纸机滚动轴承状态在线监测诊断系统技术方案

纸机滚动轴承状态在线监测诊断系统

技术方案

1、项目总体目标

为纸机生产线（供应商：ANDRITZ公司）提供一套纸机生产线设备状态监测与故障诊断的整体解决方案。该系统通过对设备部件(包括数百个滚动轴承轴承、轴、马达和传动链上的其它部件)状态的实时监测，并且通过使用先进的精密分析诊断工具，从而准确掌握纸机运行状态，以避免计划外停机。

2、系统需求

1．实现多通道滚动轴承的在线监测；

2．能够保留滚动轴承振动历史数据；

3．能够提供测点振动趋势图；

4．能够提供生产线各单元测点分布；

5．能够提供各振动测点振动值及报警状态；

6．能够提供测点振动的精密诊断方法。

3、纸机生产线特点

纸机生产线具有典型流程生产特性，其生产线长（200米左右），并且需要监测的振动测点多（上百个），同时具有测量信号类型单一的特点（均为ICP加速度信号），其示意图如图所示。

图1 纸机生产线示意图

4、振动传感器类型及分布

滚动轴承振动传感器选择为PCB公司的Sensor: M603C61，由ANDRITZ公司负责提供；

传感器个数：206个，其中分布为Winder: 4sets, Reel:10 sets, Calander: 10 sets, Dry: 160 sets, Press: 14 sets, Wire: 8 sets。每个ICP 传感器均带有15米电缆（特殊部位采用凯装方式）；

传感器的安装要求：每个轴承座上至少安装1个，具体安装方向由ANDRITZ公司负责实施。

5、状态在线监测诊断系统设计

以企业设备数据库为核心，采用事件触发方式，在定时存储的基础上，通过ICP加速度信号的实时监测，对异常事件（报警数据）进行有效保存，通过提供的轴承在线监测/诊断模块进行振动数据的分析、处理以及报表等工作。拟采用如下的设计原则：

♦由于纸机生产线较长，考虑到ICP传感器的恒流源供电能力因素，采用分布式数据采集方式，即在整个生产线上建立两个数据采集单元，其中一个数据采集单元监测96路的振动信号，另外一个设计采集单元监测110路振动信号；

♦考虑到ICP传感器的恒流源供电能力，ICP传感器的信号专用电缆最大不超过85米，及从传感器端到机柜入口，信号传输的距离不大于100米。在此原则下，由ANDRITZ公司负责设计及实施；

♦采集的振动信号数据按事件触发方式自动存入设备信息数据库，

同时在局域网中进行广播；

♦用户终端可以通过在线监测以及远程诊断系统进行轴承状态监测与故障诊断；

♦采用英文windows XP操作系统。

6、实时监测诊断系统结构图

Fig. 2 System Structure

6.1网络结构

工业级标准TCP/IP网络，网络的布置由ANDRITZ公司负责设计及实施。

6.2 监测诊断系统功能层次

整个系统可以划分为4个功能层次：

a、信息传感层（M603C61）

通过PCB公司的ICP振动传感器（4~20mA恒流激励）可靠地

进行设备轴承运行状态的信息实时采集，提供给分布式数据采集单元DAQ Unit 1 and DAQ Unit 2。

b、数据采集层（DAQ Unit）

在线数据采集单元DAQ Unit将传感器层的振动信息进行隔离、放大、滤波、驱动等信号调理操作，根据系统设置进行采集、处理，并以数据包的形式在网上进行实时自动发布和上传存库Database Server。

c、监测诊断层

提供的在线监测系统软件可接收各个数据采集器发布的实时数据包进行常规监测分析，以直观了解设备轴承的运行状态。同时还可以系统数据库为中心进行诊断分析，以指导设备的适时维护，保证整个生产线的正常运转。

d、数据管理层

中心数据库管理和维护，具体包括整个系统的控制信息、设备信息、运行信息、维修信息、故障信息、网络配置等。

7、系统功能模块

7.1数据采集单元

数据采集前端的总体组成如图所示，数据采集单元以PXI总线为测控平台，由ICP信号恒流激励及程控滤波放大信号调理箱、PXI 机箱、PXI零槽控制器、PXI多通道数据采集卡、数据处理软件等组成，能长期稳定工作并实时可靠地采集和监测振动信号。

图3 数据采集单元示意图

具体硬件模块如下：

1）PXI数据采集单元（美国国家仪器有限公司）

PXI机箱：NI PXI-1031 带通用AC的4槽3U PXI机箱

PXI机箱：NI PXI-1042 带通用AC的8槽3U PXI机箱

PXI控制器：PXI-8106 2.16 GHz双核PXI嵌入式控制器

PXI数据采集卡：PXI-6254 16位, 1 MS/s (多通道), 1.25 MS/s (单通道), 32路模拟输入

PXI系统外部供电方式：AC220V

2）信号调理单元CM4016/L（美国QUATECH公司）信号输入：16路BNC输入

信号输出：37针连接器输出

具有的功能：16通道程控滤波调理器、8阶可编程抗混淆滤波、带传感器激励恒流源（ICP加速度4mA恒流激励）、低增益1、2、4、

8倍；

7.1.1 硬件设备的连接

由于采用2个数据采集单元方式，而每个数据采集单元的连接万全相同。下面以其中一个数据采集单元（96通道）的硬件连接做说明：

UUT→sensor→100m cable→CM4016/L→37pin to 68pin cable →PXI-6254→ethernet→database server computer其中，加速度传感器自带15米电缆：

将多路传感器的输出BNC接头连接到一个接线盒中。用100米的双芯屏蔽线从接线盒中引起信号进入到PXI数据采集单元机柜中的一个接线端子上（该端子为16组螺丝端子输入接口和16组的螺丝端子输出接口）；注：以上硬件供货及现场安装由ADRITZ公司负责；

在机柜中，用96根1米的单头BNC线缆共96米，一端连接到螺丝端子的输出上，另外一端BNC接头连接到CM4016/L信号调理单元的96路BNC输入上；用一根定制的37针到PXI-6254 的68针电缆将CM4016/L和PXI-6254的输入进行连接。