地鐵風(fēng)機振動在線監(jiān)測系統(tǒng)方案設(shè)計

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

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

經(jīng)濟增長速度越來越快，城市越來越向周邊發(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越重要，伴隨著地鐵中的風(fēng)機設(shè)備也越來越多，風(fēng)機的監(jiān)測保護需求也日益顯著。

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)（簡稱車站小系統(tǒng)）和空調(diào)水系統(tǒng)組成。車站大風(fēng)機、射流風(fēng)機等風(fēng)機設(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、事故工況排煙等進行全面控制。這類地鐵風(fēng)機特點是工況變化復(fù)雜、運行條件惡劣、故障率較高。同時，風(fēng)機的故障類型繁多，原因也很復(fù)雜，風(fēng)機故障主要包括：軸承振動、軸承溫度高、動葉卡澀、保護裝置誤動及固定支架松動等。其中，風(fēng)機運行中出現(xiàn)最多、影響最大的就是振動，它將直接影響到風(fēng)機的安全穩(wěn)定運行，嚴重時還會導(dǎo)致設(shè)備損壞等惡性事故的發(fā)生。因此，地鐵風(fēng)機在線振動監(jiān)測保護顯的尤為重要，通過在線實時振動監(jiān)測及時了解風(fēng)機設(shè)備運行狀況，當風(fēng)機機組發(fā)生故障時及時預(yù)報、報警，以便安排檢查和維修，避免造成故障擴大化。

2故障維修種類分析

在線監(jiān)測風(fēng)機振動分析故障，根據(jù)故障類型對風(fēng)機進行適合場景的維修，從而降低成本，提高經(jīng)濟效益。風(fēng)機維修分為事后維修、預(yù)防性維修、預(yù)測性維修。（1）事后維修其特點就是運行直到其損壞，可能會隨時停車，直到發(fā)現(xiàn)明顯的故障，才會檢修或更換。不必有事先的成本投入，但是后期維修成本較高、減少設(shè)備的平均無故障時間、頻繁的更換設(shè)備或備件導(dǎo)致成本增高、停車時間較長會導(dǎo)致非計劃停車。事后維修適用于長時間或頻繁的停車對生產(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合。（2）預(yù)防性維修其特點是定期維修、有計劃有準備的維修。其優(yōu)點是優(yōu)化維修資源、減少非計劃停車增加MTBF、優(yōu)化備件儲備、可確定維修預(yù)算；其缺點是會產(chǎn)生過剩維修、有時會更改計劃時間、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)測性維修其特點是有需求時才維修、通過數(shù)據(jù)對比評估今后的運行狀態(tài)和故障可能。其優(yōu)點是預(yù)測災(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、不同的設(shè)備有不同的監(jiān)測手段。預(yù)測性維修適用于非計劃停車對生產(chǎn)有嚴重影響、非計劃停車會影響產(chǎn)品質(zhì)量、當維修和更換成本較高時的場合。

3系統(tǒng)方案

振動是狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的核心參數(shù)，與其它設(shè)備參數(shù)相比，振動信號較敏感，可以早期發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障。振動信號包含了幾乎所有的設(shè)備故障信息，可以進行設(shè)備故障的精密診斷。信號的采集除振動總值外，振動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)機的振動監(jiān)測系統(tǒng)主要包括安裝在風(fēng)機設(shè)備上的振動傳感器、數(shù)據(jù)采集器等幾個部分。

3．1方案概述

在風(fēng)機的水平和垂直方向各設(shè)置一個振動測點，用于監(jiān)測和判斷設(shè)備如不平衡、不對中、基礎(chǔ)松動、葉輪裝配不當及軸承故障等軸流風(fēng)機常見故障。地鐵風(fēng)機和組合空調(diào)器振動監(jiān)測方面，風(fēng)機設(shè)備通過垂直和水平各設(shè)置一只振動傳感器在線實時采集振動信號，并將振動信號傳送到風(fēng)機附近的數(shù)據(jù)采集單元進行處理、分析。風(fēng)機振動在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。在線狀態(tài)監(jiān)測保護裝置負責(zé)對風(fēng)機設(shè)備的振動信號進行數(shù)據(jù)樣本采集、處理、分析，同時對相關(guān)數(shù)據(jù)進行特征參數(shù)提取，得到機組狀態(tài)數(shù)據(jù)，完成機組故障的數(shù)據(jù)處理和分析，協(xié)助維護人員評價風(fēng)機運行狀態(tài)，查找風(fēng)機故障原因及位置。并當特征數(shù)據(jù)超過裝置設(shè)定的報警閾值時，裝置根據(jù)設(shè)定的延時要求進行軟件報警提醒。

