烟草设备的故障诊断技术应用

张勇

摘要：为提高烟草行业的生产效率与生产质量，需要对烟草设备进行高效的故障诊断，以提高设备的使用寿命，减少原材料、能源能资源的消耗。本文对烟草设备的特点与故障诊断基本原则进行了简要说明，指出烟草设备诊断中存在的诊断技术、诊断流程、人员管理、硬件条件等方面的不足，提出相关改进意见，并对故障诊断技术的发展前景进行探讨，希望为相关人士提供参考。

关键词：烟草；故障诊断；技术

一、烟草设备的特点

烟草设备是指烟草生产过程中应用的一般性设备与专用性设备的集合，一般性设备是指可以通用于较广泛应用场景下的锅炉、烘干机、压缩机等设备，专用性设备是指针对专用于烟草生产的烟丝膨胀机、引风机、压缩机、真空泵等设备，如图1所示，此外，还包括动力设备等，这些设备都具有较大的体积与复杂的机械结构，同时需要较高的生产效率应对烟草极高的市场需求量。根据烟草生产过程中各个设备的使用效率与频次，烟草设备也可以被分为关键设备与辅助设备，烟草企业以此对不同设备投入不同的维护资源，例如，对关键设备要求更高的保养与检修频次，同时对达到年限或工作量上限的设备进行强制报废与替换措施，以此确保生产的安全性与高效性。

二、烟草设备故障诊断的内涵

烟草设备的故障诊断是针对烟草设备已发生或潜在发生的故障诊断，由于烟草设备复杂的内部结构和烟草企业所需求的高生产效率，烟草设备的诊断需要满足精确性、简易性与快捷性三点原则。故障诊断一般分为简易式的外部诊断与精确式的内部诊断，其中，外部诊断是指检修烟草设备各零部件，外部诊断通过直接观察设备大范围零部件，确定是否满足正常工作的条件；内部诊断主要指通过专业的检测仪器定量测量各零部件的情况，内部检测相比于外部检测的优势还在于能快速定位模块中某一子模块或零部件的故障，而不用通过依次排查与多次实验确定问题，使问题检测更加精确且可靠。对比两种故障诊断方法，前者需要的技术难度更低，同时检测成本也更低，适合检修与维护技术成熟且以机械结构为主的传统设备，后者对技术、仪器的要求更高，适用于电控设备或主板的检修。

烟草设备的常见故障主要包括电气故障与机械故障，电气故障是指电路或负载的超负荷运转产生的故障，机械故障是指设备工作中由于摩擦、碰撞产生的设备形变或损坏故障。切丝机故障主要源于切割质地较硬的烟草原料时，电机超负荷运作或为提高扭矩而加大制动性导致的设备过热；加料机的故障主要源于变频器故障或运输通道的轴承支撑性与稳定性不足；烘丝机的故障往往由于温湿度检测装置失灵或排污管道堵塞导致等，设备的故障会直接影响烟草产品的质量。

三、烟草设备故障诊断存在的问题

（一）烟草设备故障检修技术普遍落后

随着烟草设备的迭代与更新，新兴的烟草设备与传统烟草设备的工作原理存在显著不同，随着烟草设备的大面积更新，无论是引进进口先进设备还是采用国产现代化设备，都面临检修技术落后的情况，尤其是进口设备故障检修工作的难度极大。检修技术的落后会直接影响烟草企业设备更新的计划，也会阻碍企业在市场中的竞争力。故障诊断技术的滞后还体现在检修效率较低，越是大规模的设备越需要复杂的检修技术，但在以人工为主导的传统故障诊断中，漏检、错检等人为误差也不断增大，不仅给设备带来严重的安全隐患，也给生产效率带来一定的负面影响。

（二）技术人员的专业素质与人才储备不足

技术与设备的迭代使得传统故障诊断人员的工作空间不断挤压，而现代故障诊断人才则出现大面积的缺口，对技术人才也从机械专业为主导的情况转换为电控、自动化等专业的招募，企业与技术人员的对接缺乏经验，也使相关技术无法落实。此外，设备的更新也改变了故障诊断队伍的架构，掌握机械、自动化与烟草生产等专业知识的综合性人才储备不足，故障诊断存在大量的重复与无效工作，原本高效且精确的故障诊断成为消耗人力物力、降低生产效率的工作。

（三）故障诊断频次过多导致设备使用寿命缩短

现代烟草设备往往采用电控驱动机械运转，但在正常的工作模式下，与电控模块相比，机械部分的磨损与形变仍是缩短机械使用寿命的主要原因。烟草设备长期高功率工作于高温、高压或高湿度的工作环境下，生产过程中的部分产物对烟草设备的腐蚀作用影响设备的使用寿命，因此设备应确保严格的密封性。如果频繁诊断或检修设备，有可能影响机械结构之间的连接与设备电控模块的密闭性，对设备造成不可逆转的损害。

（四）硬件设施不利于先进技术落实

烟草设备总体上存在内部空间狭小、设备严格密封、工作震动大、内部信号存在相互干扰等现象，对于现代化动态检测技术所要求的传感器数据采集造成一定困难，例如，由于传感器的加装布线等操作，会破坏设备的密封性，同时震动不断累积产生的共振，会影响传感器的数据采集情况，造成传感器脱落的风险。此外，由于油液分析、光谱分析等技术的使用成本较高、诊断周期较长，也不适用于实际工程中。因此，当前烟草设备故障诊断主要应用于通用设备或辅助设备，较少应用卷包等专用设备。

