E站【EN8000机械设备振动监测系统在太钢热连轧厂的应用】

　　摘要 本文简要介绍了EN8000机械设备振动监测故障诊断系统的特点，并对其在山西太原钢铁集团第二热轧厂的应用做了详细介绍。 　　关键词 EN8000机械设备；振动监测；热轧
　　中图分类号TG33 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）34-0092-02
　　0 引言
　　在反映设备状态的信号中，应用最广的是振动信号，因为振动是引起设备故障的主要原因，设备的各种故障一般在振动信号上有所反映，振动信号包含着各种丰富的信息，而对振动进行测量一般不会影响设备的正常工作，十分方便。EN8000机械设备振动监测故障诊断专家系统主要应用于电力、石化、冶金等工业领域中的大型机械设备，如对汽轮发电机组、水轮发电机组、压缩机组、风机、电机、水泵、齿轮和滚动轴承等进行在线振动监测分析和故障诊断。该系统可自动连续地采集与设备安全有关的主要状态参数，包括键相/转速、轴振、摆度、瓦振、轴位移、胀差、偏心、负荷和其它过程量（如温度、压力和开关量等），并自动形成各种数据库。它能够自动识别设备的运行状态，预测和诊断设备的故障；能够促进设备维修方式向预知维修（状态维修）的转变，确保设备安全稳定地运行。
　　EN8000系统可以实现的主要功能包括：系统设置、数据采集、状态识别、实时监测、报警监测、数据管理、趋势分析、事故追忆、振动分析、故障诊断、动平衡计算、报表打印以及网络功能等。
　　1 太钢EN8000系统整体结构及方案
　　太钢第二热轧厂生产国内最宽的2 250mm热轧不锈钢带钢，自动化程度高，生产的异常中断将造成巨大的经济损失。因此，提高热轧设备的可靠性对于保证生产的正常进行具有重要意义。太钢第二热轧厂选用北京英华达公司生产的EN8000在线监测和故障诊断系统，用于热轧生产线主要设备的振动在线监测，也是国内首次对大型不锈钢热轧生产线的主要设备进行在线振动监测。
　　太钢二热轧为半连续式热连轧带钢轧机，生产产品厚度为1.2mm~25.4mm，宽度为1 000mm~2 130mm的热轧不锈钢带钢。最大年产量为400万t热轧不锈钢钢卷。并设有钢板横切和钢卷平整分卷机组各一条作业线。太钢二热轧所设机械设备在线监测和故障诊断系统其主要目的：太钢二热轧机械设备（各主传动减速机）运行状态的监测、设备运行寿命的预测、设备故障的及时发现和原因分析以及设备预测性维修的指导。为了能及时可靠地发现设备轴承、齿轮、传动轴、连接螺栓、润滑等本体零部件的缺陷情况和相连部件的故障情况并及时报警和提出指导性的处理信息，避免非计划停机，通过国内公开招标确定使用北京英华达公司的EN8000系统。
　　太钢第二热轧厂振动在线监测和故障诊断系统由165个振动传感器、10个智能数采箱、一个数据服务器、工程师站及监测分析和故障诊断软件组成，监测包括立辊轧机减速机、立辊的机架辊、粗轧机的机架辊、S1减速机、F1-F7齿论座、F1-F4精轧机主传动减速机、飞剪减速机、卷曲上夹送辊减速机、卷曲助卷辊减速机和卷曲卷筒变速箱以及粗轧立辊E0轧机主电机、粗轧机R0轧机主电机、精轧飞剪、F1-F7主电机、卷曲卷筒点机在内的37台设备。主要具有数据采集和存储、状态监测、信号分析和智能故障诊断等功能。
　　每个数采箱负责几台设备的数据采集和分析监测，其中1#EN8000数采箱用于采集定宽夹送辊减速机和定宽压力主传动减速机的相关振动；2#EN8000数采箱用于采集R1粗轧机主传动减速机，R1粗轧机人字齿轮机座和R1粗轧机压下传动减速机的相关振动；3#EN8000数采箱用于E2立辊轧机两台传动减速机和R2粗轧机压下传动减速机的相关振动；4#EN8000数采箱用于采集F1、F2精轧机主传动减速机和人字齿轮机座的相关振动；5#EN8000数采箱用于采集F3、F4精轧机主传动减速机和人字齿轮机座的相关振动；6#EN8000数采箱用于采集F5、F6、F7精轧机人字齿轮机座和切头飞剪的相关振动；7#EN8000数采箱用于采集1#、2#、3#卷曲夹送辊减速机和卷曲卷筒减速机的相关振动；8#EN8000数采箱用于采集横切线中开卷卷筒减速机和横切切边剪的相关振动；9#EN8000数采箱用于采集平整线中的平整开卷传动减速机，平整主传动减速机和平整卷取传动减速机的相关振动；10#EN8000数采箱用于采集1#加热炉1#、2#风机，2#加热炉1#、2#风机的相关振动。每个数采箱除必要的公共模块外，有9个插槽可用于自由配置测量模块。根据测点数量，每台数采箱可配置键相板2块（2路/块）、振动量板6块（4路/块）和模拟量板（32路/块）1块。模拟量板负责采集整个系统中的油压、油温等缓变量信号。数据采集箱将安装在轧钢机械上的涡流传感器和加速度传感器输出的电信号通过A/D转换成数字信号，存储在本地硬盘上。为便于安装布置，为每个数采箱提供1个标准机柜，机柜内配一台15″CRT显示器和键盘，以便现场调试和信号分析。
