在线设备状态监测系统与制丝线自动化系统的集成应

1、在线设备状态监测系统与制丝线自动化系统的集成应用 摘要:介绍了基于ICMMS(智能控制- 维护- 管理系统) 的集成自动化系统的结构模型,对于烟草制丝生产线设备多发性故障原因进行了分析,结合应用实例,提出一种采用恩泰克(ENTAK) 在线状态监测系统与烟草制丝生产线自动化系统的集成模式。控制、维护和管理三者集成不仅能够实现数据资源的充分共享,而且能够有效降低企业的综合成本。1 系统设计思想在多数工业企业中,控制、维护和管理是三个彼此分离的自动化孤岛,设备维护过程中信息的收集、维护的组织与实施同工业企业中的其他部分是分离的,难以互相协调并实现信息和资源共享,其自动化程度与控制和管理的自动化程度差

2、距较大。为此,欧盟从20世纪90 年代初期开始了该方面的研究,提出了控制-维护- 管理(Control Maintain Management) 系统集成的思想,并逐步发展成为智能控制- 维护- 管理系统( Intelligent CMM System , ICMMS) 1 ,2 。       目前,基于ICMMS 体系的自动化系统主要包含设备控制、状态检测、生产管理执行3 部分,通过这3 部分内容的集成和交互,实现自动化系统完备的信息采集和处理功能,并为企业级管理系统提供准确可靠的生产和设备数据ICMMS 集成模式及其与企业信息系

3、统的关系如图1 所示。       基于ICMMS 的自动化系统的集成功能主要有以下内容:         (1) 通过生产过程控制系统与制造执行系统(MES) 的集成,实现生产任务的分解和详细调度功能以及过程质量数据的分析、反馈处理;         (2) 通过生产过程控制系统和在线设备状态监测系统的集成,实现不同生产状态(频率和负载) 下的设备机械故障的细致诊断

4、和预测,以及及时有效的紧急故障处理;        (3) 通过制造执行系统(MES) 和在线设备状态监测系统的集成,实现对设备维修的科学管理和与企业级系统的信息沟通。       现阶段国内卷烟厂自动化系统的应用情况:上述(1) 项内容已在绝大多数的卷烟厂制丝生产线自动化系统中实现,但由于设备机械故障诊断和预测维护功能实现技术的复杂性,第(2) 、(3) 项内容只有少数卷烟厂在局部范围通过采用离线的检测仪器获取设备状态数据,然后由维护人员对时域峰值进行判断来估计设

5、备的运行效果,这种方式与集成系统要求的在线保护、智能诊断、预测维护功能有较大的差距。      基于上述考虑,本文将ENTAK在线状态监测系统引入制丝生产线自动化系统,并通过两个系统的充分集成和交互实现ICMMS 的系统功能,以期将ICMMS 理念进一步引入国内烟草企业,推动国内烟草企业向控制- 维护- 管理一体化方向发展。2 烟草制丝设备多发性机械故障调查   烟草制丝生产线设备按结构特点可划分为以下几类:   (1) 滚筒类设备。如滚筒式回潮机、加料机、加香机、薄板式烘丝机等,主要由机架、滚

6、筒、传动系统、管路系统、热风系统、电气系统等组成。   (2) 振动槽体类设备。如振动输送机(有簧板式、摇杆式) 、隧道式回潮机、隧道式烘丝机等。该类设备的物料输送部分均为偏心连杆平衡式振动输送机,由机架、槽体、簧板(或摇杆) 、平衡体、偏心连杆机构和电机组成。   (3) 输送带类设备。如带式输送机、提升机、喂料机、往复带式布料机、贮柜等。   (4) 烟包、烟箱输送设备。如辊道输送机、链式输送机等。   (5) 其他主机设备。如开包系统、片烟分切机、在线真空回潮系统、切丝机、叶丝气流式干燥设备、白肋烟烘干机等,

7、这些均是制丝线上主要的加工设备,其结构、控制方面相对复杂,一般都设有专用的控制系统,对其工作过程进行实时监控,具有自动调整工作参数、故障报警、诊断等功能。   (6) 物料风送、除尘系统及设备排气系统。物料风送系统如烟梗风送、梗签风送、梗丝风送系统等,由物料风分机(或吸口) 、物料管、落料器、尘气管、除尘器、大功率风机和消音器组成;排气系统用于排除用气设备工作过程中产生的废气,由管路和风机组成,如隧道式回潮机和白肋烟烘干机排气系统等。   针对上述设备分类,烟草制丝生产线上设备多发故障现象及原因分析见表1。3 实施方案  

8、集成化制丝线自动化系统按其功能分为设备控制层、集中监控层和生产管理层。系统基本配置见图2。   (1) 最底层(设备控制层) :设备控制层完成设备的生产运行控制和基础信息采集。采用现场总线连接各动力控制站、I/ O 站、智能仪表、操作面板等,通过具备现场总线接口的主控制器实现对各工艺段设备的组合和单机控制;采用高性能、高可靠性的传感器实现设备现场信息的采集。   (2) 中间层(集中监控层) :提供明确直观的人机交互接口和操作辅助系统,通过中央监控计算机实现对生产线的组合操作、状态监控、工艺参数与控制参数显示和设定、控制系统故障诊断定位、控制系统和设备故

