摘要：控制、維護和管理已經成為現代大型工業生產企業中三個主要的技術領域，三者的集成不僅能夠實現數據資源的充分共享，而且能夠有效降低企業的綜合成本。本文從目前自動化系統熱點之一的智能控制—維護—管理系統入手，在對煙草制絲生產線設備多發性故障調研的基礎上，以應用實例的方式，提出一種采用ENTAK在線狀態監測系統與煙草制絲生產線自動化系統的集成模式。
關鍵詞：ENTAK 在線監測 制絲線 自動化系統 集成
1系統設計思想
在多數工業企業中，控制、維護和管理是3個彼此分離的自動化孤島，設備維護過程中信息的收集、維護的組織與實施同工業企業中的其他部分是分離的，難以互相協調并實現信息和資源共享，其自動化程度與控制和管理的自動化程度差距較大。針對這些問題，人們開始考慮將工業企業中的這3個主要技術領域構成一個統一的智能系統。為此，歐盟從90年代初期開始了多個關于這方面的研究項目，提出了控制—維護—管理（CMM）系統集成的思想，并逐步發展成為智能控制—維護—管理系統（Intelligent CMM System, ICMMS）。
目前，基于ICMMS體系的自動化系統主要包含設備控制、狀態檢測、生產管理執行三部分內容，通過這三部分內容的集成和交互，實現自動化系統完備的信息采集和處理功能，并為企業級管理系統提供準確可靠的生產和設備數據。其系統集成模式及與企業信息系統的關系如下圖所示：
就自動化系統而言，其集成功能主要有以下三方面內容：
（1）、通過生產過程控制系統與制造執行系統（MES）的集成，實現生產任務的分解和詳細調度功能以及過程質量數據的分析、反饋處理；
（2）、通過生產過程控制系統和在線設備狀態監測系統的集成，實現不同生產狀態（頻率和負載）下的設備機械故障的細致診斷和預測，以及及時有效的緊急故障處理；
（3）、通過制造執行系統（MES）和在線設備狀態監測系統的集成，實現對設備維修的科學管理和與企業級系統的信息溝通。
考慮到目前在進一步完善底層器件、完備底層數據以實現對生產過程的智能化控制的同時，對生產現場設備的實際狀態進行監測，從而解決生產設備故障的突發性問題，實現一種可預測的設備維護，這種思想已經在卷煙行業中有一定的認知，通過系統實驗及現場考察，我們確定在煙草制絲生產線中利用ENTEK狀態監測系統與制絲生產自動化系統的集成來實現控制—維護—管理的目的。
2煙草設備多發性機械故障調查
2．1設備簡述
煙草制絲生產線上所用的設備，根據其結構特點可劃分為以下幾類：
2．1．1滾筒類設備
如滾筒式回潮機、加料機、加香機、薄板式烘絲機等，主要由機架、滾筒、傳動系統、管路系統、熱風系統、電氣系統等組成。
滾筒由不銹鋼板卷制而成，其外壁兩端各有一個支承圈。滾筒通過支承圈置于機架上面的托輪上。滾筒的傳動方式有三種：
a) 由電機減速機通過V型皮帶傳動；
b) 由電機減速機通過滾筒外壁上的齒圈進行齒輪－齒圈傳動；
c) 由電機減速機通過滾筒外壁上的支承圈進行摩擦傳動。
熱風系統中設有一臺風機，將熱交換后的熱風送入滾筒內。
出料室頂部設有排汽風機，排除設備生產過程中產生的廢汽。
2．1．2 振動槽體類設備
如振動輸送機（有簧板式、搖桿式）、隧道式回潮機、隧道式烘絲機等。
這類設備的物料輸送部分均為偏心連桿平衡式振動輸送機，由機架、槽體、簧板（或搖桿）、平衡體、偏心連桿機構和電機組成。工作時，由電動機通過普通V帶傳動使傳動軸轉動，而后通過偏心裝置使連桿推動平衡體運動，再由平衡體通過簧板（或搖桿）組件帶動槽體作與平衡體同步反向的近似簡諧振動，當槽體振動加速度達到某一值時，物料便在槽體內沿輸送方向作連續拋擲運動，從而使物料向前移動，實現物料的輸送。
2．1．3 輸送帶類設備
如帶式輸送機、提升機、喂料機、往復帶式布料機、貯柜等。
a) 此類設備的物料輸送部分由驅動裝置、張緊裝置、清掃裝置、輸送帶托輥和機架構成。驅動電機通過鏈輪、鏈條將動力傳遞給驅動帶輥，帶動輸送帶進行連續運動，實現對物料的連續輸送。
