地鐵風(fēng)機(jī)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

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摘要：針對(duì)地鐵線路中的大風(fēng)機(jī)、射流風(fēng)機(jī)，分析了風(fēng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)的必要性和重要性，主要從傳感器設(shè)備的選擇及布置、振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置、監(jiān)測(cè)診斷軟件等方面進(jìn)行了詳細(xì)的描述，構(gòu)建一套完整的風(fēng)機(jī)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案。

關(guān)鍵詞：地鐵車站；風(fēng)機(jī)振動(dòng)；故障診斷；在線監(jiān)測(cè)

經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度越來(lái)越快，城市越來(lái)越向周邊發(fā)展，人口聚集，交通狀況日益加劇，城市軌道交通建設(shè)隨之愈演愈烈。目前，國(guó)內(nèi)一線城市已全面建設(shè)地鐵線路，二線城市迎頭趕上，城市軌道交通的地位越來(lái)越重要，伴隨著地鐵中的風(fēng)機(jī)設(shè)備也越來(lái)越多，風(fēng)機(jī)的監(jiān)測(cè)保護(hù)需求也日益顯著。

1必要性分析

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主要由隧道通風(fēng)車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱車站大系統(tǒng)）、車站設(shè)備管理用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱車站小系統(tǒng)）和空調(diào)水系統(tǒng)組成。車站大風(fēng)機(jī)、射流風(fēng)機(jī)等風(fēng)機(jī)設(shè)備主要用于地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中的隧道通風(fēng)系統(tǒng)，主要是對(duì)地下車站和區(qū)間隧道內(nèi)溫度、濕度、風(fēng)速、事故工況排煙等進(jìn)行全面控制。這類地鐵風(fēng)機(jī)特點(diǎn)是工況變化復(fù)雜、運(yùn)行條件惡劣、故障率較高。同時(shí)，風(fēng)機(jī)的故障類型繁多，原因也很復(fù)雜，風(fēng)機(jī)故障主要包括：軸承振動(dòng)、軸承溫度高、動(dòng)葉卡澀、保護(hù)裝置誤動(dòng)及固定支架松動(dòng)等。其中，風(fēng)機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)最多、影響最大的就是振動(dòng)，它將直接影響到風(fēng)機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞等惡性事故的發(fā)生。因此，地鐵風(fēng)機(jī)在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)保護(hù)顯的尤為重要，通過(guò)在線實(shí)時(shí)振動(dòng)監(jiān)測(cè)及時(shí)了解風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀況，當(dāng)風(fēng)機(jī)機(jī)組發(fā)生故障時(shí)及時(shí)預(yù)報(bào)、報(bào)警，以便安排檢查和維修，避免造成故障擴(kuò)大化。

2故障維修種類分析

在線監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)振動(dòng)分析故障，根據(jù)故障類型對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行適合場(chǎng)景的維修，從而降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。風(fēng)機(jī)維修分為事后維修、預(yù)防性維修、預(yù)測(cè)性維修。（1）事后維修其特點(diǎn)就是運(yùn)行直到其損壞，可能會(huì)隨時(shí)停車，直到發(fā)現(xiàn)明顯的故障，才會(huì)檢修或更換。不必有事先的成本投入，但是后期維修成本較高、減少設(shè)備的平均無(wú)故障時(shí)間、頻繁的更換設(shè)備或備件導(dǎo)致成本增高、停車時(shí)間較長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致非計(jì)劃停車。事后維修適用于長(zhǎng)時(shí)間或頻繁的停車對(duì)生產(chǎn)影響不大、產(chǎn)品質(zhì)量不受停車的影響、維修和更換的成本不高的場(chǎng)合。（2）預(yù)防性維修其特點(diǎn)是定期維修、有計(jì)劃有準(zhǔn)備的維修。其優(yōu)點(diǎn)是優(yōu)化維修資源、減少非計(jì)劃停車增加MTBF、優(yōu)化備件儲(chǔ)備、可確定維修預(yù)算；其缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生過(guò)剩維修、有時(shí)會(huì)更改計(jì)劃時(shí)間、有人為判斷失誤的可能。預(yù)防性維修適用于具有成熟的失效模式、保修期限所要求的情況、維修和更換的成本較低的情況。（3）預(yù)測(cè)性維修其特點(diǎn)是有需求時(shí)才維修、通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比評(píng)估今后的運(yùn)行狀態(tài)和故障可能。其優(yōu)點(diǎn)是預(yù)測(cè)災(zāi)難性的故障、降低業(yè)主的成本、使維修人員效率最大化、根本失效原因分析的有效手段；其缺點(diǎn)是需要事先的成本投入和人力投入、需要特定的技術(shù)和知識(shí)、不同的設(shè)備有不同的監(jiān)測(cè)手段。預(yù)測(cè)性維修適用于非計(jì)劃停車對(duì)生產(chǎn)有嚴(yán)重影響、非計(jì)劃停車會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量、當(dāng)維修和更換成本較高時(shí)的場(chǎng)合。

