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)備管理對提高故障診斷水平、促進維修制度改革具有一定的現(xiàn)實意義。
       關(guān)鍵詞：設(shè)備管理 在線監(jiān)測 旋轉(zhuǎn)機械

       一、前言
       旋轉(zhuǎn)機械是在工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的機械，也是電廠設(shè)備的重要組成部分，一旦故障停機，不但影響電廠的安全生產(chǎn)，而且會造成巨大的經(jīng)濟損失和社會影響。旋轉(zhuǎn)機械在運行中與其狀態(tài)有關(guān)的特征有振動、溫度、噪聲、潤滑油中的磨粒和形態(tài)、轉(zhuǎn)矩等，每個量都從不同的角度反映運行的狀態(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現(xiàn)，有些特征反映的情況不敏感。而旋轉(zhuǎn)機械的振動信號中含有設(shè)備運行工況的豐富信息，這些信息在振動的相位和譜圖中有所體現(xiàn)，從而可以推斷出振動的原因和故障類型。 
       對旋轉(zhuǎn)機械進行在線監(jiān)測，及時取得振動信息進行處理和綜合分析，根據(jù)其數(shù)值及變化趨勢，可對設(shè)備可靠性隨時作出判斷，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)測診斷的特點是可以對運行中的設(shè)備進行連續(xù)或隨時的判斷，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、自動在線監(jiān)測方式。
國內(nèi)的振動狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要有：哈爾濱工業(yè)大學等單位聯(lián)合研制的3MD-I、3MD-II、3MD-Ⅲ系統(tǒng)；西安交通大學機械監(jiān)測與診斷研究室的RMMDS系統(tǒng)；西安交通大學潤滑理論及軸承研究室的RB20-1系統(tǒng)；鄭州工學院的RMMDS系統(tǒng)；重慶太笛公司的CDMS系統(tǒng)；浙江大學的CMD-Ⅰ型及Ⅱ型系統(tǒng)；西北工業(yè)大學的MD3905系統(tǒng)；北京機械工業(yè)學院的BJD-ZⅠ、BJ D-ZⅡ , BJD-ZⅢ系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的主要功能有軸振動監(jiān)測，包括軸心軌跡分析、軸向串動、軸振動位移峰一峰值計算；殼體振動監(jiān)測；頻譜分析，包括頻率細化、階比潛分析、階跟蹤譜、三維功率譜分析；自動預(yù)、報警；故障特征提取及診斷。 
       國外的振動狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要有丹麥B&K公司的2520型振動監(jiān)測系統(tǒng)、美國BENTLY公司的3300系列振動監(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)機械故障診斷專家系統(tǒng)進行離線故障診斷；支持鐵譜分析；支持局域網(wǎng)。該預(yù)測系統(tǒng)能對頻譜進行自動比較，能識別由于旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)速變化所引起的頻率漂移，并提供報警信號。
勝利石油管理局勝利發(fā)電廠綜合考慮供貨渠道、價格、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)其中振動傳感器為9200型加速度計，共購置40只，分別安裝在2＃機組的2臺送風機、2臺吸風機、2臺排粉機、2臺給水泵、2臺凝結(jié)水泵的主要支承軸承處，共計40個測點。 
       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)備的機械振動量（加速度）準確無誤地接受下來，并將此機械量轉(zhuǎn)換成電信號（電壓）輸出，實現(xiàn)機械能到電能的轉(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，每個采集模塊均配有標準的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)信號線 
       ①傳感器到端子排的信號線：9200傳感器輸出端接有附帶的4m長傳感器電纜，各個傳感器電纜聯(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，為了防信號衰減，該段電纜長度不足300m，電纜走線時，盡量避免與強電電路平行，否則需距其1m以上或另加金屬套管加強屏蔽。 
       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。隨著時間的推移，數(shù)據(jù)庫存儲的設(shè)備信息會越來越龐大，這不僅影響軟件運行的速度，而且在計算機出現(xiàn)故障時會丟失信息，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計算機或移動硬盤上，這正是Odyssey軟件文件管理職責所在。除計算機出現(xiàn)故障而丟失信息外，操作人員在使用過程中的不當操作、非操作人員的非法操作也會造成數(shù)據(jù)丟失，Odyssey軟件的用戶管理職能解決了這個問題，Odyssey軟件可以設(shè)定安全等級，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、打印報表和顯示檢測數(shù)據(jù)的圖形；高級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、修改存儲和刪除視圖、刪除序列、建立和刪除報表描述、生成報警統(tǒng)計；管理員除了具有高級操作人員的權(quán)限外還可以增加刪除和修改用戶名和口令、設(shè)定進入軟件必須登陸、設(shè)定不須登錄用戶的默認權(quán)限。 
       (2)數(shù)據(jù)的圖形分析 
       在線監(jiān)測系統(tǒng)除了對設(shè)備的檢測（報警）之外，再就是分析診斷以確定故障的原因所在。借助于圖形進行分析是一個主要方面。Odyssey軟件提供的圖形有： 
       ①幅值趨勢圖(Trend)，觀測設(shè)備振動的歷史變化趨勢。 
       ②頻譜圖（Spectrum)，觀測設(shè)備某測點振動的頻率成分。 