3．2振動傳感器選擇及測點布置

傳感器信號對于風(fēng)機設(shè)備的在線振動監(jiān)測及故障分析的正常運行致關(guān)重要，考慮到地鐵風(fēng)機的特點，建議傳感器選用壓電式加速度傳感器。每臺風(fēng)機配置2只，其中包括探頭、雙芯屏蔽電纜兩個部分。在風(fēng)機外殼本體上，分別監(jiān)測風(fēng)機水平（X方向）、垂直（Y方向）的振動，在風(fēng)機外殼垂直方向和水平方向各安裝一個振動傳感器即可，具體測點安裝位置見圖2。傳感器的安裝方面，建議傳感器部位有一個直徑30mm的平面，同時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，無須對機器內(nèi)部進行任何操作。3．3振動監(jiān)測裝置采用多通道同步采集方式，是設(shè)備監(jiān)測分析系統(tǒng)的核心部件。振動監(jiān)測裝置采用ARM＋DSP＋FPGA的架構(gòu)能提供強大的實時數(shù)據(jù)處理能力，采集系統(tǒng)采用24位AD、200ksps高速采樣，通過多通道實時采集，使得采集系統(tǒng)在保有高性能的同時亦具有高品質(zhì)的數(shù)據(jù)采集能力。同時，它具有斷點續(xù)傳能力，保證傳輸可靠穩(wěn)定、數(shù)據(jù)的完整。

3．4機組在線狀態(tài)監(jiān)控診斷系統(tǒng)軟件

機組在線狀態(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)計的云平臺狀態(tài)監(jiān)測診斷管理軟件。可以實現(xiàn)運行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、組態(tài)配置、振動分析、數(shù)據(jù)庫管理、設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)通信等功能。它為設(shè)備建立一套嚴密的機組監(jiān)測分析管理體系。系統(tǒng)通過連續(xù)監(jiān)測設(shè)備運行的重要狀態(tài)參數(shù)，及時了解設(shè)備的運行狀況，為事故征兆的預(yù)診斷提供重要的數(shù)據(jù)資料，對已發(fā)生的故障進行快速的診斷分析，及時指出故障原因，提醒運行人員采取必要的措施，為設(shè)備的安全運行提供可靠的保障。另外，通過遠程服務(wù)平臺，現(xiàn)場機組服務(wù)器實時將數(shù)據(jù)傳送至遠程服務(wù)中心平臺，并通過遠程服務(wù)中心的工程師人工分析診斷，給出設(shè)備的運行情況報告及維修建議，為業(yè)主提供更全面的設(shè)備保障服務(wù)。通過長期的跟蹤觀察，定期地給出設(shè)備的運行報告，提出維修計劃建議，給出設(shè)備故障預(yù)警，為設(shè)備的長期穩(wěn)定運行提供保障支持。在系統(tǒng)進過長時間運行之后，根據(jù)實際的運行操作習(xí)慣以及機組運行的狀況，對在線監(jiān)測分析軟件提出針對性的修改意見。本方案在保證在線監(jiān)測系統(tǒng)的可靠運行的基礎(chǔ)上，對軟件系統(tǒng)根據(jù)提供的修改建議進行定制化的開發(fā)，同時又兼具所在機組運行的機組的振動等特點，可從設(shè)備本身以及客戶個性化角度對軟件進行合理修改。圖3為振動監(jiān)測軟件實時監(jiān)測示例圖。

4結(jié)束語

風(fēng)機在線振動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備建立一套嚴密的在線監(jiān)測保護體系，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、維修機制提供技術(shù)基礎(chǔ)。通過系統(tǒng)的嚴密監(jiān)測和診斷分析，判斷設(shè)備有無異?；蚬收馅厔?，較準確地估計設(shè)備繼續(xù)運行的可靠時間，使設(shè)備使用壽命最長和意外停機事故最小，避免過剩維修。目前，各地鐵線路中的風(fēng)機均設(shè)置了振動在線監(jiān)測系統(tǒng)，其效果明顯，既保證設(shè)備安全，又為客戶節(jié)省運營成本、提高經(jīng)濟效益。

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作者：馬筱艷 單位：國電南瑞科技股份有限公司