状态监测可以帮助保护组织以防止未来的问题，最大限度地提高设备寿命，并优化操作。
阿布Jadhav
产品经理
Dynapar公司
在当今苛刻的生产环境中，制造商需要最大限度地提高生产率，同时最大限度地降低所有权成本。状态监控提供解决方案。调理监控系统收集丰富的数据，可以转换为可靠且令人惊讶的颗粒洞察力的设备健康。妥善分析，数据不仅有助于预测设备故障，它使资产拥有者可以自由地解决开发缺陷的方式，以便最适合其生产需求和运营目标。状态监控使组织能够从无功维护转换到预测性维护，抢占未来问题，同时最大限度地提高设备寿命。操作设备有效性（OEE）升起。意外的停机时间成为异常而不是规则。战略应用，条件监控可以减少停机时间和停机时间恢复到资产所有者在一年内或两两个之间实现投资回报的点。
看看自动化制造的最常见的条件监测技术，展示了如何分析数据以提供发展问题的预警，以及一些示例可以应用如何应用信息和传感器以维持生产力和设备健康。
状态监控工具
可以研究机器操作的多个方面，以便为设备整体健康的线索研究。最常见的是：
- 超声波检测-移动设备产生的自然超声波信号的变化
- 油分析。表面-表面接触和氧化产生的颗粒;高浓度会增加伤害
- 振动分析 - 由于损坏而变化了设备的振动特征
- 热成像-由于磨损引起的摩擦增加而引起的热特征的改变
- 电流分析 - 增加电流绘制以向负载供应扭矩，通常由润滑击穿，轴承缺陷和变速箱磨损等问题引起
- 可听见的噪音-后期设备问题引起的噪音，如缺陷，增加的表面与表面的接触，更高的摩擦等。
每种技术都有其优缺点。为了获得最佳效果，条件监控技术应与考虑的资产类型、作业的总体需求和业务实践相匹配。预警的程度是一个关键特征。石油分析等技术可以在故障发生前一年或更早发现损坏。对于许多维修部门来说，这几乎是太早了。他们需要得到足够的警告，才能订购零件并安排维修时间——几周，甚至一两个月。再多的话只会塞满他们的收件箱，给待办事项列表增加额外的任务。
像Dynapar公司的振动监测单元这样的状态监测系统，可以让组织通过对资产健康状况的持续洞察来先发制人。
被监控的资产类型也发挥作用。对生产力至关重要的一些常见资产包括风扇，泵，鼓风机，集尘器和输送机。在他们自己，这些单位并不昂贵，但当他们失败时，他们可以阻止整个生产地板。在最常见的故障原因中是轴承，它会产生频率下降的误差信号，因为设备继续降低。一种条件监测技术必须能够检测这些信号。超声波感测仅捕获更高的频率信号，并且对于检测接近故障的轴承中的问题并不有效。
热像仪可以识别问题资产(如轴承、齿轮、电机等)，但不能提供其他信息。另一方面，振动监测可以非常具体。在振动技术人员的手中，振动数据不仅可以用来隔离问题，如坏轴承或齿轮，它还可以用来确定确切的原因，如叶轮叶片开裂或齿轮齿断裂。特异性是另一个重要的特征。电流传感可以用来标记正在发展的问题。如果设备突然开始从驱动器吸取更多电流，以产生足够的扭矩来移动负载，这就表明存在问题。其原因可能不同，从润滑故障到轴承缺陷，再到过度收紧的皮带对电机轴施加压力。然而，确定具体负责的组件需要额外的故障排除。
特别是对于旋转资产，振动分析可能是未来问题的最好先行指标。它提供了高度具体的预先警告，在一个时间框架内交付，让资产所有者以最有效的方式为他们的组织作出响应。当使用额外的数据流(如温度读数和速度)进行分析时，振动数据可以提供对机器健康状况的详细了解，并支持预测性维护。
振动监测的关键好处之一是它自身延伸到软件的持续监控。振动技术人员配置自动分析工具，并建立触发系统以在违反条件时发送自动警报的阈值。分析结果变得便携式，可由任何具有许可的用户访问，可用于协作决策。
振动数据如何与物理系统相关联
振动是机器对输入刺激的响应。任何设备都有自然振荡或振动频率，周围其天然平衡。振动分析提供了一种定量理解不同部件的运动以及它们如何影响整个机器的方法。
我们可以在幅度和频率方面表征振动。这使我们可以将振动幅度视为时间和频率的函数。时间波形最适合在少于100 rpm下操作的资产，并在轴承缺陷的情况下分析振动幅度。频谱更好地确定系统中存在的频率，以帮助识别问题的源。根据系统的复杂性，可能需要在时间和频率空间中查看数据以最大化信息。
相位分析是一种额外的工具，可用于发现导致每次旋转特定角度位置振动的问题。这种技术可以用来揭示轴承同心度的问题，例如。
振动光谱由稳态信号的组合组成，该稳态信号连续重复，并且由于特定刺激而产生的瞬态信号。我们可以为同步，异步或子同步类峰值。此时，分析开始与物理系统紧密相关。
振动谱
为舷外轴承的风扇显示高1X峰(红点在左边)和谐波代表叶片。
同步的山峰
每个旋转的物理系统都有一个由基本旋转产生的基本振动频率。系统的频谱将在基频处显示一个尖峰，称为1X峰。频谱还将具有基频的谐波，称为2X(基频的两倍)，3X(基频的三倍)，等等。这些谐波通常与物理系统的各个方面相关。例如，一个六叶片风扇会产生6倍的峰值。对这些分量的任何改变都会增加谐波并改变振幅
异步的山峰
振动光谱还包含非数值倍数的异步峰值。轴承，皮带和其他组件产生异步峰值。