3系統(tǒng)方案

振動(dòng)是狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的核心參數(shù)，與其它設(shè)備參數(shù)相比，振動(dòng)信號(hào)較敏感，可以早期發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障。振動(dòng)信號(hào)包含了幾乎所有的設(shè)備故障信息，可以進(jìn)行設(shè)備故障的精密診斷。信號(hào)的采集除振動(dòng)總值外，振動(dòng)波形的采集更為重要，波形中含有豐富的故障信息。地鐵風(fēng)機(jī)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括安裝在風(fēng)機(jī)設(shè)備上的振動(dòng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器等幾個(gè)部分。

3．1方案概述

在風(fēng)機(jī)的水平和垂直方向各設(shè)置一個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，用于監(jiān)測(cè)和判斷設(shè)備如不平衡、不對(duì)中、基礎(chǔ)松動(dòng)、葉輪裝配不當(dāng)及軸承故障等軸流風(fēng)機(jī)常見故障。地鐵風(fēng)機(jī)和組合空調(diào)器振動(dòng)監(jiān)測(cè)方面，風(fēng)機(jī)設(shè)備通過(guò)垂直和水平各設(shè)置一只振動(dòng)傳感器在線實(shí)時(shí)采集振動(dòng)信號(hào)，并將振動(dòng)信號(hào)傳送到風(fēng)機(jī)附近的數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行處理、分析。風(fēng)機(jī)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置負(fù)責(zé)對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)樣本采集、處理、分析，同時(shí)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行特征參數(shù)提取，得到機(jī)組狀態(tài)數(shù)據(jù)，完成機(jī)組故障的數(shù)據(jù)處理和分析，協(xié)助維護(hù)人員評(píng)價(jià)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，查找風(fēng)機(jī)故障原因及位置。并當(dāng)特征數(shù)據(jù)超過(guò)裝置設(shè)定的報(bào)警閾值時(shí)，裝置根據(jù)設(shè)定的延時(shí)要求進(jìn)行軟件報(bào)警提醒。

3．2振動(dòng)傳感器選擇及測(cè)點(diǎn)布置

傳感器信號(hào)對(duì)于風(fēng)機(jī)設(shè)備的在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)及故障分析的正常運(yùn)行致關(guān)重要，考慮到地鐵風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)，建議傳感器選用壓電式加速度傳感器。每臺(tái)風(fēng)機(jī)配置2只，其中包括探頭、雙芯屏蔽電纜兩個(gè)部分。在風(fēng)機(jī)外殼本體上，分別監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)水平（X方向）、垂直（Y方向）的振動(dòng)，在風(fēng)機(jī)外殼垂直方向和水平方向各安裝一個(gè)振動(dòng)傳感器即可，具體測(cè)點(diǎn)安裝位置見圖2。傳感器的安裝方面，建議傳感器部位有一個(gè)直徑30mm的平面，同時(shí)在平面中心位置上攻M10×1．5螺紋，螺紋深為12mm，將探頭固定在螺孔上，無(wú)須對(duì)機(jī)器內(nèi)部進(jìn)行任何操作。3．3振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置采用多通道同步采集方式，是設(shè)備監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)的核心部件。振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置采用ARM＋DSP＋FPGA的架構(gòu)能提供強(qiáng)大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力，采集系統(tǒng)采用24位AD、200ksps高速采樣，通過(guò)多通道實(shí)時(shí)采集，使得采集系統(tǒng)在保有高性能的同時(shí)亦具有高品質(zhì)的數(shù)據(jù)采集能力。同時(shí)，它具有斷點(diǎn)續(xù)傳能力，保證傳輸可靠穩(wěn)定、數(shù)據(jù)的完整。