四、烟草设备故障诊断技术的优化与应用分析

（一）规范烟草设备故障诊断流程

针对烟草设备故障诊断存在的效率低与质量差的问题，应从制度出发，建立规范的故障诊断流程，以降低人为误差的干扰。故障诊断应从诊断管理与人员管理两方面出发。

对于诊断管理而言，烟草设备故障应根据加工阶段采用不同的方式，建立全周期的故障诊断流程，即在生产前、生产中与生产后分别进行不同方式的检测与维修，全方位掌握烟草设备故障信息，防止相似问题规模化与隐形化，从制度上提高烟草的生产效率与生产质量。对于人员管理而言，建立人员检修时间信息与检测信息档案，对比不同阶段设备检测信息报告，对缺乏连贯性的检修报告进行溯源，设备反复发生故障或处于异常情况时，需要对相关负责人追责。

全周期故障检测下，生产的各个环节与部门需要形成更加紧密的联系，加强工作交接、信息交流与技术交互，适当开展内部不同部门之间的参观，确保员工了解烟草生产的各环节信息。在信息技术支持下，企业应积极利用线上资源开展员工的培训与实训，提高员工故障检测的深度与广度。此外，全周期故障检测下事前检测应发挥重要作用，以实现故障预警，将损失降到最低，企业还应利用信息化手段对故障进行系统化归纳管理，建立故障信息管理平台收集与发布故障信息，通过上位机通信动态监控各烟草设备的工作情况，对超过正常工作状态区间的设备发出预警，以提醒技术人员尽快处理。

（二）提高故障诊断的针对性

故障诊断的目的是精确、高效找到设备发生故障的原因，尽快修复故障并恢复生产，尽可能降低企业经济损失。故障诊断必须将将消耗的时间、材料与人力成本尽可能降低，应与精密的保养、维修与操作形成规范操作生产链，消除人为失误造成的故障，缩小故障诊断范围。

此外，诊断设备的选择也要有针对性，例如通过温度测量分析仪与红外热像仪分别检测气、液、固体的精确温度与机械设备的局部温度与平均温度，通过震动检测仪分析设备震动的基波信号。根据设备型号、上位机软硬件、通信网络、生产烟草种类采取不同型号的故障诊断仪器，实现更加精确的故障诊断。

（三）确保故障诊断技术的先进性

现代烟草诊断技术需要在追求技术先进性、高效性、稳定性与低成本之间达到平衡，可以采取在线监测与离线操作结合的故障诊断模式。在线监测是指设备工况能实时受到上位机的监测，控制信号通过无线网络传输，而离线操作是指单个设备本地情况下的自动化操作。在线与离线的结合是在设备中嵌入微型传感器，通过信号放大器处理信号，设置一定的采样周期将信号离散化，最后间隔一段时间将数据上传云端，相比于实时上传，这种间隔上传能有效解决实际工程中存在的带宽有限、网络拥堵、信号处理效率有限等问题，确保数据采集与处理的可行性。

（四）注意故障诊断的特征提取与内在逻辑

设备的异常振动是烟草设备中的常见故障，以振动故障为例，排除人为因素与环境因素，异常振动的主要原因有摩擦震动、自激振动、强迫震动等，采用频谱分析的方式能准确反映振动发生的特征与机理，从而使故障缩小到一定范围。在分析频谱时，要注意采集设备的振荡频率，通过频谱分析将其分解为基波、电磁振动波与其他高次谐波或分谐波，随后分析振动波的振幅、相位以及与转速的关系，如果异常振动体现在基频上，振动原因可能为平衡震动；如果异常振动体现在高次谐波上，振动原因可能为摩擦振动，但故障之间也可能产生多种影响，例如，不平衡、动静摩擦、热弯曲、膨胀不顺之间互为因果，因此在使用先进诊断技术的同时，也要注意特征提取的主次关系与故障发生的内在规律。

五、烟草设备故障诊断技术的展望

信息技术支持下的智能化故障检测是烟草设备自动化的重要发展方向，智能化故障检测要能实现设备故障的去人工化检测、远程监测与自动检测。智能化的故障检测技术通过设备上的无线互联模块将工厂内的全部设备组成局域网，如图2所示，通过一台上位机检测并控制所有加工设备，烟草设备通过内置的高精度传感器采集工作环境的温湿度、振动频率、噪音、位移、角度与热效率等基本工作信息，再通过无线网络上传至信息平台进行数据的保存与处理，实现动态化的信息检测与远程故障诊断。实现这一功能中，传感器的选用、设置的位置、数据的采集、处理以及诊断策略的制定都是技术重点与难点，因此需要技术人员不断试验，以找出更可靠的技术。

未来故障诊断将是更精准的特征提取网络、更有效的专家系统之间的结合，应积极利用小波神经网络等现代化处理手段或取代传统的信号与频谱处理手段，以提高智能化故障诊断系统的泛化能力与学习能力。此外，现代神经网络实际上一种基于概率的诊断网络，要注意原始数据提取时的数量与质量，进一步提高该检测方法的质量，提升烟草制丝设备维护的速度和效果。

六、结语

烟草行业对我国经济发展具有重要意义，烟草行业也是加工技术、设备管理与故障诊断技术、人员管理技术等方面的多元化发展。因此，烟草企业应提高对设备故障诊断的认知与重视程度，从深度、广度与工程伦理等方面出发，加强对专业技术人员的招募与培养，实现烟草设备故障诊断的可持续发展，为我国烟草行业发展作出重要贡献。

参考文献：

[1]李世杰.烟草设备的故障诊断技术应用[J].科技创新导报，2021，18（14）：48-50.

[2]秦丹飞.声振检测仪在烟草卷包设备故障诊断中的应用[J].黑龙江科技信息，2017（06）：16.

[3]刘亚斌.烟草设备的故障诊断技术应用分析[J].中国机械，2022（03）：84-86.