什么是機械狀態監測(設備在線監測知識百科)
狀態監控 (CM)
是監控機械特定狀態(例如振動、溫度、粘度、水分、磨粒、密度、介電等)以識別可能指示正在發生的故障的變化的過程。它是預測性維護的重要組成部分，因為實施狀態監測可以安排維護并采取預防措施來防止進一步的故障和隨后的計劃外停機。
一、什么是機械狀態監測？
狀態監測技術適用于一系列設備，包括旋轉機械、輔助系統以及壓縮機、泵、電機和壓力機等部件。
傳統的狀態監測主要基于振動分析，但更現代的創新技術使用傳感器監測實時測量設備不同的參數，并在檢測到變化時發送警報。例如現在的油液在線監測系統，它是一種基于傳感器技術監測設備潤滑系統的故障監測設備。
1、機械狀態監測系統是如何工作的?
曾經有一段時間，工程師通過將木棍靠在機器上并感受振動來檢查設備是否正常運行來進行狀態監測。然而，隨著數字技術、互聯網和先進維護技術 (AMT) 的使用，這一領域已取得了充足的發展。
現代持續實時監控意味著工程師可以根據需要安排計劃維護，而不是簡單地安排固定日期(即每六個月)的維護。這樣可以根據需要在更有效的時間安排維護，從而減少停機時間。
狀態監測還可以防止機器中的其他部件因某個部件故障而導致連鎖反應而發生故障。預測性維護的使用是反應性維護的巨大進步，反應性維護涉及使機器運行到出現故障，然后更換它或其組件。這提高了效率，消除了工作計劃中的意外停機，并大限度地減少了檢查程序(您可以在此處找到有關糾正性、預防性和預測性維護的更多信息)。
機械狀態監測大致可分為三個步驟：
(1)、安裝監控系統
狀態監測的第一步是將監測系統硬件安裝到您的可用設備上。這可能需要對您的現有資產進行一些改造或修改，不同的設備項目需要不同的方法或儀器。
(2)、基線數據測量
安裝監控系統后，您可以開始測量設備的性能。收集的數據可包括振動、轉子速度、溫度和過程傳感器數據。這將為您提供一個基線，您可以根據該基線監控設備未來的理想運行條件。
(3)、持續監控
該系統現在可以使用傳感器和狀態監控軟件來監控您的系統，以評估性能并提供診斷。當檢測到運行異常時，系統還可以發出警報，并評估數據以確定是否需要立即采取行動，或者機器是否可以在安排維護期間運行更長的時間。
(4)、狀態監測和物聯網
由于設備能夠相互連接和通信，物聯網 (IoT)將改變狀態監測。這意味著不同位置的聯網智能機器可以相互通信，以提供系統之間的聯合比較。
這些附加數據將幫助工程師就其機械和任何維護要求做出明智的決定。它還可以提高診斷效率，因為在一臺機器上進行熱成像或振動監測所需的時間現在可以用于同時測試多臺機器。
以這種方式連接機器可以提供整個生產過程的可比較的數據分析，無論機器是否執行類似的任務。一旦檢測到整個生產鏈的運行水平發生變化，操作員就可以評估問題可能出在哪里，并對即將發生的故障采取行動。
2、機械狀態監測的類型
可以使用多種不同的監控技術來評估設備的狀況。其中包括使用傳感器以及更多物理技術進行監控，例如檢查機油中的污染物。
雖然不同的方法可能指示相同的故障，但建議它們一起使用，以提供機器運行的整體情況。每種類型的狀態監測都涵蓋了一系列不同的技術來實現它們。
狀態監測類型包括：
(1)、電氣監控
電氣監測涉及利用電氣參數偏差的原理來發現不足或故障。這些參數包括電容、頻率響應、感應、脈沖響應和電阻，以定位潛在問題。該方法使用退化趨勢的測量來確定是否需要采取措施來防止系統故障。
技術包括：
交流磁場測量 (ACFM)
電池阻抗測試
高電位測試
兆歐表測試
電機電路分析
功率特征分析
浪涌測試
(2)、電磁測量
這種類型的狀態監測通過測量場畸變和渦流變化來識別裂紋、腐蝕、弱點和其他不足。磁場被施加到表面壁上，當它們相互干擾時，它們會產生圖案，可用于識別材料質量和表面特征的惡化情況。電磁測試也可用于管道，將不足顯示為可測量和分析的干擾。
技術包括：
磁粉探傷
漏磁
金屬磁記憶法
脈沖渦流
遠場和近場渦流
飽和低頻渦流
其他渦流探傷
(3)、激光干涉測量
激光干涉測量法使用高精度的激光產生的光波長來測量波位移的變化。基于激光產生的光波的干涉，它用于定位材料(包括復合材料)的表面下和表面缺陷。它的工作原理是使用干涉儀捕獲和測量干涉圖案。這些圖案可以顯示材料特性的差異，例如材料中是否存在腐蝕、空洞或表面缺陷。
技術包括：
數字全息術