       ③時域波形（Time waveform)，觀測設(shè)備某測點振動的時域波形。 
       ④譜陣圖（Waterfall)，觀測設(shè)備某測點振動頻譜的變化趨勢。 
       ⑤頻段趨勢圖（Frequency Band)，觀測設(shè)備某測點振動各頻段成分的變化趨勢。 
       ⑥自動顯示圖（Auto View)，觀測設(shè)備某測點所有測量定義的相關(guān)圖形，了解該測點的全面信息。 
       ⑦振動分析圖（Vib Analysis)，綜合觀測設(shè)備某測點的幅值趨勢、相關(guān)頻譜、譜陣圖。 
       ⑧HVA圖，同時顯示設(shè)備某測點水平（H)、垂直（V)、軸向(A)三個方向的頻譜圖。 
       ⑨頻譜差值圖（Baseline diffe)，顯示當前時間頻譜和Baseline頻譜相間的結(jié)果。 
       為了方便分析診斷，這些圖形可以單獨顯示，也可以根據(jù)需要進行組合，顯示在同一個窗口。
圖形操作具有改變圖形坐標軸、顏色、光標形式及顯示、字形、圖中的數(shù)字格式、圖形點和線的類型，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)報表操作 
       報告報表是狀態(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種標準報表格式，這些報表均可以打印、顯示和拷貝，可以作為文件進行傳送，報表中可以包含數(shù)據(jù)表、圖形，或兩者的組合，任何一個報表都可以制成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)境下建立自定義報表，而且可以作為標準的報告格式存儲起來，以備調(diào)用。 
       (4)報警設(shè)置 
       報警方式和報警值的設(shè)定在預(yù)測維修工作中是非常重要的，一個有效的預(yù)測維修系統(tǒng)要處理成百上千個測點的測試數(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)備還可以堅持運行，什么樣的設(shè)備必須停機，這都依賴于軟件的報警功能。Odyssey軟件不但可以設(shè)置幅值、頻譜、頻段和時域波形報警，而且可以建立統(tǒng)計報警，統(tǒng)計值包括當前序列中所有測量定義及設(shè)備分類中的最小值、最大值、平均值和標準方差，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)標準，在安全運行的條件下，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，即在頻譜圖中或報告中自動識別特定故障類型產(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頻譜中標注故障特征頻率，迅速簡便地識別故障類型。例如滾動軸承、電機等的故障。 
       四、系統(tǒng)使用效果 
       1．準確判斷設(shè)備故障 
       在沒有安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)時，從頻譜上一旦發(fā)現(xiàn)軸承的故障頻率，就對其進行跟蹤監(jiān)測，如果故障頻率的幅值增大，就認為軸承故障在惡化。安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)后，由于振動信號的連續(xù)性，認識到過去的這一觀點是錯誤的，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，隨著時間的推移，軸承故障頻率的幅值有時增大、有時減小，經(jīng)過一段時間的運行，軸承故障頻率甚至在頻譜圖中消失。
振動的測試參數(shù)有位移、速度、加速度，因此判斷振動故障的標準有三個，即振動位移標準、振動速度標準和振動加速度標準，人們一般習慣使用位移標準。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準更好一些。位移標準一般用于判定軸系問題，比如不平衡、不對中等故障；速度標準用于判定機器的整體狀態(tài)；加速度標準用于判定軸承、齒輪的故障。 
       2004年1月9日，2＃機組乙送風機電機驅(qū)動端軸承位移、速度的振動趨勢平穩(wěn)，但振動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，振動尖峰能量值下降，趨勢平緩。如果此時僅以振動位移或速度為依據(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^＃機組2A送風機驅(qū)動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)，由于振動監(jiān)測的連續(xù)性（1小時測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)備按計劃進行修理，保證生產(chǎn)有序進行。 
       3．及時發(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)計共發(fā)現(xiàn)常見故障13次。其中風機葉輪由于質(zhì)量分布不均造成的不平衡振動8次，均在設(shè)備備用和計劃停機期間實施了現(xiàn)場動平衡，將振動控制在標準范圍內(nèi)；基礎(chǔ)或地腳螺栓松動故障3次，聯(lián)軸器不對中故障2次，均在適當?shù)臅r機進行了處理。 
       4．延長軸承的使用壽命 
       滾動軸承是旋轉(zhuǎn)機械的重要支承部件，且價格昂貴，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行至其極限，發(fā)揮滾動軸承的最大效能，對降低維修費用、節(jié)約成本具有重要的現(xiàn)實意義。 
       2004年2月初發(fā)現(xiàn)了軸承的異常頻率，頻率的幅值時大時小，進入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)的特點和優(yōu)勢，跟蹤軸承故障的發(fā)展變化，認為可以堅持運行，直至11月23日診斷人員才下達設(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、多個滾子有麻點、軸承游隙嚴重超標，與故障診斷完全吻合。自發(fā)現(xiàn)軸承故障至停機檢修，軸承的使用壽命延長了7032h，避免了直接經(jīng)濟損失2.3萬元。

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