作者：董本刚 罗克韦尔自动化（中国）有限公司
一、 概述
随着现代化企业更加重视智能安全可持续生产，对机械设备实施预测维修工作的要求就越来越高了。基于状态监测的预测维修可以帮助企业最大程度地减少非计划停机，努力保障设备安全稳定长周期满负荷优质地运行。还可以帮助企业主观地安排维修计划和做好维修前的准备，从而缩短维修周期，提高维修效果。状态监测也由以往的机组保护和预测维修延伸到生产保障和质量检验。
状态监测能帮助企业解决的问题是：了解关键设备和重点设备当前的运行状况、判断被监测机器的状态变化趋势、诊断被监测机器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。实现对设备故障的早知道、早预报、早诊断，把故障消灭在萌芽之中。状态监测是提高设备运行完好率、减少设备停机时间及降低维修成本。
状态监测广泛应用在诸如电力、石油化工、冶金、水/污水、交通运输（地铁、船舶及港口）、矿山等，对关键或重要的转动设备，如电动机、发电机、汽轮机、风机、泵、齿轮箱等进行监测分析和诊断。
罗克韦尔自动化自2000年并购了恩泰克公司后，一直致力于使状态监测能够更多更快地融入工业自动化领域。完善了集成状态监测的解决方案，以满足各个行业的不同应用需求。罗克韦尔自动化状态监测的特点和优势是：
集成了振动、温度、油液、过程量等多种监测参数；可提供满足API670标准的完整的TSI监测方案；
集成了离线监测、在线实时监测和在线自动巡检三种监测方式，系统共享软件平台，可覆盖所有重要的设备的监测需求；
集成了DeviceNet/ControlNet/EtherNet网络，与Logix和FactoryTalk无缝连接，使运行人员可以和维修人员同步获取机器信息，参与机组保护、生产保障、预测维修和质量检验工作；
在罗克韦尔自动化的过程自动化控制PlantPAx, 智能马达控制MCC, 中压MV产品应用中都能无缝集成状态监测，共享系统的控制和显示平台，降低系统的总体配置成本，方便系统维护和使用。
二、 离线监测系统的组成
离线监测系统是由数据采集器、传感器、分析诊断软件组成。现场数据采集和对数据分析诊断要由技术人员来完成。
Dynamix 2500数据采集器是罗克韦尔自动化最新推出的实时的多通道的频谱分析仪及数据采集器（简称数据采集器），用于电机、泵、风机、齿轮箱等旋转设备的预测维修和振动诊断。具备测量、处理、显示和存储等强大的分析功能。既可以独立做分析仪器，又可以EMONITOR软件联用组成离线监测系统。
Dynamix 2500数据采集器主要性能指标如下：
通道：4 （标准配置2通道，可升级到4通道）
传感器：加速度传感器、速度传感器、电涡流传感器等
转速输入：内置有激光相位传感器，可通用的转速信号或传感器
分辨率：100,200,400,800,1600,3200,6400,12800,25600谱线
预置处理：gSE峰值能量和ESP包络的四段频率功能，用于滚动轴承故障的早期诊断。
频率范围：0.16Hz至80KHz
内存：SD卡（上至16GB）
选项：四通道模块、记录仪模块、频率响应分析模块、开/停车模块、双平面动平衡分析、冲击试验模块
EMONITOR软件作为监测数据和分析诊断的核心，它集成了最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、现场采集数据并回放到客户机中、分析及诊断设备状态和故障等工作。它既可提供设备监测诊断全面的方法和手段，又可为管理和决策人员提供全厂设备状态的信息。在EMONITOR软件中有多种报警设置功能，可根据设备的实际状态进行幅值和频段报警设置，从而及时提示设备运行中的各种故障。
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三、 离线监测系统的工作流程
离线监测系统的工作流程可参见下图所示。概括起来分为两个阶段，即为准备工作阶段（选择设备、收集信息和建立数据库）和日常采集及分析工作阶段。
以下做简要说明各个部分的内容：
1、 选择被监测的设备，重要关键的转动设备，如电动机、汽轮机、发电机、泵、风机、压缩机、齿轮箱等。
2、 收集设备的机器信息，包括机组结构、安装方式、主要参数等，还包括以往的维修记录。
3、 在EMONITOR分析诊断软件中，建立被监测设备的数据库，包括机器信息、报警方式及数值、轴承数据库、诊断参数组等。
