设备状态监测与故障诊断系统在球磨机群上的应用
中国铝业河南分公司热力厂（450041）
丁明华
[摘要]：本文从我厂球磨机群传统诊断状态分析起，阐述了在线状态检测和鼓掌诊断系统的组成、原理、功能，阐述了系统实施后的效果、意义等。 [关键词]：球磨机 状态监测 故障诊断 定期维修 预知维修
中国铝业河南分公司热力厂是一个以生产蒸汽为主、发电为辅，直接为氧化铝生产服务的主干能源企业。作为该厂蒸汽锅炉的主要辅机群——十三套球磨机组，直接为锅炉的生产运转提供燃料，它们的安全、稳定、长周期、满负荷、高效优质运行，对锅炉的正常运行、乃至河南分公司的生产都有着极其重要的意义。
十三套球磨机群分布范围广，工作环境恶劣，安全状态较差。设备的管理主要靠传统的人工“手摸、耳听”的方法判断机组运行状态，给设备的安全运行和管理带来许多困难，也给河南分公司氧化铝的安全、稳定生产带来较多的不稳定因素。
本系统是针对这些球磨机组建立一套完整的在线状态监测与故障诊断系统。目的在于运用现代信号传感技术和多源信息融合技术，采集能全面反映机组运行状态的各种动态信号。综合运用现代信号处理技术和各种分析手段，对球磨机组进行全方位状态监测与故障诊断，并根据运行状态设立多级声、光报警提示，给定长期安全运行趋势；避免机组重大事故的发生；同时对球磨机群发生故障的可能性以及发展趋势、发展速度做出预测估计；以确定机组运行所处的安全级别，为生产的合理决策提供科学依据。
该系统已于2004年11月份在中国河南分公司热力厂安装测试完毕，并投入运行，取得了良好效果。
一、系统组成
系统主要由传感器、采集器、网络服务器以及浏览器（检测分析诊断站）四大部分组成（如图1）。
检测分析网络服数据采 球磨机 传感器 诊断站 务器 集器
1、传感器部分：
球磨机组由电机、减速箱、齿轮、磨机等四部分组成。各部分运转和工况差别很大，因此采用了不同类型的传感器，如压电式速度、加速度传感器、电涡流传感器等，以便更全面准确地测量各部分的运行状态。
2、数据采集站：
数据采集站是整个网络中最前端的工作站，其主要目的是将各种被检测物理采集，并将数据传送给服务器。为了提高数据采集站的可靠性和稳定性，采用工业控制计算机主机板、
图1 系统组成图 机箱、电源，配合特殊设计的各种调理板，以满足现场苛刻的环境条件。
3、网络服务站：
网络服务站是整套监测系统的支撑部分，网络服务器是整套系统的中心数据库。网络系统为Windows NT或Windows 2000 Server.。
4、监测分析诊断站通过监测局域网将每台数据采集器的数据文件进行实时处理，连续不断地对所有测点的振动、温度等数据进行在线监测，并将机组各部分的工作状态、机组各通道的通频振幅、时域波形和运行趋势等相关数据进行存储和分类分级管理。当机组运行出现异常时，具有声、光超限报警和梯度报警功能，监测结果可随时打印输出。
二、工作原理
本系统是基于远程网络的在线监测与故障诊断系统，是以先进的计算机网络技术为基础，其工作原理涉及到计算机及通讯技术、机械设计与制造、机械振动、转子动力学、当代信号分析与数据处理、现代测试与控制技术以及故障诊断学领域等多种学科知识。
系统由采集器通过安装在机组上传感器检测机组的震动、温度等信号，并对测得的信号进行进一步处理和变换，再将处理好的信号送入服务器，由服务器对信号进行分析，将分析结果与数据库中数据进行比较，从而得出诊断结果，系统根据诊断结果进行下一步处理措施。如有异常，系统将根据其严重程度进行状态报警，从而保障球磨机组安全、稳定正常运行，避免大的故障事故发生（其原理框如下图）。
信号采集、预处理 传感器检测信号 数据库服务其 信号分析 在线浏览、打印 智能诊断系统 专家知识库 状态预告、报警 三、系统功能
设备状态监测与故障诊断系统主要功能是实现机组运行状态在线实时监测和分析诊断，并实时给出机组运行故障报警等。
