摘要：控制、维护和管理已经成为现代大型工业生产企业中三个主要的技术领域，三者的集成不仅能够实现数据资源的充分共享，而且能够有效降低企业的综合成本。本文从目前自动化系统热点之一的智能控制—维护—管理系统入手，在对烟草制丝生产线设备多发性故障调研的基础上，以应用实例的方式，提出一种采用ENTAK在线状态监测系统与烟草制丝生产线自动化系统的集成模式。
关键词：ENTAK 在线监测 制丝线 自动化系统 集成
1系统设计思想
在多数工业企业中，控制、维护和管理是3个彼此分离的自动化孤岛，设备维护过程中信息的收集、维护的组织与实施同工业企业中的其他部分是分离的，难以互相协调并实现信息和资源共享，其自动化程度与控制和管理的自动化程度差距较大。针对这些问题，人们开始考虑将工业企业中的这3个主要技术领域构成一个统一的智能系统。为此，欧盟从90年代初期开始了多个关于这方面的研究项目，提出了控制—维护—管理（CMM）系统集成的思想，并逐步发展成为智能控制—维护—管理系统（Intelligent CMM System, ICMMS）。
目前，基于ICMMS体系的自动化系统主要包含设备控制、状态检测、生产管理执行三部分内容，通过这三部分内容的集成和交互，实现自动化系统完备的信息采集和处理功能，并为企业级管理系统提供准确可靠的生产和设备数据。其系统集成模式及与企业信息系统的关系如下图所示：
就自动化系统而言，其集成功能主要有以下三方面内容：
（1）、通过生产过程控制系统与制造执行系统（MES）的集成，实现生产任务的分解和详细调度功能以及过程质量数据的分析、反馈处理；
（2）、通过生产过程控制系统和在线设备状态监测系统的集成，实现不同生产状态（频率和负载）下的设备机械故障的细致诊断和预测，以及及时有效的紧急故障处理；
（3）、通过制造执行系统（MES）和在线设备状态监测系统的集成，实现对设备维修的科学管理和与企业级系统的信息沟通。
考虑到目前在进一步完善底层器件、完备底层数据以实现对生产过程的智能化控制的同时，对生产现场设备的实际状态进行监测，从而解决生产设备故障的突发性问题，实现一种可预测的设备维护，这种思想已经在卷烟行业中有一定的认知，通过系统实验及现场考察，我们确定在烟草制丝生产线中利用ENTEK状态监测系统与制丝生产自动化系统的集成来实现控制—维护—管理的目的。
2烟草设备多发性机械故障调查
2．1设备简述
烟草制丝生产线上所用的设备，根据其结构特点可划分为以下几类：
2．1．1滚筒类设备
如滚筒式回潮机、加料机、加香机、薄板式烘丝机等，主要由机架、滚筒、传动系统、管路系统、热风系统、电气系统等组成。
滚筒由不锈钢板卷制而成，其外壁两端各有一个支承圈。滚筒通过支承圈置于机架上面的托轮上。滚筒的传动方式有三种：
a) 由电机减速机通过V型皮带传动；
b) 由电机减速机通过滚筒外壁上的齿圈进行齿轮－齿圈传动；
c) 由电机减速机通过滚筒外壁上的支承圈进行摩擦传动。
热风系统中设有一台风机，将热交换后的热风送入滚筒内。
出料室顶部设有排汽风机，排除设备生产过程中产生的废汽。
2．1．2 振动槽体类设备
如振动输送机（有簧板式、摇杆式）、隧道式回潮机、隧道式烘丝机等。
这类设备的物料输送部分均为偏心连杆平衡式振动输送机，由机架、槽体、簧板（或摇杆）、平衡体、偏心连杆机构和电机组成。工作时，由电动机通过普通V带传动使传动轴转动，而后通过偏心装置使连杆推动平衡体运动，再由平衡体通过簧板（或摇杆）组件带动槽体作与平衡体同步反向的近似简谐振动，当槽体振动加速度达到某一值时，物料便在槽体内沿输送方向作连续抛掷运动，从而使物料向前移动，实现物料的输送。
2．1．3 输送带类设备
如带式输送机、提升机、喂料机、往复带式布料机、贮柜等。
a) 此类设备的物料输送部分由驱动装置、张紧装置、清扫装置、输送带托辊和机架构成。驱动电机通过链轮、链条将动力传递给驱动带辊，带动输送带进行连续运动，实现对物料的连续输送。
