及編輯注視、拷貝圖形和打印圖形等功能。 
       (3)報(bào)表操作 
       報(bào)告報(bào)表是狀態(tài)監(jiān)測人員與設(shè)備科和檢修人員的非常重要的溝通工具，Odyssey軟件提供了42種標(biāo)準(zhǔn)報(bào)表格式，這些報(bào)表均可以打印、顯示和拷貝，可以作為文件進(jìn)行傳送，報(bào)表中可以包含數(shù)據(jù)表、圖形，或兩者的組合，任何一個(gè)報(bào)表都可以制成ASCII文本文件，并可以送到如WORD、EXCEL等其他應(yīng)用軟件中。如果這42種格式都不能滿足報(bào)表的要求，監(jiān)測人員可以根據(jù)領(lǐng)導(dǎo)的要求和自己的需要，在Odyssey環(huán)境下建立自定義報(bào)表，而且可以作為標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)告格式存儲(chǔ)起來，以備調(diào)用。 
       (4)報(bào)警設(shè)置 
       報(bào)警方式和報(bào)警值的設(shè)定在預(yù)測維修工作中是非常重要的，一個(gè)有效的預(yù)測維修系統(tǒng)要處理成百上千個(gè)測點(diǎn)的測試數(shù)據(jù)，怎樣從大量的數(shù)據(jù)提取出值得分析的反映設(shè)備狀態(tài)變化的數(shù)據(jù)，怎樣區(qū)分出有問題的設(shè)備和沒問題的設(shè)備，什么樣的設(shè)備還可以堅(jiān)持運(yùn)行，什么樣的設(shè)備必須停機(jī)，這都依賴于軟件的報(bào)警功能。Odyssey軟件不但可以設(shè)置幅值、頻譜、頻段和時(shí)域波形報(bào)警，而且可以建立統(tǒng)計(jì)報(bào)警，統(tǒng)計(jì)值包括當(dāng)前序列中所有測量定義及設(shè)備分類中的最小值、最大值、平均值和標(biāo)準(zhǔn)方差，這將有助于設(shè)備管理人員建立和探索設(shè)備檢修的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在安全運(yùn)行的條件下，使設(shè)備發(fā)揮最大的效能。 
       (5)輔助診斷 
       0dyssey軟件具有輔助診斷功能，即在頻譜圖中或報(bào)告中自動(dòng)識(shí)別特定故障類型產(chǎn)生的頻率。使用輔助診斷功能，診斷人員可以在采集得到的振動(dòng)頻譜中標(biāo)注故障特征頻率，迅速簡便地識(shí)別故障類型。例如滾動(dòng)軸承、電機(jī)等的故障。 
       四、系統(tǒng)使用效果 
       1．準(zhǔn)確判斷設(shè)備故障 
       在沒有安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)，從頻譜上一旦發(fā)現(xiàn)軸承的故障頻率，就對(duì)其進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，如果故障頻率的幅值增大，就認(rèn)為軸承故障在惡化。安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)后，由于振動(dòng)信號(hào)的連續(xù)性，認(rèn)識(shí)到過去的這一觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，在頻譜圖上發(fā)現(xiàn)軸承故障頻率，只能說明軸承產(chǎn)生了早期故障，隨著時(shí)間的推移，軸承故障頻率的幅值有時(shí)增大、有時(shí)減小，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，軸承故障頻率甚至在頻譜圖中消失。
振動(dòng)的測試參數(shù)有位移、速度、加速度，因此判斷振動(dòng)故障的標(biāo)準(zhǔn)有三個(gè)，即振動(dòng)位移標(biāo)準(zhǔn)、振動(dòng)速度標(biāo)準(zhǔn)和振動(dòng)加速度標(biāo)準(zhǔn)，人們一般習(xí)慣使用位移標(biāo)準(zhǔn)。使用在線監(jiān)測系統(tǒng)后，發(fā)現(xiàn)在很多情況下使用速度和加速度標(biāo)準(zhǔn)更好一些。位移標(biāo)準(zhǔn)一般用于判定軸系問題，比如不平衡、不對(duì)中等故障；速度標(biāo)準(zhǔn)用于判定機(jī)器的整體狀態(tài)；加速度標(biāo)準(zhǔn)用于判定軸承、齒輪的故障。 
       2004年1月9日，2＃機(jī)組乙送風(fēng)機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承位移、速度的振動(dòng)趨勢平穩(wěn)，但振動(dòng)尖峰能量值陡然增大。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)該軸承缺油，造成潤滑不良，加油后，振動(dòng)尖峰能量值下降，趨勢平緩。如果此時(shí)僅以振動(dòng)位移或速度為依據(jù)，則不能發(fā)現(xiàn)軸承潤滑不良的故障。 
       2．避免突發(fā)故障 
       3^＃機(jī)組2A送風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承保持架突然斷裂，由于該設(shè)備未安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)行離線監(jiān)測，監(jiān)測周期為7天，比較監(jiān)測數(shù)據(jù)，無論觀察各參數(shù)的振動(dòng)趨勢圖，還是觀察各參數(shù)的頻譜圖，都沒有發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，其原因就是該故障從產(chǎn)生、發(fā)展到損壞的整個(gè)過程極其短暫。如果該設(shè)備安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)，由于振動(dòng)監(jiān)測的連續(xù)性（1小時(shí)測1次或1天測1次），這種發(fā)展迅速的故障就無法逃脫監(jiān)視，在其萌芽狀態(tài)被消除，使設(shè)備按計(jì)劃進(jìn)行修理，保證生產(chǎn)有序進(jìn)行。 
       3．及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理常見故障 
       在線監(jiān)測使用一年來，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)共發(fā)現(xiàn)常見故障13次。其中風(fēng)機(jī)葉輪由于質(zhì)量分布不均造成的不平衡振動(dòng)8次，均在設(shè)備備用和計(jì)劃停機(jī)期間實(shí)施了現(xiàn)場動(dòng)平衡，將振動(dòng)控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)；基礎(chǔ)或地腳螺栓松動(dòng)故障3次，聯(lián)軸器不對(duì)中故障2次，均在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)進(jìn)行了處理。 
       4．延長軸承的使用壽命 
       滾動(dòng)軸承是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的重要支承部件，且價(jià)格昂貴，診斷人員利用在線監(jiān)測的連續(xù)性，使已存在故障隱患的軸承安全運(yùn)行至其極限，發(fā)揮滾動(dòng)軸承的最大效能，對(duì)降低維修費(fèi)用、節(jié)約成本具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 
       2004年2月初發(fā)現(xiàn)了軸承的異常頻率，頻率的幅值時(shí)大時(shí)小，進(jìn)入10月份軸承故障明顯惡化，但診斷人員充分發(fā)揮在線監(jiān)測系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)勢，跟蹤軸承故障的發(fā)展變化，認(rèn)為可以堅(jiān)持運(yùn)行，直至11月23日診斷人員才下達(dá)設(shè)備異常通知單，建議檢查。經(jīng)檢修人員解體檢查，發(fā)現(xiàn)軸承外圈滾道約有60mm×170mm的剝落坑、多個(gè)滾子有麻點(diǎn)、軸承游隙嚴(yán)重超標(biāo)，與故障診斷完全吻合。自發(fā)現(xiàn)軸承故障至停機(jī)檢修，軸承的使用壽命延長了7032h，避免了直接經(jīng)濟(jì)損失2.3萬元。

參考文獻(xiàn)
1　韓捷，張瑞林．旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障機(jī)理及診斷技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社
2　[美]J.S米切爾．機(jī)器故障的分析與監(jiān)測．北京：機(jī)械工業(yè)出版社