1、在线诊断功能：
在线监测预报系统24小时连续不断对局域网内机组进行监测，主要监测参数包括振动、温度、转速等，根据机组所出现的不同状态，进行有声、光、报警，冻结数据，实时预报机组在未来时刻所处的状态，为企业设备管理、维护提供理论依据。
2、信号分析功能：
球磨机设备状态监测与故障诊断系统可实现对信号在时域、频域进行稳态和瞬态各种分析功能。
实现稳态分析功能采用的稳态分析方法有：时基图分析、统计特性分析，幅值谱分析、相位谱分析、功率谱分析、二维全息谱、细化谱分析、互相关分析、倒频谱分析、相干分析、矢域图分析、矢量谱分析、矢功率谱分析、进动谱分析特征谱分析等分析方法。
实现瞬态分析功能采用的瞬态分析方法有：波特图分析、极坐标图分析、坎贝尔图分析、三维频谱图等分析方法。
另外，还提供时下流行的短时Fourier分析、小波分析、Wigner分布等时频分析方法。 “球磨机群设备状态监测与故障诊断系统”除提供常规的信号分析功能外，还将目前独有的双通道数据融合技术应用到工程实际中，其中包括矢量谱分析、矢功率谱分析、进动谱分析等。特别是以矢谱分析技术为核心的数据融合分析方法，对准确识别故障提供了功能强大的工具和手段。数据融合分析方法是一种全新的分析技术，与传统的单通道分析相比，能最大限度地提供振动征兆，避免了因垂直方向和水平方向的刚度不同而导致的测量结果差异。
3、在线自动诊断功能
球磨机设备状态监测与故障诊断系统可以实现常规故障诊断、智能诊断以及远程诊断等功能。
常规故障诊断通过对讲机器状态特征参数变化的识别，分析机器发生振动和机械损失的原因、判断振源，并提出处理及防治措施。
智能诊断功能由智能故障诊断专家系统实现。智能故障诊断专家系统整合了丰富的故障诊断知识，包括二十余年来科研人员研究故障机理的成果、科研人员现场机组诊断经验、安装在现场的若干套系统捕捉到的故障实例等。故障诊断专家系统应用人工智能技术，以人工神经网络、模糊和规则推理，得出机组的故障原因，并在运行过程中应用知识工程不断积累故障经验、丰富知识库，提供故障发生原因及治理措施，实现操作开环控制。
远程诊断功能由远程诊断中心实现。以计算机网络与现代通讯技术为基础，建立远程诊断中心。将工业现场分布式监测诊断系统通过Internet与远距离的诊断中心进行通讯，获得现场设备状态参数信息，由中心信号分析工具和故障诊断专家系统进行状态监测和故障诊断，也可由专家会诊，提出解决问题的方案，并把诊断结果及治理措施送回现场，供现场运行和维护人员参考。
四、运行效果
经过近一年时间的运行，该系统运行稳定可靠，系统新增的一二仪表检测灵敏准确；系统的采集系统工作稳定，数据的采集、传输、存储准确可靠；网络系统工作稳定；系统的监测功能方便直观，分析诊断功能完善准确，达到预期设计要求。
1、保证设备安全、稳定、长周期、优质运行： 由于本系统对机组运行进行在线实时监控，及时提供机组运行情况，充分发挥设备潜力，避免了设备重大事故的发生，从而保障球磨机组安、稳、长、优运行。
2、节约费用
对机组运行状况进行实时监控，避免设备重大事故发生，从现行的定期维修方式转向更科学合理的预知维修方式，从而将故障诊断技术融入企业的生产和设备管理中，从根本上解决设备定期维修中的维修不足和维修过剩问题。有利于提高设备的利用率，减少停机次数，缩短停机时间，延长机组运行周期，节约维修费用，减少备品备件，提高经济效益。
五、结束语
该系统成功运行，为设备故障诊断技术的实际应用开辟了道路，实现了从现行的定期维修方式向更科学合理的预知维修方式转变。通过连续实时在线监测，保障了球磨机组的安全、稳定、长周期、满负荷运行，使企业获得了很好的经济效益和社会效益。本系统利用现代的信息传输载体——计算机网络，可以真正实现“移动的是数据而不是人”，从而改变一旦设
设备状态监测与故障诊断系统在球磨机群上的应用