電子散斑干涉測量法
全息干涉測量
激光剪切散斑分析法
激光超聲波
應變圖
(4)、電機電路分析
MCA(即電機電路分析)由對電機進行的一系列計算機化測試組成，以確定其狀況以及是否存在任何可能的潛在故障源。MCA 測試重關注電氣不平衡和絕緣退化，這是電機故障的主要原因。測試通常分為基于電壓或基于電流的測試，包括通過/不通過測試以及需要隨時間跟蹤以確定故障發展情況的測試。
檢查包括：
氣隙
絕緣
線上和線下測試制度
電源電路/電流特征
電能質量
轉子
定子
(5)、油液分析/摩擦學
當機器磨損或過熱時，污染物會沉積到潤滑油、設備液體和其他工作液體中。該技術收集并測試這些油、液體和潤滑劑，以揭示是否存在任何污染物，從而解釋機器可能會發生故障的程度。
技術包括：
介電強度測試
鐵譜法
傅里葉變換紅外光譜
ICP/原子發射光譜
微生物分析
顆粒定量指數(檢查鐵含量)
電位滴定/總酸值和總堿值
是否存在水質測試
沉積物測試
紫外光譜
(6)、性能監控/過程變量和性能趨勢/觀察和監視
這種傳統的狀態監測類型涉及目視檢查和使用工程師的身體感官來判斷機器的運行情況。與輸出跟蹤和制造性能測量結合使用，工程師可以識別與預期結果的任何偏差，這可能表明設備存在問題。這些類型的檢查在今天仍然很有價值，特別是當無法進行更先進的技術測試時，盡管它們依賴于一定程度的經驗、記錄保存和專家解釋。
技術包括：
音頻檢查
停機時間分析
流量
產出或績效趨勢
壓力
溫度
觸摸檢查
視力檢查
(7)、射線照相/輻射分析/中子射線照相
一些更理想的無損檢測方法，這些類型的狀態監測使用輻射成像來發現設備或零件的內部缺陷。這些方法基于通過材料的差異吸收或輻射，因為腐蝕區域和缺陷吸收到未受影響區域的輻射量不同?？梢詼y量和分析吸收率以發現任何缺陷，這些技術也可用于昆蟲鑄件、燒結零件和焊件。
技術包括：
計算機放射線照相
計算機斷層掃描 (CT)
直接射線照相
中子后向散射
中子射線照相
材料可靠性鑒定 (PMI)
(8)、熱成像/溫度測量/紅外熱成像
隨著故障的發生，機械和零件往往會升溫，這表明未對準、不平衡、潤滑不良、部件磨損、機械應力或電氣過熱。熱成像技術可以通過捕獲設備發出的熱輻射圖案的圖像來識別此類熱異常，從而允許使用數據收集和分析來識別潛在的故障或部件退化。這種類型的狀態監測用于識別電氣連接過熱、管道泄漏或壓力容器缺陷等問題。
技術包括：
比較熱成像
比較定性熱成像
比較定量熱成像
鎖定測溫
脈沖相位測溫
脈沖測溫
與溫度相關的變色液體
與溫度相關的變色油漆貼紙
(9)、超聲波監測/聲學分析/機載超聲波監測
超聲波監測技術使用高頻聲波來檢測零件缺陷，包括泄漏、零件固定和空腔。這些方法用于設備、軸承和旋轉部件，可以檢測摩擦力的微小變化，而使用振動分析等技術可能會錯過這些變化。這些監測方法可以為機器部件的老化提供早期預警系統，否則這些部件可能會被周圍的工廠噪音和溫度所掩蓋。
技術包括：
聲發射測試
聲學測距
機載超聲波
自動連續超聲波檢測
后壁回波衰減
干耦合超聲波檢測
內部旋轉檢查
遠距離超聲波檢測
相控陣測試
飛行時間衍射
超聲波反向散射技術
超聲波厚度和測量
(10)、振動分析/動態監測
機器零件、軸承、轉子或軸的磨損可能會導致它們以不尋常的模式振動，這些振動可以被監控、記錄和分析。這些振動模式可用于識別缺陷和潛在故障，包括由于不對中、不平衡甚至設計缺陷而導致的缺陷和潛在故障。當然，自從用木棍抵住機器(如上所述)的時代以來，技術已經進步，但理論仍然基本相同!
技術包括：
沖擊脈沖分析
寬帶振動分析
快速傅立葉變換
功率譜密度 (PSD)
頻譜圖/頻譜分析
時間波形分析
超聲波分析
二、為什么機械狀態監測很重要?
狀態監測是一種經過考驗的有效維護工具，正在被越來越多的行業所使用。從財務、運營和安全角度來看，狀態監測系統具有重要的優勢。
雖然狀態監測解決方案可能需要一些投資，但這些費用可以通過防止因機器故障而導致代價高昂的計劃外停機以及消除與根據運行時間而不是實際情況安排維護相關的不必要的維護成本來回報。
當與連接的系統一起使用時，狀態監測允許用戶充分利用計劃的維護停機時間，維修多臺機器并同時解決所有問題。
從安全角度來看，主動狀態監測也很重要，因為有效的機械監測和維護可以防止事故發生。
三、機械狀態監測設備有什么優點?
