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爲瞭(le)實現對大型軋鋼廠齒輪減速機等關鍵設備的在線監測和故障診斷，防止突發性事故的發生，需對這些關鍵設備進行振動、位移、轉速 、溫度和電流等參數信号的在線監測，完成信号的拾取、放大 、濾波、數據採集 、數據處理與數據傳輸，在發生運行異常及故障時及時報警，並(bìng)診斷出故障的類别及部位 。本章從設備特點 、設備監測和故障診斷原理及監測系統硬件和軟件實施三方面介紹瞭(le)對該在線監測和故障診斷系統的設計和研究。
5.1設備(bèi)特點(diǎn)、設備(bèi)故障分析
某大型鋼廠的齒輪減速機的齒輪爲圓柱斜齒輪，每個齒輪箱中均裝有兩個單級齒輪傳動 ，兩根輸出軸分别帶動軋機生産線上的上、下軋輥。齒輪傳動比在0.8～1.2之間。該齒輪減速機在軋闆生産線中起著(zhe)增速、減速和動力傳輸作用。由於(yú)軋機不斷地處於(yú)咬鋼、軋鋼、抛鋼、空轉等狀态，故齒輪箱的工作載荷是交變載荷。齒輪箱齒輪的主要故障是：(1）齒輪輪齒表面的疲勞點蝕 、剝落及鑿面磨損；(2）齒輪局部輪齒的斷齒、齒面崩落和齒根裂紋；(3）在很高的動載荷作用下産生的輪齒變形。齒輪箱滾動軸承的主要故障是 ：(1）内圈、外圈和滾動體的疲勞點蝕剝落；(2）滾動軸承各元件的膠著(zhe) 。
5.2設備(bèi)監測(cè)和故障診斷原理
減速機在運行中總是會産生振動和噪聲 ，當運行部件中存在故障隐患時，往往會使振動 、噪聲、溫度等物理參數發生某種變化，這種變化僅僅靠人的感官（即使在有自覺性的情況下）是很難發現的，一旦發現，往往是在比較嚴重和危險的階段 。本系統通過長期安裝在關鍵設備上的測點測量運行中的振動、溫度和電流等信号，經必要的放大和A/D轉換後進行數字量採(cǎi)集 ，然後借助於(yú)計算機和診斷技術進行分析處理，從而提取振動等各種信号中的有用信息，達到狀态監測、趨勢分析 、故障診斷和輔助維修決策的目的。
本系統利用計算機進行信号採(cǎi)集和故障特征提取，利用知識庫中不斷增多的專家知識，採(cǎi)用模糊識别和神經網絡等模型對設備(bèi)的狀态進行自動識别，根據識别結果提出相應的維修方案或調整運行參數。
5.3監測(cè)、診斷(duàn)系統硬件設計
爲完成對關鍵設備進行監測和診斷，監測系統硬件的配置應包括以下六部分：(l）傳感器、放大器；(2）信号處理儀；(3)A/D數據採(cǎi)集卡；(4）工業PC計算機；(5）報(bào)警電路；(6）電纜、電源。
在設計以上硬件系統時充分考慮到工廠設備結構複雜、現場幹擾因素多、運轉條件惡劣、工藝狀況頻繁變動，如軋機不斷地處於咬鋼、軋鋼、抛鋼、空轉等狀态。爲瞭(le)保證硬件系統能長期可靠地在工廠工作，傳感器、信号處理儀 、數據採集卡、計算機等重要關鍵硬件産品應盡量選購國際上一流水平産品或國内廠家生産經受使用考驗的性能優良的産品，參考國内外在線監測和故障診斷系統的硬件配置，並(bìng)自行設計配制相應附件，實施各項功能 ，並(bìng)達到各項技術指标。根據現場調查和專家論證，齒輪減速機的監測和故障診斷爲某整個區域的核心和重點 。圖5-1是硬件系統構成原理圖。
5.3.1傳(chuán)感器配置的設計(jì)說明
傳感器的配置應重點放在齒輪減速機上。由於(yú)齒輪箱的故障振動頻率範圍較寬，且風機的故障振動頻率也要超過1kHz，故選用加速度計測量設備(bèi)振動量。加速度計有電荷式和ICP式兩種。如要節省成本可選用後者 。在既要節省成本又要保證監測和診斷出齒輪減速機的故障，每台減速機布置三個振動加速度計及一個渦流位移測速計。電機和風機的轉速可用渦流位移傳感器測量。
5.3.2數據採(cǎi)集卡配置的設計(jì)說明
由於(yú)本硬件系統監測的振動、電流（屬於(yú)快變信号）和溫度（屬於(yú)慢變信号）是兩類不同性質的信号 ，故數據採(cǎi)集卡區别採(cǎi)用三種類型的A/D卡，這樣既可以是高工作效率，且更爲經濟合理。PCI總線採(cǎi)集卡，總的採(cǎi)樣頻率爲1.25MHz/s，這種採(cǎi)集卡在本硬件系統中主要用來採(cǎi)集數台齒輪箱上的振動加速度和轉速信号；ISA總線採(cǎi)集卡 ，總的採(cǎi)樣頻率爲5OOkHzs，這種採(cǎi)集卡在本硬件系統中主要用於(yú)採(cǎi)集齒輪箱的配套設備的振動加速度、電流和轉速信号：XT總線採(cǎi)集卡，總的採(cǎi)樣頻率爲100kHz/s，這種採(cǎi)集卡在本硬件系統主要用於(yú)採(cǎi)集齒輪箱的配套設備的溫度慢變信号。