3．4機(jī)組在線狀態(tài)監(jiān)控診斷系統(tǒng)軟件

機(jī)組在線狀態(tài)監(jiān)控診斷系統(tǒng)軟件是基于WindowsSERV-ER系統(tǒng)開發(fā)，采用B／S架構(gòu)方式設(shè)計(jì)的云平臺(tái)狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷管理軟件。可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、組態(tài)配置、振動(dòng)分析、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)通信等功能。它為設(shè)備建立一套嚴(yán)密的機(jī)組監(jiān)測(cè)分析管理體系。系統(tǒng)通過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行的重要狀態(tài)參數(shù)，及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行狀況，為事故征兆的預(yù)診斷提供重要的數(shù)據(jù)資料，對(duì)已發(fā)生的故障進(jìn)行快速的診斷分析，及時(shí)指出故障原因，提醒運(yùn)行人員采取必要的措施，為設(shè)備的安全運(yùn)行提供可靠的保障。另外，通過(guò)遠(yuǎn)程服務(wù)平臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組服務(wù)器實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)程服務(wù)中心平臺(tái)，并通過(guò)遠(yuǎn)程服務(wù)中心的工程師人工分析診斷，給出設(shè)備的運(yùn)行情況報(bào)告及維修建議，為業(yè)主提供更全面的設(shè)備保障服務(wù)。通過(guò)長(zhǎng)期的跟蹤觀察，定期地給出設(shè)備的運(yùn)行報(bào)告，提出維修計(jì)劃建議，給出設(shè)備故障預(yù)警，為設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供保障支持。在系統(tǒng)進(jìn)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行之后，根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行操作習(xí)慣以及機(jī)組運(yùn)行的狀況，對(duì)在線監(jiān)測(cè)分析軟件提出針對(duì)性的修改意見。本方案在保證在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)上，對(duì)軟件系統(tǒng)根據(jù)提供的修改建議進(jìn)行定制化的開發(fā)，同時(shí)又兼具所在機(jī)組運(yùn)行的機(jī)組的振動(dòng)等特點(diǎn)，可從設(shè)備本身以及客戶個(gè)性化角度對(duì)軟件進(jìn)行合理修改。圖3為振動(dòng)監(jiān)測(cè)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)示例圖。

4結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)機(jī)在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備建立一套嚴(yán)密的在線監(jiān)測(cè)保護(hù)體系，為事故征兆的預(yù)診斷提供重要的數(shù)據(jù)資料，亦為企業(yè)建立科學(xué)的預(yù)測(cè)、維修機(jī)制提供技術(shù)基礎(chǔ)。通過(guò)系統(tǒng)的嚴(yán)密監(jiān)測(cè)和診斷分析，判斷設(shè)備有無(wú)異常或故障趨勢(shì)，較準(zhǔn)確地估計(jì)設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行的可靠時(shí)間，使設(shè)備使用壽命最長(zhǎng)和意外停機(jī)事故最小，避免過(guò)剩維修。目前，各地鐵線路中的風(fēng)機(jī)均設(shè)置了振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其效果明顯，既保證設(shè)備安全，又為客戶節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益。

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作者：馬筱艷 單位：國(guó)電南瑞科技股份有限公司