　　数据服务器用于存储每台设备的实时数据和历史数据以及系统备份，并负责与其它系统的数据交换。工程师站配一台工业控制机、一台CRT和一台CANON彩色打印机，主要用于故障诊断分析。
　　2 测点选取与传感器配置
　　监测轧机机械振动信号主要是针对变转速、变负荷、低转速的减速机，反映转轴、齿轮、滚动轴承和电动机的故障信号，一般较多使用加速度传感器。由于轧钢机械振动故障频率范围较宽，特别是由于转速较低，存在较多的低频成分，而加速度传感器对低频振动不敏感。因此，我们引入测量轴振动的位移传感器（涡流传感器）。测量振动的涡流传感器原则上布置在减速机的输入和输出轴，测量振动的加速度传感器原则上应布置在轴承座刚度较高的地方，并尽可能布置在载荷密度最大的地方，以便尽可能多地获取轴承外圈本身的振动信号。一般情况下每个轴承安装一个垂直或水平方向振动测点。
　　由于每个齿轮和电动机轴承的水平方向刚度较弱，振动最大一般表现为水平方向，一般情况下每个轴承安装一个水平方向振动测点，如果有困难，也可以安装在垂直方向。
　　按照理论分析，在每个轴承安装水平、垂直和轴向三个方向的传感器，对于判断某些故障可以起到相互比较的作用，但是这样做系统的造价将大大提高。由于振动在三个方向的频谱特征基本上是相同的，只是量值上有所不同，对于判断故障的性质没有本质上的区别，所以在每个轴承上安装一个最能反映振动特征的垂直方向振动监测的传感器是比较实际的方案，也是符合ISO2372推荐的测量方法。在特别需要监测其他方向时，可以利用便携式测振设备进行测量分析。
　　测量振动的涡流传感器选用德国申克公司生产的IN-081一体化涡流传感器，它的特点是由于涡流检测放大单元集成在探头体内，省去了外部连接环节，减少了由于接触不良造成的频响失效的可能，提高了可靠性，简化了安装。测量振动的加速度传感器选用德国申克公司生产的型号为AS-030加速度传感器，它的特点是频响范围宽，具有高度的可靠性，坚固的不锈钢外壳，抗冲击，抗外界电磁场干扰能力强，便于安装和拆卸，不易损坏。为了准确分析频率成分，对于转速变化较大且比较重要的减速机，需要安装测量转速的传感器，选用德国申克公司生产的型号为TS012传感器。
　　3 软件支持
　　太钢第二热轧厂振动在线监测和故障诊断系统软件主要采用Delphi等高级语言编程，在中文WINDOWS 2000/NT环境下运行，具有系统配置、状态监测、信号分析、故障诊断专家系统和网络通讯等功能，使用简便，软件的总体结构如图1所示。
　　配套软件根据太钢第二热轧厂设备振动监测和故障诊断系统的要求进行了针对性设计，在充分分析轧机设备运行特点、常见故障机理和特征的基础上，选用有效的信号分析方法，保证系统的实用性。能通过历史数据对比和不同工况的对比分析，发现轧机设备存在的问题，为状态检修提供技术数据和状态报告。且充分利用了人工智能技术，提高了设备故障自动诊断功能。此外现代通讯技术和计算机技术的使用，保证了系统的先进性和可靠性，并能与其它系统良好兼容和信息互享。
　　4 结论
　　EN8000系统成功地应用于太钢热连轧机组，使得EN8000在原有的发电、石化行业的基础上，延伸了使用的行业，而且具有行业的代表作用，因为同样是热连轧机组，太钢的产品是不锈钢，其轧制力相对更大，振动也相对更大，对振动的监测也相对更高,通过改进EN8000的传感器的安装方式，减少了安装数量，增加了细化频谱分析、倒频谱分析、小波变换等函数运算，提高了运算速度和准确率。这套EN8000设备在线监测和故障诊断系统充分借鉴了在电力石化行业的成功经验，是国内第一条完全意义上对热连轧机组全线监测故障诊断与监测系统，而且产品是不锈钢，代表性更强，更具有代表性，这套系统今后必将会在冶金行业得到更广泛的推广，取得更好的经济效益。
　　
　　
　　参考文献
　　[1]钟一谔，等.转子动力学[M].清华大学出版社，1987.
　　[2]孙志辉，等.2030板带冷连轧机的振动分析[J].北京科技大学学报，1997(S1).
　　[3]于辉，许石民，杜凤山.轧钢机机架的动力学特性及强度的研究[J].燕山大学学报，2004(3).
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文