9、障报警显示、记录等。   (3) 最高层(生产管理层) :负责统一协调全线的生产,处理全线运行过程中的综合信息,并提供对关键设备完好状态进行评价的接口和工具。其中包括生产任务执行、批次控制、质量数据分析、设备状态判别等,并提供完整的统计数据报表和各种分析图表。3. 1 设备状态信息采集功能    该功能是实现设备状态监测和预测维护的基础。通过在设备关键位置安装相应传感器进行振动信号采集,结合控制系统中相关的设备运行模式和电机电流等信息,就可以对设备当前的振动、电机电流等信号进行分类采集、存储、分析,从而使设备维护和操作人员了解设备当前的运行状况

10、、判断被监测设备的状态变化趋势、诊断被监测设备故障的发生部位和故障的严重程度,以及检查和验收大修或临时维修的效果,实现对设备故障早知道、早预报、早诊断,提高设备运行完好率、减少设备停机时间及降低维修成本。由于与控制系统完全集成,也避免了传统的故障状态检测系统中对设备各种运行模式下不同数据进行笼统分析所造成的判断不准确现象。   该系统中设备状态信息采集采用了两种在线监测方式,一种为采集电机电流,另一种为监测设备关键部位的振动信号。   采用监测电流方式的设备主要有: 所有隧道式回潮机、切丝机主轴电机、振动输送机、大功率电机以及所有带变频器、软启动器的电机

11、。其中采用变频器或软启动器控制的电机的电流信号采集通过连接在总线上的变频器或软启动器实现,其他电机则采用电流互感器方式实现。采用监测振动信号的设备主要有:大功率风机及其电机、滚筒设备。现场传感器采用ENTAK 9 系列加速度传感器,该传感器通过屏蔽电缆接入Enwatch 现场采集单元中,一个现场采集单元可连接16 路传感器信号(见图3) 。3. 2 设备状态监测点及其分区设置   以某卷烟厂制丝生产线情况为例,制丝生产线在线监测系统共设测点152 个,数据采集单元10 个(见表2) ,测点设置基本涵盖前述各类设备多发性故障。3. 3 设备状态监测功能  

12、 设备状态监测功能采用恩泰克Enshare 设备健康监测检修集成系统实现,该集成系统软件由以下部分组成:   (1) EMONITOR Odyssey 设备状态监测信息系统软件。该软件作为监测数据和分析诊断的核心, 应用了预测维修技术,集离线监测和在线监测于一身,可完成建立机器测点数据库、安排巡检路径及装入到数据采集器中、现场采集数据及回放到客户机中、分析及诊断设备状态和故障等功能。利用在线系统提供的en2LIVE(软件可进行远程实时监测诊断,任一Enwatch 上的某个通道的频谱、时域波形、趋势、三维谱图和极坐标图均可在装有Odyssey 软件的系统中实时显示、检测,包括

13、通过互联网进行远程监测和诊断。此外,EMONITOR Odyssey软件还支持OPC 通讯功能,可实现与设备控制系统双向交互。(2) PlantLink 工厂设备视窗软件。该软件为不同   部门提供简洁明了的设备状态信息,可以在Odyssey 网络数据库存在的基础上独立运行于网络上的多台计算机中,还可显示机组图形及其对应位置的各测点标识和当前振动幅值,这样,其他设备管理人员也能够了解全部设备运行状态和预测变化趋势,对设备出现的疑难问题可进行会诊。   (3) 设备健康管理模块AHM 是Enshare 设备状态监测检修集成系统中的管理系

14、统部分,它为企业的整个管理系统提供以状态为基础的信息,可提供良好的信息交流环境,且允许设备检修基于诊断结果而采取预测和主动行动。如:该系统可针对具备状态采集功能的大功率风机及其电机、滚筒设备出现的滚动轴承缺陷、齿轮啮合和齿轮缺陷、风机叶片故障、电动机转子与定子等小间隙摩擦、电机与风机间联轴器不对中等故障进行在线实时监测和诊断,具备离线诊断故障能力。并可将相关设备的报警信息通过OPC 方式自动提供给集中监控系统和现场操作查询终端,驱动控制系统采取相应动作,避免设备进一步损坏。   也可对所有隧道式回潮机、切丝机主轴电机、振动输送机、大功率电机的电机电流进行实时监测,并提供电流

15、幅值报警。4 系统特点   设备状态监测系统与控制系统的集成,可以分辨设备运行的不同状态对设备状态采集数据的影响,从而能够有效提高对设备故障状态判断的准确率;丰富了集中监控系统故障显示的内容,使集中监控系统故障显示的内容从控制系统扩展为整个制丝生产线;提高了现场设备对操作者、管理者的透明度,实现了更完备的制丝生产线数据采集功能,真正贯彻了ICMMS 的理念。参考文献  1 Galara D , Favenec J M, Iung B , et al . Distributed IntelligentActuators and SensorC. In : Proceedings of 7th COMPREURO93IEEE Coference.