b) 往復帶式布料機和貯柜上的布料車，類似于在一臺在固定支架上可往復行走的雙向帶式輸送機。支架上設有接近開關，用于控制布料車的行程。
c) 喂料機的煙箱和貯柜的柜體上均設有透射式光電管，對煙箱或貯柜內的物料貯存情況進行監控。
d) 貯柜的出料端設有耙料裝置，通過減速機直接驅動耙輥轉動，以使貯柜出料均勻。
2．1．4 物料輸送設備
制絲生產線中的物料輸送設備除以上提到的振動輸送機、帶式輸送機外，還有輸送煙包或煙箱所用的輥道輸送機、鏈式輸送機。這兩種輸送設備結構上較為簡單，減速機通過鏈傳動驅動輸送輥或輸送鏈；機身上多數設有光電檢測器件，對煙包或煙箱的運行情況進行監測、控制輸送設備的啟、停。
2．1．5 其它主機設備
如開包系統、片煙分切機、在線真空回潮系統、切絲機、葉絲氣流式干燥設備、白肋煙烘干機等，這些均是制絲線上主要的加工設備，其結構、控制方面相對復雜，一般都設有專用的控制系統，對其工作過程進行實時監控，具有工作參數的自動調整、故障報警、診斷等功能。另外，這些專用的控制系統均設有外部網絡接口，可實現遠程控制。
2．1．6 物料風送、除塵系統及設備排汽系統
物料風送除塵、設備排汽系統是制絲生產線正常運行不可缺少的部分。物料風送系統由物料風分機（或吸口）、物料管、落料器、塵氣管、除塵器、風機和消音器組成，如煙梗分送、梗絲風送系統；排汽系統用于排除用汽設備工作過程中產生的廢汽，由管路和風機組成，如隧道式回潮機排汽系統、白肋煙烘干機排汽系統。
此外，多數卷煙廠對制絲車間環境要求較高，設有車間環境除塵系統，將粉塵或煙末廢料抽送至除塵房內集中收集，整個系統由吸口、氣管、除塵器、風機和消音器組成。
2．2設備多發故障
2．2．1 滾筒類設備
2．2．2 振動槽體類設備
3 系統實施方案
集成化制絲線自動化系統按其功能分為設備控制層、集中監控層、生產管理層。其中：
●最底層（設備控制層）：設備控制層完成設備的生產運行控制和基礎信息采集。其中，采用現場總線連接各動力控制站、I/O站、智能儀表、操作員面板等，通過具備現場總線接口的主控制器實現對各工藝段設備的組合和單機控制；采用高性能、高可靠性的傳感器實現設備現場信息的收集。
●中間層（集中監控層）：提供明確直觀的人機交互接口和操作輔助系統，通過中央監控計算機實現對生產線的組合操作、狀態監控、工藝參數與控制參數顯示和設定、控制系統故障診斷定位、控制系統和設備故障報警顯示、記錄等。
●最高層（生產管理層）：負責統一協調全線的生產，處理全線運行過程中的綜合信息，并提供對關鍵設備完好狀態進行評價的接口和工具。其中包括生產任務執行、批次控制、質量數據分析、設備狀態判別等，并提供完整的統計數據報表和各種分析圖表。
系統基本配置見下圖：
3．1設備狀態信息采集功能
本功能是實現設備狀態監測和預測維護的基礎。通過在設備關鍵位置安裝相應傳感器進行振動信號采集，結合控制系統中相關的設備運行模式和設備電機電流等信息，就可以對設備當前的振動、電機電流等信號進行分類采集、存儲、分析，從而使設備維護和操作人員可以了解設備當前的運行狀況、判斷被監測設備的狀態變化趨勢、診斷被監測設備故障的發生部位和故障的嚴重程度，以及檢查和驗收大修或臨時維修的效果，實現對設備故障早知道、早預報、早診斷，實現提高設備運行完好率、減少設備停機時間及降低維修成本的目的。并且由于與控制系統的完全集成，也避免了傳統的故障狀態檢測系統中對設備各種運行模式下不同數據進行籠統分析所帶來的判斷的不準確性。
本系統中設備狀態信息采集采用在線監測方式分兩類實現，一類為采集電機電流，另一類為監測設備關鍵部位的振動信號。
采用監測電流方式的設備主要有：所有隧道式回潮機、切絲機主軸電機、5.5kW以上振動輸送機、大于等于15kW的大功率電機以及所有帶變頻器、軟啟動器的電機。其中采用變頻器或軟啟動器控制的電機的電流信號采集通過連接在總線上的變頻器或軟啟動器實現；其他電機采用電流互感器方式實現。
