作者：董本剛 羅克韋爾自動(dòng)化（中國(guó)）有限公司
一、 概述
隨著現(xiàn)代化企業(yè)更加重視智能安全可持續(xù)生產(chǎn)，對(duì)機(jī)械設(shè)備實(shí)施預(yù)測(cè)維修工作的要求就越來(lái)越高了?；跔顟B(tài)監(jiān)測(cè)的預(yù)測(cè)維修可以幫助企業(yè)最大程度地減少非計(jì)劃停機(jī)，努力保障設(shè)備安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期滿負(fù)荷優(yōu)質(zhì)地運(yùn)行。還可以幫助企業(yè)主觀地安排維修計(jì)劃和做好維修前的準(zhǔn)備，從而縮短維修周期，提高維修效果。狀態(tài)監(jiān)測(cè)也由以往的機(jī)組保護(hù)和預(yù)測(cè)維修延伸到生產(chǎn)保障和質(zhì)量檢驗(yàn)。
狀態(tài)監(jiān)測(cè)能幫助企業(yè)解決的問(wèn)題是：了解關(guān)鍵設(shè)備和重點(diǎn)設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀況、判斷被監(jiān)測(cè)機(jī)器的狀態(tài)變化趨勢(shì)、診斷被監(jiān)測(cè)機(jī)器故障的發(fā)生部位和故障的嚴(yán)重程度，以及檢查和驗(yàn)收大修或臨時(shí)維修的效果。實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的早知道、早預(yù)報(bào)、早診斷，把故障消滅在萌芽之中。狀態(tài)監(jiān)測(cè)是提高設(shè)備運(yùn)行完好率、減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間及降低維修成本。
狀態(tài)監(jiān)測(cè)廣泛應(yīng)用在諸如電力、石油化工、冶金、水/污水、交通運(yùn)輸（地鐵、船舶及港口）、礦山等，對(duì)關(guān)鍵或重要的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，如電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵、齒輪箱等進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析和診斷。
羅克韋爾自動(dòng)化自2000年并購(gòu)了恩泰克公司后，一直致力于使?fàn)顟B(tài)監(jiān)測(cè)能夠更多更快地融入工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。完善了集成狀態(tài)監(jiān)測(cè)的解決方案，以滿足各個(gè)行業(yè)的不同應(yīng)用需求。羅克韋爾自動(dòng)化狀態(tài)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)是：
集成了振動(dòng)、溫度、油液、過(guò)程量等多種監(jiān)測(cè)參數(shù)；可提供滿足API670標(biāo)準(zhǔn)的完整的TSI監(jiān)測(cè)方案；
集成了離線監(jiān)測(cè)、在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和在線自動(dòng)巡檢三種監(jiān)測(cè)方式，系統(tǒng)共享軟件平臺(tái)，可覆蓋所有重要的設(shè)備的監(jiān)測(cè)需求；
集成了DeviceNet/ControlNet/EtherNet網(wǎng)絡(luò)，與Logix和FactoryTalk無(wú)縫連接，使運(yùn)行人員可以和維修人員同步獲取機(jī)器信息，參與機(jī)組保護(hù)、生產(chǎn)保障、預(yù)測(cè)維修和質(zhì)量檢驗(yàn)工作；
在羅克韋爾自動(dòng)化的過(guò)程自動(dòng)化控制PlantPAx, 智能馬達(dá)控制MCC, 中壓MV產(chǎn)品應(yīng)用中都能無(wú)縫集成狀態(tài)監(jiān)測(cè)，共享系統(tǒng)的控制和顯示平臺(tái)，降低系統(tǒng)的總體配置成本，方便系統(tǒng)維護(hù)和使用。
二、 離線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成
離線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)采集器、傳感器、分析診斷軟件組成?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和對(duì)數(shù)據(jù)分析診斷要由技術(shù)人員來(lái)完成。
Dynamix 2500數(shù)據(jù)采集器是羅克韋爾自動(dòng)化最新推出的實(shí)時(shí)的多通道的頻譜分析儀及數(shù)據(jù)采集器（簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)采集器），用于電機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)、齒輪箱等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的預(yù)測(cè)維修和振動(dòng)診斷。具備測(cè)量、處理、顯示和存儲(chǔ)等強(qiáng)大的分析功能。既可以獨(dú)立做分析儀器，又可以EMONITOR軟件聯(lián)用組成離線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
Dynamix 2500數(shù)據(jù)采集器主要性能指標(biāo)如下：
通道：4 （標(biāo)準(zhǔn)配置2通道，可升級(jí)到4通道）
傳感器：加速度傳感器、速度傳感器、電渦流傳感器等
轉(zhuǎn)速輸入：內(nèi)置有激光相位傳感器，可通用的轉(zhuǎn)速信號(hào)或傳感器