b) 往复带式布料机和贮柜上的布料车，类似于在一台在固定支架上可往复行走的双向带式输送机。支架上设有接近开关，用于控制布料车的行程。
c) 喂料机的烟箱和贮柜的柜体上均设有透射式光电管，对烟箱或贮柜内的物料贮存情况进行监控。
d) 贮柜的出料端设有耙料装置，通过减速机直接驱动耙辊转动，以使贮柜出料均匀。
2．1．4 物料输送设备
制丝生产线中的物料输送设备除以上提到的振动输送机、带式输送机外，还有输送烟包或烟箱所用的辊道输送机、链式输送机。这两种输送设备结构上较为简单，减速机通过链传动驱动输送辊或输送链；机身上多数设有光电检测器件，对烟包或烟箱的运行情况进行监测、控制输送设备的启、停。
2．1．5 其它主机设备
如开包系统、片烟分切机、在线真空回潮系统、切丝机、叶丝气流式干燥设备、白肋烟烘干机等，这些均是制丝线上主要的加工设备，其结构、控制方面相对复杂，一般都设有专用的控制系统，对其工作过程进行实时监控，具有工作参数的自动调整、故障报警、诊断等功能。另外，这些专用的控制系统均设有外部网络接口，可实现远程控制。
2．1．6 物料风送、除尘系统及设备排汽系统
物料风送除尘、设备排汽系统是制丝生产线正常运行不可缺少的部分。物料风送系统由物料风分机（或吸口）、物料管、落料器、尘气管、除尘器、风机和消音器组成，如烟梗分送、梗丝风送系统；排汽系统用于排除用汽设备工作过程中产生的废汽，由管路和风机组成，如隧道式回潮机排汽系统、白肋烟烘干机排汽系统。
此外，多数卷烟厂对制丝车间环境要求较高，设有车间环境除尘系统，将粉尘或烟末废料抽送至除尘房内集中收集，整个系统由吸口、气管、除尘器、风机和消音器组成。
2．2设备多发故障
2．2．1 滚筒类设备
2．2．2 振动槽体类设备
3 系统实施方案
集成化制丝线自动化系统按其功能分为设备控制层、集中监控层、生产管理层。其中：
●最底层（设备控制层）：设备控制层完成设备的生产运行控制和基础信息采集。其中，采用现场总线连接各动力控制站、I/O站、智能仪表、操作员面板等，通过具备现场总线接口的主控制器实现对各工艺段设备的组合和单机控制；采用高性能、高可靠性的传感器实现设备现场信息的收集。
●中间层（集中监控层）：提供明确直观的人机交互接口和操作辅助系统，通过中央监控计算机实现对生产线的组合操作、状态监控、工艺参数与控制参数显示和设定、控制系统故障诊断定位、控制系统和设备故障报警显示、记录等。
●最高层（生产管理层）：负责统一协调全线的生产，处理全线运行过程中的综合信息，并提供对关键设备完好状态进行评价的接口和工具。其中包括生产任务执行、批次控制、质量数据分析、设备状态判别等，并提供完整的统计数据报表和各种分析图表。
系统基本配置见下图：
3．1设备状态信息采集功能
本功能是实现设备状态监测和预测维护的基础。通过在设备关键位置安装相应传感器进行振动信号采集，结合控制系统中相关的设备运行模式和设备电机电流等信息，就可以对设备当前的振动、电机电流等信号进行分类采集、存储、分析，从而使设备维护和操作人员可以了解设备当前的运行状况、判断被监测设备的状态变化趋势、诊断被监测设备故障的发生部位和故障的严重程度，以及检查和验收大修或临时维修的效果，实现对设备故障早知道、早预报、早诊断，实现提高设备运行完好率、减少设备停机时间及降低维修成本的目的。并且由于与控制系统的完全集成，也避免了传统的故障状态检测系统中对设备各种运行模式下不同数据进行笼统分析所带来的判断的不准确性。
本系统中设备状态信息采集采用在线监测方式分两类实现，一类为采集电机电流，另一类为监测设备关键部位的振动信号。
采用监测电流方式的设备主要有：所有隧道式回潮机、切丝机主轴电机、5.5kW以上振动输送机、大于等于15kW的大功率电机以及所有带变频器、软启动器的电机。其中采用变频器或软启动器控制的电机的电流信号采集通过连接在总线上的变频器或软启动器实现；其他电机采用电流互感器方式实现。