如上所述，狀態監測為維護計劃、運營成本、減少停機時間和安全性帶來了好處。它允許用戶確定資產是否可能發生故障、導致問題的原因以及何時可能發生故障。這使業主有時間在故障發生之前組織維護，避免計劃外停機，并允許在生產計劃中的合適時間安排維修。
因此，狀態監測的優點包括：
1、避免意外停機
避免計劃外停機可以為工業環境帶來一系列有益的結果。通過消除計劃外停機，您可以防止計劃外生產延誤，如果訂單未按時完成并且需要支付加班費才能完成工作，則可能會導致聲譽損失。此外，無需支付緊急呼叫維護人員的費用，這比預先安排的維護費用更高。
2、保護您的其他資產
機器故障可能會導致其他系統損壞，使問題進一步復雜化，同時還會增加維修或更換成本。因此，無需購買和存儲大量替換資產或零件，以防發生意外故障。相反，您會收到需要更換零件的預先警告，并可以根據需要及時訂購以進行定期維護。
3、減少不必要的維護以減少支出
使用狀態監測作為預測性維護計劃的一部分可以提高機械的穩定運轉。預防性維護計劃定期(即每年)或在設定的運行時間后設置，無論是否需要維護。通過狀態監測，只需在需要時安排維修即可消除不必要的維護和停機時間。這意味著您可以從每臺機器中獲得更多工作價值，降低總擁有成本并提高設備的穩定運行。
4、維護更高效
狀態監測可以通過指示故障可能所在的位置來實現更有效的維護。這意味著維護工程師在定位故障時無需檢查工作部件。這不僅可以節省時間，讓您的維護更快地完成，還可以節省為維護工程師浪費時間而支付的費用。
5、提高安全性
在機器損壞之前對其進行檢查和維修可以保障員工的安全，并有助于確保安全的工作實踐。狀態監測意味著業主可以在可能對附近工作的員工構成威脅的故障發生之前計劃維護。
6、提高資產效率
狀態監測還可以提高資產的效率。通過記錄哪些部件運行不良，您可以將效率改進工作集中在這些特定部件上，從而提高設備的整體能力。
四、機械狀態監測設備的缺點是什么?
盡管狀態監測有許多優點，但也存在一些缺點;特別是與狀態監測系統的初始設置有關。
這些缺點包括：
1、安裝費用較高
狀態監測設備的購買和安裝費用可能很高。在某些情況下，監控系統甚至可能需要修改資產以安裝傳感器。考慮到操作環境，還可能需要額外的傳感器成本，從而進一步增加安裝成本。
一些資產所有者可能會認為某些設備不值得投資，并且更愿意為易于維修的設備安排定期維護，甚至對非安全關鍵設備進行故障處理。
2、具備運營成本
狀態監測所需的持續數據分析需要對員工進行培訓才能實施，或者雇用具有所需知識和經驗的工程師。這些都會產生額外的成本，盡管這通?？梢员粻顟B監測的許多經濟效益所抵消(如上所示)。
3、不固定的維護計劃
雖然狀態監測為維護計劃提供了許多優勢，但一些操作員更喜歡簡單地定期安排維護。例如，建議每六個月維修一次機器，而不是等待機器在意外的時間出現磨損跡象。然而，大多數現代狀態監測技術都會對潛在故障提供預先警告，從而提供充足的時間來安排維護。
五、狀態監測設備的應用領域
狀態監測在整個行業中具有廣泛的應用，只要有機械或設備在使用。
它可用于所有形式的制造，以檢查機器的高 效和安全運行，防止故障以及相關的意外停機維修或更換。
狀態監測還用于檢測泄漏、氣蝕或流量，例如在管理石油和天然氣行業的管道、管道、壓力容器和存儲容器時。
CM技術也已應用于飛機 和老化車輛，并已在鐵路行業用于 列車門控制系統的振動分析 和鐵路狀況監測。這些相同的技術還用于維護其他工業資產，包括海洋環境和發電行業，例如風力渦輪機 機械 和旋轉部件的運行狀況。
六、什么是在線狀態監測?
在線狀態監測用于連續監測機器或生產過程。盡管這提供了不間斷的過程，但許多在線系統將在機器的關鍵啟動和關閉期間生成大部分數據。
由于在線狀態監測系統可以遠程工作，因此可以遠程檢索數據并進行分析，并由外部專家進行管理。
當超出預設限制時，在線監控系統會發出警告。這些故障排除措施通常發生在低于固定監控系統警報值的限值。這樣，它們將指示過度磨損和潛在的維護需求，而不是直接的風險。
通過將警報分配給專家，可以立即分析機器行為的任何變化，并在必要時采取行動。
七、狀態監測設備結論
作為確保資產安全運行和提高 效率的一種方法，狀態監測在整個行業中變得越來越普遍。允許定期和定向維護并消除不必要的程序可以節省時間和開支，同時還能確保滿足生產計劃。
盡管在某些情況下，預防性維護優于 CM 輔助的預測性維護，但許多資產所有者正在意識到狀態監測系統的好處。
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