采用監測振動信號的設備主要有：落地大功率除塵風機及其電機（軸向、水平向）、滾筒設備（根據實際情況選擇各支撐軸承及其高位循環、排潮風機）。現場傳感器采用ENTEK 9000系列加速度傳感器，該傳感器通過屏蔽電纜接入Enwatch現場采集單元中，一個現場采集單元可連接16路傳感器信號。其基本結構如下圖示：
3．2設備狀態監測點及其分區設置
針對某卷煙廠制絲工藝及設備情況，制絲生產線在線監測系統測點及數據采集模塊配置如下所示，共計152個測點，考慮生產線分段的關系，需設置10個數據采集單元。
3．3設備狀態監測功能
本系統的設備狀態監測功能采用Enshare設備健康監測檢修集成系統實現，該集成系統軟件由以下部分組成：
●EMONITOR Odyssey設備狀態監測信息系統軟件。該軟件作為監測數據和分析診斷的核心，它集成了廣泛應用的預測維修技術，集離線監測和在線監測于一身，它可完成建立機器測點數據庫、安排巡檢路徑及裝入到數據采集器中、現場采集數據及回放到客戶機中、分析及診斷設備狀態和故障等功能。利用在線系統提供的enLIVEÔ軟件可進行遠程實時監測診斷，任一Enwatch上的某個通道的頻譜，時域波形、趨勢、三維譜圖和極坐標圖均可在裝有Odyssey軟件的系統中實時顯示、檢測、包括通過互聯網絡進行遠程監測和診斷。此外，EMONITOR Odyssey軟件還支持OPC通訊功能，可以將幅值、趨勢等報警通過OPC方式傳遞給設備控制系統，也可以通過OPC方式從控制系統獲得設備運行的細節數據，從而實現與設備控制系統的雙向交互。
●PlantLink工廠設備視窗軟件。該軟件為不同部門提供簡潔明了的設備狀態信息，可以在Odyssey網絡數據庫存在的基礎上獨立運行于網絡上的多臺計算機中，它可以將機組的圖形顯示出來并在其上對應位置顯示各測點標識及當前振值，這樣，其他設備管理人員均能了解全部設備運行狀態、預測變化趨勢，對設備出現的疑難問題進行會診。
●設備健康管理模塊AHM是Enshare設備狀態監測檢修集成系統中的管理系統部分，它為企業的整個管理系統提供以狀態為基礎的信息，提供良好的信息交流環境。它允許設備檢修基于診斷結果而采取預測和主動行動。
具體地，本系統可針對具備狀態采集功能的落地大功率除塵風機及其電機（軸向、水平向）、滾筒設備（根據實際情況選擇各支撐軸承及其高位循環、排潮風機）出現的滾動軸承缺陷、齒輪嚙合和齒輪缺陷、風機葉片故障、電動機轉子與定子等小間隙摩擦、電動機與風機間聯軸器不對中等故障進行在線實時監測和診斷，具備離線診斷故障的能力。并可將相關設備的振動幅值報警信息通過OPC方式自動提供給集中監控系統和現場操作查詢終端，驅動控制系統采取相應的動作，避免設備的進一步損壞。
可對所有隧道式回潮機、切絲機主軸電機、5.5kW以上振動輸送機、大于等于15kW的大功率電機的電機電流進行實時監測，并提供給集中監控系統和現場操作查詢終端相關設備的電流幅值報警。
4系統特色
設備狀態監測系統與控制系統的集成，可以分辨設備運行的不同狀態對設備狀態采集數據的影響，從而能夠有效提高對設備故障狀態判斷的準確率；設備監測系統與控制系統的集成，也更加豐富了集中監控系統故障顯示的內容，使集中監控系統故障顯示的內容從控制系統相關故障擴展為整個制絲生產線更大的范圍；設備控制系統與設備狀態監測系統的集成，提高了現場設備對操作者、管理者的透明度，實現了更完備的制絲生產線數據采集功能，形成的透明化制絲生產線自動化系統真正貫徹了ICMMS的理念。
本系統的實施，必將為煙草行業自動化系統及設備管理提供一個樣板，有效提高煙草制絲設備管理的水平。
作者簡介：
張家毅，男，1970年出生。高級工程師，畢業于重慶大學自動控制專業，現從事煙草企業自動化系統規劃設計工作。