采用监测振动信号的设备主要有：落地大功率除尘风机及其电机（轴向、水平向）、滚筒设备（根据实际情况选择各支撑轴承及其高位循环、排潮风机）。现场传感器采用ENTEK 9000系列加速度传感器，该传感器通过屏蔽电缆接入Enwatch现场采集单元中，一个现场采集单元可连接16路传感器信号。其基本结构如下图示：
3．2设备状态监测点及其分区设置
针对某卷烟厂制丝工艺及设备情况，制丝生产线在线监测系统测点及数据采集模块配置如下所示，共计152个测点，考虑生产线分段的关系，需设置10个数据采集单元。
3．3设备状态监测功能
本系统的设备状态监测功能采用Enshare设备健康监测检修集成系统实现，该集成系统软件由以下部分组成：
●EMONITOR Odyssey设备状态监测信息系统软件。该软件作为监测数据和分析诊断的核心，它集成了广泛应用的预测维修技术，集离线监测和在线监测于一身，它可完成建立机器测点数据库、安排巡检路径及装入到数据采集器中、现场采集数据及回放到客户机中、分析及诊断设备状态和故障等功能。利用在线系统提供的enLIVEÔ软件可进行远程实时监测诊断，任一Enwatch上的某个通道的频谱，时域波形、趋势、三维谱图和极坐标图均可在装有Odyssey软件的系统中实时显示、检测、包括通过互联网络进行远程监测和诊断。此外，EMONITOR Odyssey软件还支持OPC通讯功能，可以将幅值、趋势等报警通过OPC方式传递给设备控制系统，也可以通过OPC方式从控制系统获得设备运行的细节数据，从而实现与设备控制系统的双向交互。
●PlantLink工厂设备视窗软件。该软件为不同部门提供简洁明了的设备状态信息，可以在Odyssey网络数据库存在的基础上独立运行于网络上的多台计算机中，它可以将机组的图形显示出来并在其上对应位置显示各测点标识及当前振值，这样，其他设备管理人员均能了解全部设备运行状态、预测变化趋势，对设备出现的疑难问题进行会诊。
●设备健康管理模块AHM是Enshare设备状态监测检修集成系统中的管理系统部分，它为企业的整个管理系统提供以状态为基础的信息，提供良好的信息交流环境。它允许设备检修基于诊断结果而采取预测和主动行动。
具体地，本系统可针对具备状态采集功能的落地大功率除尘风机及其电机（轴向、水平向）、滚筒设备（根据实际情况选择各支撑轴承及其高位循环、排潮风机）出现的滚动轴承缺陷、齿轮啮合和齿轮缺陷、风机叶片故障、电动机转子与定子等小间隙摩擦、电动机与风机间联轴器不对中等故障进行在线实时监测和诊断，具备离线诊断故障的能力。并可将相关设备的振动幅值报警信息通过OPC方式自动提供给集中监控系统和现场操作查询终端，驱动控制系统采取相应的动作，避免设备的进一步损坏。
可对所有隧道式回潮机、切丝机主轴电机、5.5kW以上振动输送机、大于等于15kW的大功率电机的电机电流进行实时监测，并提供给集中监控系统和现场操作查询终端相关设备的电流幅值报警。
4系统特色
设备状态监测系统与控制系统的集成，可以分辨设备运行的不同状态对设备状态采集数据的影响，从而能够有效提高对设备故障状态判断的准确率；设备监测系统与控制系统的集成，也更加丰富了集中监控系统故障显示的内容，使集中监控系统故障显示的内容从控制系统相关故障扩展为整个制丝生产线更大的范围；设备控制系统与设备状态监测系统的集成，提高了现场设备对操作者、管理者的透明度，实现了更完备的制丝生产线数据采集功能，形成的透明化制丝生产线自动化系统真正贯彻了ICMMS的理念。
本系统的实施，必将为烟草行业自动化系统及设备管理提供一个样板，有效提高烟草制丝设备管理的水平。
作者简介：
张家毅，男，1970年出生。高级工程师，毕业于重庆大学自动控制专业，现从事烟草企业自动化系统规划设计工作。
