刍议大盘卷高速设备振动远程监测的实现

万佳

摘 要 本文主要简述了现应用于华菱湘钢大盘卷高速轧机的德国FAG在线振动监测系统，介绍了其监测对象及软/硬件构成和常规数据采集和频谱分析，在此基础上嵌入局域网办公系统实现办公自动化，进而讨论实现大范围、低延误、高密度地监控高速轧机振动的可行性。

【关键词】冶金 钢铁行业 高速轧机 振动监控

1 前言

轧机作为冶金行业的关键设备，由于受到重载、轧制冲击和人为冲击等负荷的影响，出现了大量诸如结构强度、振动、噪声等安全可靠性的问题，如何在设备运行过程中对设备的运行状态实时掌握，及时做出判断，采取相应的对策，避免发生重大设备故障造成的长时间停机的问题，成为摆在各大钢铁企业面前的难题，对此华菱湘钢大盘卷引进德国FAG在线测振系统，全方位对大盘卷高速设备运行状态进行远程监控，大大提高高速区设备运行的可靠性，从而提高设备乃至全生产线的生产效率。而基于Internet/LAN的在线振动监测系统相当于大范围、低延误、高密度、不间断的对设备进行点检，不仅降低了点检技术人员的工作压力，还可使工程管理人员通过局域网对现场设备实施监测，根据检测数据进行故障分析、诊断和预警，极大地满足了工作的需要。

2 系统基本构成

2.1 监测对象

本系统监测对象为华菱湘钢大盘卷高线轧机，包括：高线精轧机组、高线减定径机组、吐丝机前夹送辊和吐丝机。

监控项目为上述轧机的：振动值（33个信号点）——信号来源现场传感器。

其中振动值包括：精轧机齿轮箱（2个信号点）精轧机辊箱（6个信号点）精轧机锥箱（6个信号点）减定径齿轮箱A-D（8个信号点）减定径辊箱（4个信号点）减定径锥箱（4个信号点）吐丝机前夹送辊（2个信号点）吐丝机（1个信号点）。

电压值（4个信号点）——信号来源ACS6000大传动、ACS800传动。

电机转速（4）——信号来源现场编码器反馈信号、ACS6000大传动。

设备在线情况Y/N（4*2）——信号来源现场热检HMD反馈信号。

所有DC信号占用一个通道，所有AC信号占用两个通道。

2.2 系统硬件

该在线振动监测系统是一个开放的、复合的多层分布式系统，每个控制器下最多可下挂MUX功能板8块，每块MUX功能板可连接2个现场就地箱，每个现场就地箱可同时满足8个传感器的数据的采集，不同传感器之间是独立的，他们通过VC-Filt程序进行切换循环检测的，互不干涉。

该系统最多同时监控128个传感器数据，本厂暂时仅使用其中的33个，所以说该系统的扩展性是很好的。

2.3 数据采集原理

该系统完成通过对数据流的采集、传输和内部处理，并经过内部自有程序过滤、放大和对特征值评估、数/模转换进入系统数据分析最后DO输出报警给予现场维护人员指导的全过程。

虽说该系统最多可同时监控128个传感器数据，它的扩展性是很好的。但，过多的传感器数据需要靠VC-FILT进行轮换检测，耗费大量的轮换时间，本厂33个传感器大概需约6分钟完成一轮所有传感器的数据采集，换句话就是说对于每个传感器数据刷新的间隔时间为6分钟/次，这对于高速运转设备的安全性仍然是有风险的，所以我们针对这种由于数据顺次采集造成的延时进行了程序优化，让其更好的服务于现场。下面将重点介绍其软件系统。

2.4 系统软件

2.4.1 常用功能模块

（1）用户权限设置模块：系统对登陆对象按管理员、维护工程师、操作员进行分级，每种用户类型的权限是不一样的，操作员为只读属性，用以防止一些人为的误操作，十分适应现场实际生产的要求。