5.4監測(cè) 、診斷(duàn)系統軟件設計
軟件系統主要完成關鍵設備振動 、位移、轉速、溫度、電流信号的數據採(cǎi)集、數據預處理、異常狀态報(bào)警及信号分析和故障診斷等工作。
5.4.1軟件系統功能模塊(kuài)構(gòu)成
軟件系統功能模塊構成如下：參數設置 、採(cǎi)樣、監測、查詢、信号分析、故障趨勢分析、故障診斷、打印和在線幫(bāng)助 。
5.4.2該(gāi)軟件包具有的特點(diǎn)
1.全面的功能要求
參數設置用來設置採樣數據存放路徑、分析結果存放路徑、採樣頻率、採樣類型和各個採樣通道的傳感器的類型、靈敏度、标定值及單位等。濾波功能可對記錄數據進行低通、高通、帶通濾波，相當於(yú)濾波器。監測功能可實現對機組的實時監測、報警，並(bìng)給出各種統計分析數據。分析功能相當於(yú)信号分析儀 ，可進行報表、時域波形、概率密度、幅值譜、相位譜、功率譜、倒譜、包絡等快速分析。診斷功能採用先進的故障診斷技術，可對機組在複雜工況下出現的各種故障給出及時、準確的判斷，並(bìng)對故障給出詳細的解釋 ，可靠性高。
2.簡便的操作程序
軟件在WINDOWS操作系統下運行 ，界面友好。所有操作及提示全部漢字化，操作簡單明瞭(le)。軟件一經啓動後，要想實現某一功能，隻要通過賞心悅目的菜單用鼠标單擊即可實現 ，圖形窗口可随意切換。這樣，軟件既适合於(yú)熟練者的快速操作 ，也适合於(yú)初學者的分步查詢操作和學習 。
3.快速的採樣分析技術
採(cǎi)樣過程可随時停止，可連續大容量數據採(cǎi)集，然後轉存入硬盤永久保存。直接存入硬盤時，採(cǎi)樣容量隻受硬盤容量大小的限制。採(cǎi)樣通道可任意設置。實現瞭(le)快速的時、頻域信号處理 ，分析功能完備，完全能滿足大型軋鋼機組的在線監測與故障診斷的要求。
4.高度的自動化監測
THMDS-SP軟件包與相應的硬件系統結合，可對機組進行多通道實時監測，可一次快速計算出多通道時域波形的最大值、平均值、有效值及其他各種指标。當監測參數超過警戒線時，可自動報警、自動分析並(bìng)準確(què)診斷出機組可能出現的故障。
5.智能化故障診斷技術
系統對實時採(cǎi)集的數據流進行分析，在正常工作情況下，以綠色顯示安全運行。當某一通道超過門檻值時 ，給出黃色警告直至紅色報警的訊号，顯示故障的部位、類型等，並(bìng)對故障給出詳細的解釋，可靠性高。
6.科學的文件管理
THMDS-SP軟件包設計瞭(le)一套比較完善和科學的文件管理系統。系統一經運行，即可自動進行文件管理，無需人爲幹預。軟件對所有的文件誤操作進行保護處(chù)理，在找不到所需文件時，程序會自動啓動錯誤處(chù)理功能，而不會中斷系統。
5.4.3軟件的工作流程
爲瞭(le)适應日益更新的生産實際多種類型參數監測和故障診斷的要求，建立由多台微機並(bìng)行運行構成的在線連續實時監測與快速診斷系統。圖5-2爲多微機在線監測與診斷系統結構示意圖。這樣做的優點是 ：
1.信息採集全息化。爲全面準確(què)地瞭(le)解機組運行狀态提供瞭(le)條件，所採集信息的種類比較全面。根據信号變化的特點，採用不同的採樣頻率，對振動量等快變信号和溫度等慢變信号分别採集，提高瞭(le)效率。同時對任一參量的信息都採集足夠的通道數，保證瞭(le)全面瞭(le)解該參量所反映的機組運行狀态。
2.伏态監測連續化。多微機在線監測與診斷系統不間斷地對每一信息通道進行監則，改變瞭(le)傳統以機組爲單位進行循環監測的工作方式，這對於準確預報機組突發事故有著(zhe)重要的意義。
3.數據處理實時化。採(cǎi)用這種新的數據處理技術，一大大加快瞭(le)數據處理的速度，提高瞭(le)狀态監測與診斷的實時性水平。
4.故障診斷專門化。上位機用於(yú)完成系統管理、故障詳細分析、操作信息輸入及監測與診斷結果輸出等工作。進行機組故障的診斷，大多需要占用計算機較長的時間。在傳統系統中，計算機既要進行狀态監測，又要進行故障分析，往往效率不高。採(cǎi)用本系統，上位機可以集中主要“精力”專門進行故障診斷方面的工作，這樣才能達到較高的診斷水平。 |
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