分辨率：100,200,400,800,1600,3200,6400,12800,25600譜線
預(yù)置處理：gSE峰值能量和ESP包絡(luò)的四段頻率功能，用于滾動(dòng)軸承故障的早期診斷。
頻率范圍：0.16Hz至80KHz
內(nèi)存：SD卡（上至16GB）
選項(xiàng)：四通道模塊、記錄儀模塊、頻率響應(yīng)分析模塊、開(kāi)/停車模塊、雙平面動(dòng)平衡分析、沖擊試驗(yàn)?zāi)K
EMONITOR軟件作為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和分析診斷的核心，它集成了最廣泛應(yīng)用的預(yù)測(cè)維修技術(shù)，集離線監(jiān)測(cè)和在線監(jiān)測(cè)于一身，它可完成建立機(jī)器測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)、安排巡檢路徑及裝入到數(shù)據(jù)采集器中、現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)并回放到客戶機(jī)中、分析及診斷設(shè)備狀態(tài)和故障等工作。它既可提供設(shè)備監(jiān)測(cè)診斷全面的方法和手段，又可為管理和決策人員提供全廠設(shè)備狀態(tài)的信息。在EMONITOR軟件中有多種報(bào)警設(shè)置功能，可根據(jù)設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行幅值和頻段報(bào)警設(shè)置，從而及時(shí)提示設(shè)備運(yùn)行中的各種故障。
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三、 離線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作流程
離線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作流程可參見(jiàn)下圖所示。概括起來(lái)分為兩個(gè)階段，即為準(zhǔn)備工作階段（選擇設(shè)備、收集信息和建立數(shù)據(jù)庫(kù)）和日常采集及分析工作階段。
以下做簡(jiǎn)要說(shuō)明各個(gè)部分的內(nèi)容：
1、 選擇被監(jiān)測(cè)的設(shè)備，重要關(guān)鍵的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，如電動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、齒輪箱等。
2、 收集設(shè)備的機(jī)器信息，包括機(jī)組結(jié)構(gòu)、安裝方式、主要參數(shù)等，還包括以往的維修記錄。
3、 在EMONITOR分析診斷軟件中，建立被監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)庫(kù)，包括機(jī)器信息、報(bào)警方式及數(shù)值、軸承數(shù)據(jù)庫(kù)、診斷參數(shù)組等。
4、 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，將要采集機(jī)器的測(cè)點(diǎn)編成序列傳輸給Dynamix2500數(shù)據(jù)采集器，然后，到機(jī)器現(xiàn)場(chǎng)逐點(diǎn)采集振動(dòng)數(shù)據(jù)，也可在現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)追加采集機(jī)器信息，或采集不在序列中的機(jī)器信息。此外，如果選擇了擴(kuò)展功能，還可以進(jìn)行諸如四通道模塊（用于三軸向同步采集或四通道分析）、記錄儀模塊（四通道）、頻率響應(yīng)分析模塊（單通道）、開(kāi)/停車模塊（單通道）、雙平面動(dòng)平衡分析、沖擊試驗(yàn)?zāi)K。以幫助更好地分析診斷機(jī)器故障。
5、 對(duì)所有采集到的機(jī)器信息做數(shù)據(jù)分析，報(bào)警方式和報(bào)警值的設(shè)定在預(yù)測(cè)維修工作中是非常重要的，EMONITOR軟件可以自動(dòng)將超過(guò)報(bào)警限的測(cè)點(diǎn)做報(bào)警報(bào)告，它能快速準(zhǔn)確地在上百臺(tái)以至更多數(shù)量設(shè)備中提取出設(shè)備異常或故障信息，區(qū)分出機(jī)器有無(wú)問(wèn)題。
6、 對(duì)超過(guò)報(bào)警限的機(jī)器及測(cè)點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步地分析，頻率項(xiàng)識(shí)別是故障診斷的重要內(nèi)容。預(yù)先將機(jī)器的結(jié)構(gòu)特征輸入EMONITOR軟件，系統(tǒng)自動(dòng)完成故障特征頻率計(jì)算。根據(jù)振動(dòng)頻譜特征可得出機(jī)器故障的診斷結(jié)論，如不平衡、不對(duì)中、松動(dòng)、共振、軸承故障等。
7、 根據(jù)故障診斷結(jié)果提出維修建議，通過(guò)郵件等方式發(fā)送給有關(guān)維修決策人員。同時(shí)，跟蹤維修實(shí)施的進(jìn)度。
8、 檢查和檢驗(yàn)維修效果，比較維修前后機(jī)器狀態(tài)信息的變化，判斷維修是否達(dá)到預(yù)期效果，進(jìn)而也檢驗(yàn)故障診斷的準(zhǔn)確性。
四、 離線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例*
狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷的關(guān)鍵不在于某單一的監(jiān)測(cè)技術(shù)，而在于它首先必須是建立在對(duì)所監(jiān)測(cè)的機(jī)械和系統(tǒng)的完全了解的基礎(chǔ)上。對(duì)機(jī)械和系統(tǒng)的了解必須包括三個(gè)重要因素，如下表所示。