4、 现场数据采集，将要采集机器的测点编成序列传输给Dynamix2500数据采集器，然后，到机器现场逐点采集振动数据，也可在现场随时追加采集机器信息，或采集不在序列中的机器信息。此外，如果选择了扩展功能，还可以进行诸如四通道模块（用于三轴向同步采集或四通道分析）、记录仪模块（四通道）、频率响应分析模块（单通道）、开/停车模块（单通道）、双平面动平衡分析、冲击试验模块。以帮助更好地分析诊断机器故障。
5、 对所有采集到的机器信息做数据分析，报警方式和报警值的设定在预测维修工作中是非常重要的，EMONITOR软件可以自动将超过报警限的测点做报警报告，它能快速准确地在上百台以至更多数量设备中提取出设备异常或故障信息，区分出机器有无问题。
6、 对超过报警限的机器及测点进行进一步地分析，频率项识别是故障诊断的重要内容。预先将机器的结构特征输入EMONITOR软件，系统自动完成故障特征频率计算。根据振动频谱特征可得出机器故障的诊断结论，如不平衡、不对中、松动、共振、轴承故障等。
7、 根据故障诊断结果提出维修建议，通过邮件等方式发送给有关维修决策人员。同时，跟踪维修实施的进度。
8、 检查和检验维修效果，比较维修前后机器状态信息的变化，判断维修是否达到预期效果，进而也检验故障诊断的准确性。
四、 离线监测系统的应用实例*
状态监测及故障诊断的关键不在于某单一的监测技术，而在于它首先必须是建立在对所监测的机械和系统的完全了解的基础上。对机械和系统的了解必须包括三个重要因素，如下表所示。
1、空气压缩机组机器信息
按照国际标准化组织标准ISO10816-3的规定确定振动测量位置。压缩机组机组，有8个支撑轴承（即8个测量位置，如图中红点所示。
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2、监测结果与结论
其中：ISO10816-3标准振动允许值，柔性支承：(注：120~15000转/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 - 新交付使用的机器，
B - 可以无限长时间地安全运行
C - 不适宜作长时间连续运行，应当考虑在合适的机会进行维修
D - 振动强度足以使机器破坏
空压机的电动机自由端轴承座水平方向(M1H)测点振动速度频谱表明：
电动机转速频率N0的幅值很小，其绝对幅值为0.82毫米/秒，峰值，说明电动机转子动平衡正常；
电动机自由端滑动轴承油膜稳定，因为没有出现（0.42~0.48）N0频率成份；
电动机定子气间隙比较均匀，因为电源频率的二倍频（2FL）的幅值只有0.30毫米/秒，峰值(经验值为当旧电动机的2FL幅值超过2.54毫米/秒，峰值时，气隙不均匀度超过5%，属于不合格)；
没有转动件与静止件之间摩擦迹象，因为没有出现大量的高幅值的转速频率谐波频率(iN0，i为正整数)；
第一级压气机转子转速频率N1幅值很大，对电机自由端轴承座水平方向振动影响最大。
3、空压机振动状态监测评估结论
空气压缩机组的电动机，第一，二，三级压缩机的振动品质按国际标准化组织标准ISO10816-3评定为C区域，其振动不适宜于长期运行，即，振动偏大，应该根据诊断意见安排检修；使机组的振动减小，恢复正常。
空气压缩机组电动机与联轴器之间的对中精度正常；
空气压缩机组的电动机，第一，二，三级压缩机转子的动平衡正常；
空气压缩机组的电动机，第一级压缩机转子的径向振动（包括水平和垂直方向）相对最大的是水平方向和轴向方向振动；
空气压缩机组的电动机，第一，二，三级压缩机转子的滑动轴承油膜稳定，没有油膜涡动的迹象，没有磨损迹象；
空气压缩机组的电动机，第一，二，三级压缩机转子与静止件之间没有摩擦迹象；
空气压缩机组的电动机，第一，二，三级压缩机内部及机组固定件没有机械松动迹象；
空气压缩机组的电动机的定子气隙很均匀，因为电源频率二倍频率（2FL=6000转/分=100赫兹）电磁振动很小。
4、维修建议
鉴于空压机振动偏大，可能是第一级压气机转子轴向串动和水平方向支承刚性弱造成摆动的结果。因此，建议检查第一级压气机转子的轴向支承和水平方向的刚性，并作相应处理。
了解更多：
Dynamix 2500数据采集器
Dynamix 2500数据采集器状态维修工作重要的组成部分
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