（2）基础配置模块：用列表形式来展示各个齿轮箱及传动的基本技术参数，用页面形式逐个针对现场测振传感器进行参数设定，规定其名称、范围值、数值单位等。

（3）接口设置模块：用来设置每个接收数据的接口类型以及参与程序内部计算的速度、温度、压力、负载、电压等模拟量的调用路径。

（4）数据库设置模块：OPC DA数据库接收外部测量反馈的输入信号，并保留已设置好的设备特性模型和齿轮配比和内部运算中间项或结果项的值。该数据库可保留已有数据长达一年时间，方便您随时根据需要察看你关心的某个参数值和该值的历史值。

（5）报警设置模块：通过对特征值的设定，若计算机通过数据采集和计算对比发现某一测量值超过其对应的特征值就产生黄（轻故障）或红（重故障）报警，给出相应的指示，提示设备人员进行检查和处理。厂商不提供理论默认报警值，而立足于现场自行设定，更利于解决实际问题。

（6）报表生成模块：以曲线图形分析表形式展示，报警曲线和速度曲线整合到一张列表里，使用户直观的了解在何时、何地、何种速度下出现的报警，甚至能调用其他参数列表了解当时电机运行的电压和负载等条件，对于现场未出现的事故可以提前做出判断处理，对现场已出的事故能准确分析出事故原因。

2.4.2 特色功能模块

（1）特性参数设置模块：针对不同的轴承和齿轮，如果您知道它的特性参数，可手动录入；即使不知道，FAG公司也会提供一个与其特性参数相类似的模型供用户使用（FAG/SKF公司），这些特性参数都将参与日后的内部计算和分析，所以说该系统的灵活性是很好的。其中手动创建和添加特性参数模型到本地数据库的全过程只需两步，简单易行。

（2）误信号过滤模块：用柱状图形式展示在用户自设定时段内某一振动值出现的次数占总扫描次数的百分比，自动筛选出误信号摒弃（比如停轧换辊对轧辊和锥箱的人为敲击）获得真实振动值参与运算，也为用户确定某一设备部位的正确报警预设值提供依据。另外，即时速度信号参与程序内部计算，不同速度下对应的振动大小容忍值是不同的，该系统能通过实际测量反馈分析数据，依设备特性模型生成，是一个比较讲究科学性的混合系统，不象某些国内系统由单一的振动值来衡量不同速度下的振动大小，所以说在误信号过滤方面，该系统有很强的特色优势。

（3）专家分析模块：系统自带自诊断的特殊功能，很好的对可能出现的设备隐患和隐患大小进行预测的功能模块（内部理论计算）

2.5 系统投入使用后的效果

在实际应用中，我们发现因为不同的传感器间是循环依次扫描的，所以更多的监测点需要更多的扫描采集时间，所以一方面我们限制了监测点的数量，屏蔽了部分无用监测点，使其在有效时间内尽可能多的监控重要设备的重要部位，另一方面依设备部件的重要性将其分级，对其检测传感器进行不同的扫描周期配置和优先级别的设定（单位时间内扫描的次数）较好的弥补重点关注设备扫描周期过长的问题。

该系统成功预测了华菱湘钢大盘卷高线区2011年6月24日吐丝机出口大轴承FAG804753重大故障，当时机械方点检技术人员在办公室连接FAG在线测振系统服务器，打开察看其运行状态，随即发现疑似典型故障振动频谱图，立即组织检修人员开盖检查，发现轴承外圈部分断裂，部分滚珠挤压变形受损，轴承整体振动超标，首次投入就将一次重大设备事故扼杀在萌芽期。

3 结语

对于新上线的FAG在线振动监测系统，还有大量的知识需要我们消化和吸收，这些将在未来的实践应用中不断深化，同时我们也将在加强点巡检及现场信息的反馈上下更大的功夫，保证测振传感器采集的设备振动数据与手持式振动仪振动数据的一致性，科学地减轻工人劳动强度，并利用其更好地指导点检工作和设备微劣化分析工作，将设备大事故扼杀在萌芽阶段，为华菱湘钢大盘卷稳定生产保驾护航。

作者单位

华菱湘潭钢铁集团有限公司 湖南省湘潭市 411100