1、空氣壓縮機(jī)組機(jī)器信息
按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)ISO10816-3的規(guī)定確定振動(dòng)測(cè)量位置。壓縮機(jī)組機(jī)組，有8個(gè)支撐軸承（即8個(gè)測(cè)量位置，如圖中紅點(diǎn)所示。
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2、監(jiān)測(cè)結(jié)果與結(jié)論
其中：ISO10816-3標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)允許值，柔性支承：(注：120~15000轉(zhuǎn)/分)
A/B 45μm RMS 3.5MM/S RMS
B/C 90μm RMS 7.1MM/S RMS
C/D 140μm RMS 11MM/S RMS
注：A - 新交付使用的機(jī)器，
B - 可以無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間地安全運(yùn)行
C - 不適宜作長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)考慮在合適的機(jī)會(huì)進(jìn)行維修
D - 振動(dòng)強(qiáng)度足以使機(jī)器破壞
空壓機(jī)的電動(dòng)機(jī)自由端軸承座水平方向(M1H)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度頻譜表明：
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率N0的幅值很小，其絕對(duì)幅值為0.82毫米/秒，峰值，說(shuō)明電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡正常；
電動(dòng)機(jī)自由端滑動(dòng)軸承油膜穩(wěn)定，因?yàn)闆](méi)有出現(xiàn)（0.42~0.48）N0頻率成份；
電動(dòng)機(jī)定子氣間隙比較均勻，因?yàn)殡娫搭l率的二倍頻（2FL）的幅值只有0.30毫米/秒，峰值(經(jīng)驗(yàn)值為當(dāng)舊電動(dòng)機(jī)的2FL幅值超過(guò)2.54毫米/秒，峰值時(shí)，氣隙不均勻度超過(guò)5%，屬于不合格)；
沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)件與靜止件之間摩擦跡象，因?yàn)闆](méi)有出現(xiàn)大量的高幅值的轉(zhuǎn)速頻率諧波頻率(iN0，i為正整數(shù))；
第一級(jí)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速頻率N1幅值很大，對(duì)電機(jī)自由端軸承座水平方向振動(dòng)影響最大。
3、空壓機(jī)振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)評(píng)估結(jié)論
空氣壓縮機(jī)組的電動(dòng)機(jī)，第一，二，三級(jí)壓縮機(jī)的振動(dòng)品質(zhì)按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)ISO10816-3評(píng)定為C區(qū)域，其振動(dòng)不適宜于長(zhǎng)期運(yùn)行，即，振動(dòng)偏大，應(yīng)該根據(jù)診斷意見(jiàn)安排檢修；使機(jī)組的振動(dòng)減小，恢復(fù)正常。
空氣壓縮機(jī)組電動(dòng)機(jī)與聯(lián)軸器之間的對(duì)中精度正常；
空氣壓縮機(jī)組的電動(dòng)機(jī)，第一，二，三級(jí)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡正常；
空氣壓縮機(jī)組的電動(dòng)機(jī)，第一級(jí)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的徑向振動(dòng)（包括水平和垂直方向）相對(duì)最大的是水平方向和軸向方向振動(dòng)；
空氣壓縮機(jī)組的電動(dòng)機(jī)，第一，二，三級(jí)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的滑動(dòng)軸承油膜穩(wěn)定，沒(méi)有油膜渦動(dòng)的跡象，沒(méi)有磨損跡象；
空氣壓縮機(jī)組的電動(dòng)機(jī)，第一，二，三級(jí)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子與靜止件之間沒(méi)有摩擦跡象；
空氣壓縮機(jī)組的電動(dòng)機(jī)，第一，二，三級(jí)壓縮機(jī)內(nèi)部及機(jī)組固定件沒(méi)有機(jī)械松動(dòng)跡象；
空氣壓縮機(jī)組的電動(dòng)機(jī)的定子氣隙很均勻，因?yàn)殡娫搭l率二倍頻率（2FL=6000轉(zhuǎn)/分=100赫茲）電磁振動(dòng)很小。
4、維修建議
鑒于空壓機(jī)振動(dòng)偏大，可能是第一級(jí)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子軸向串動(dòng)和水平方向支承剛性弱造成擺動(dòng)的結(jié)果。因此，建議檢查第一級(jí)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向支承和水平方向的剛性，并作相應(yīng)處理。
了解更多：
Dynamix 2500數(shù)據(jù)采集器
Dynamix 2500數(shù)據(jù)采集器狀態(tài)維修工作重要的組成部分
（原創(chuàng)）