次同步峰值
振动谱还可以包括次同步振动峰，这些振动峰是由工作在基频以下的分量产生的，是基频的1/2、1/3或1/ 4倍。马达轴上的松带可能产生次同步尖峰。一些同步峰值也可能由轴承保持架缺陷引起。
分析数据
振动分析开始基于所涉及的组件构建系统的模型。振动专家可以产生理论谱;例如，包括基频和附加峰处的峰值，以表示风扇叶片，齿轮箱和其他部件。
下一步是捕获来自物理系统的数据以构建基线。一旦数据通过快速傅里叶变换（FFT）将数据数字化并转换为频率空间，可以将频谱与模型进行比较。如果两个人不同意，可能还有其他物理因素，模型未能考虑或可能已经存在问题。让我们假设资产是健康的，并且振动谱与模型很好。现在，系统应设置为自动（和频繁）数据捕获和分析。
在训练有素的振动技术人员手中，振动数据提供有关资产健康的全面信息。回想起上面的同步峰的讨论。如果机器的机械师改变，它们将以很好的方式改变振动谱，这些方式可以与物理损坏相关。我们六刀片风扇上的裂纹叶轮刀片将显着增加6倍峰的幅度。随着问题的恶化，幅度将增加。破碎的齿轮也将产生新的谐波的基本频率。轴承笼缺陷将显示为新的副同步峰值。
同一风扇在轴承缺陷开发后的振动频谱显示1X峰(左红点)的幅度降低了98%，伴随着2X和3X谐波的显著增加。附加谐波的出现是由轴承松动引起的。
振动频谱，时间波形和相位分析的组合可用于揭示许多类型的问题，包括：
- 损坏的风扇/泵刀片
- 破裂或破碎的齿轮
- 不平衡负载
- 破碎的焊接或螺栓，拆开转子杆
- 错位
- 转子与定子偏心
- 共振
防止振动监测的未来问题
上述技术的类型可用于以多种方式提高生产率。
密切监控难以触及的资产
在使用基于路由的技术难以访问的资产时，在线状态监测特别有用。考虑一种食品处理器，由单个屋顶吹风机提供10万平方英尺的生产设施。任何时候鼓风机失败，生产必须停止，费用超过每小时10,000美元。资产的灾难性失败需要屋顶起重机拆卸。这增加了两种成本和停机时间。手动状态监测是零星的 - 该装置很难在炎热的日子里监控，而冬天不可能进入屋顶覆盖着雪和冰。该公司的可靠性服务在其余的植物中使用了基于路线的监控。然而，对于此资产，它们安装了基于云的振动监视器，以跟踪显影缺陷。
他们配置了系统采取连续读数，随时将警报发送到关键利益相关者，随时振动数据超过某些阈值。安装后不到两周，缺陷恶化。在与其可靠性专家咨询后，运营团队决定在订购维修所需的部件时继续生产。来自振动监视器的连续数据流使它们能够保持资产运行的信心。
三周后，与缺陷相关的振动模式的幅度增加一倍多。鼓风机在白天末端关闭并在一夜之间修复。
通过远程振动监测，食品加工机能够避免灾难性轴承失效的成本和延误。此外，他们还有43天的轴承使用寿命。他们没有损失生产时间，支付快速部件的额外费用，或遭受从灾难性失败中恢复的停机费用。
Dynapar现场状态监测系统产生的风扇舷外轴承水平，垂直和轴向振动的趋势显示轴承缺陷的出现。
充满信心地运行困扰的资产
仅仅因为状态监视检测到一个问题，并不意味着必须立即更换组件。在线状况监视的主要好处之一是，资产运行状况的可见性使资产所有者能够选择他们希望如何响应问题。一家食品级纸制品制造商使用在线状态监测来保护其整体生产率。该公司主要纸张生产线的一个滚筒出现轴承问题。该线路24/7运行，并为设施中的所有其他线路供电。该公司希望继续运营这条线路，直到下一个预定的维护周期，但他们需要避免灾难性的故障。
频繁的振动分析会使这一点成为可能，但卷难以每周一次手动访问一次。相反，该公司的可靠性专家推荐了一个基于云的在线振动监视器，配置它为每小时捕获数据并在迅速更改时发送警报。随着条件恶化，系统继续监测轴承。安装单位后三周，在预定的维护期间替换轴承。
通过在该设备上安装基于云的振动监测系统，制造商能够继续作业，很好地预防轴承故障。
诊断根源
所有来自连续在线状态监控器的数据都带有时间戳，因此很容易将外部因素与资产状态的任何更改关联起来。例如，如果造成问题的因素是润滑故障，那么就有可能确定润滑间隔是否需要更改，或者问题是否是一个支持系统(如自动润滑系统)的问题。这些数据为维护和操作提供了更好的洞察，以便采取行动预防未来的问题。
确认新设备的正确安装
安装问题，如轴承不对准和偏心，可以从资产的振动频谱诊断。如果采集并记录了健康机器的一个频谱，维护团队可以将其作为维修后对振动频谱进行比较的基础。例如，如果皮带过紧，可以在造成损坏之前纠正错误。可以对维护程序进行修改，以防止今后再次发生此类问题。
这些只是几个例子，说明了状态监控如何帮助组织抵御未来的问题、最大化设备寿命和优化操作。特别是在线振动监测和分析，可以提供关于即使是难以到达的旋转资产的健康状况的连续颗粒细节。通过使用振动分析作为状态监控程序的中心支柱，并使用额外的数据类型(如温度传感、速度反馈等)来增强它，组织可以提高OEE并最小化拥有成本，从而提高整体生产率。
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