大米色选机首次故障前平均工作时间试验方法研究

■文/左维诚

　　我国的稻谷产量居世界之首，随着社会经济的不断发展和物质文化生活水平的逐步提高，人们对大米的消费逐步向优质化、功能化、绿色化方向发展。人们注重食品的精度和卫生程度，并且对加工食品的原料精度和纯度的要求也越来越严格，大米色选机的应用随之变得非常普及。

　　研究背景和意义

　　大米的筛选不同于其它粮食原料的筛选，经过了长期的研究分析，人们发现颜色的不同、反光率的差异是正常米和异色米之间的分界点，可用光电比色的方法和设备将坏米剔除。该技术转化为产品(大米色选机)后，广泛应用于农业、食品业、工业、矿业等，提高物料的品质，增加附加值，保障食用、使用时的安全性。

　　大米色选机是合肥特色产品之一，在全国占有绝大部分市场，具有全国影响力，但安徽省地方标准DB34/T1396-2011中规定的首次故障前平均工作时间和有效度项目存在一定的试验难度，由于试验时间长，试验人员无法在现场证实试验结果，因此，采用的是数据统计方法，所取得的结果存在可靠性问题，为了解决这个问题，我们需要研制大米色选机首次故障前平均工作时间试验监控装置，把检测技术与网络通信结合起来，并通过远程监测诊断，具有现实意义，本项研究也会为其他设备的首次故障前平均工作时间试验方式，提供有益的参考。

　　本课题的研究任务是研究并设计生产一套对大米色选机进行首次故障前平均工作时间试验监控的装置。系统主要组成包括：INTER网络通信、监控色选机、电流传感器、电压传感器、温度传感器、气源压力传感器、噪声传感器、振动传感器、下位控制计算机、上位控制计算机等组成。通过长时间的监控获取大米色选机工作特征参数，完成对大米色选机的首次故障前平均工作时间检测。

　　监控装置设计方案

　　大米色选机首次故障前平均工作时间试验监控装置设计方案：

　　利用网络化远程无故障监控技术，可在内场实验室实现对外场大米色选机的远程指标测试、远程故障分析诊断、实时任务远程监视和仪器仪表的远程计量等功能。这不仅实现了对大米色选机设备运行状况连续有效监控，而且能准确记录设备首次故障前的工作时间和出现故障的部位，在设备出现运行故障时能实现自动关机、能实现监控数据的短程传输功能、能实现监控数据的远程传输扩展功能。在满足大米色选机可靠性检测的基础上，既作为机械设备的可靠性、有效度、疲劳寿命的检测装置，也可拓展为各类生产设备、生产线的在线监控（见图1）。
　　首次故障前平均工作时间试验监控原理是利用被监控的设备提供的一切有用信息，经过分析处理以获得最能识别设备状态的特征参数，以便做出正确的监控结论。传感器安装在监控设备上，以传递温度、压力、振动、变形等信号，这些信号进一步转化为电信号，输入到信号处理装置，在信号处理装置中将输入的监控信号与预先储存在系统内的标准信号进行比较，标准信号是根据事先积累的大量数据资料和实际经验分析归纳而制定出来的判定标准，是设备各种参数的允许值。通过比较做出判断，确定故障的部位。

　　首次故障前平均工作时间试验监控过程主要是测取与设备运行有关的状态信号。状态信号是故障信息的唯一载体，也是监控的唯一依据。因此，在状态监测中需要及时、准确地获取状态信号，主要是依靠传感器或其它监测手段进行故障信号的检测（见图2）。

　　主要研究工作

　　大米色选机首次故障前平均工作时间监控的目的就是要确定机械运行状况、计量首次故障前平均工作时间，检查故障部位、分析故障产生的原因。首次故障前平均工作时间试验监控系统涉及监控摩擦学、材料学、力学、电学、智能控制、计算机、化学等多种学科；包括机械制造、金属结构、液压、电气和制动化等相关专业多方面知识，是综合应用现代维修理论、相关基础学科理论和各种检查技术、工艺手段，以设备的实际状况为基础，通过设备故障监控技术与计算机网络技术相结合，在设备上建立状态监测点，采集设备状态数据；建立监控中心对设备运行进行监控。实现远程故障监控，使设备的故障监控更加灵活方便，实现资源共享。

　　本项目研究目的是设计并生产一套光电系统，满足大米色选机光电检测系统总体设计方案的要求。光电系统主要工作包括监控色选机的机械设计、加工；相机的装配和校准；检测光谱的确定、光源的选择、成像系统的设计与试验；光学系统所有组成部分的机械结构设计与加工装配。同时完成相关数据的采集与通信任务，方便进行数据库操作查询。

　　监控色选机工作原理

　　本项研究中所采集的设备参数包括色选精度、振动、温度、电流、电压和噪声，其中最重要的方面就是色选精度，监控色选机是利用光电原理，从大批物料中将颜色不正常、表面有缺陷或内部变质的次品及外来夹杂物无损地检出并计数。

　　监控色选机对大米色选机分选后的大米进行选率确认之前，要根据所选原料米中杂质的比例和种类，设定监控色选模式和产量等参数。然后将待分选的原料米输送到进料斗，通过喂料器向滑槽供料，米粒在滑槽中排列，形成速度较为均匀的米流下滑到一次色选光电传感器/CCD摄像头检测区进行扫描、分辨、判别、计数。

　　远程诊断监控装置系统组成

　　远程诊断监控装置测试系统的主要功能可分为数据采集、数据测试及分析和结果输出显示等三大部分，其中数据分析和结果输出完全可由基于计算机的软件系统来完成，还要选用合适的硬件系统，才能构成基于远程诊断监控装置的测试系统。远程诊断监控装置基于PC机的单机系统。作为单机系统利用计算机软件对数据采集、存贮、分析、处理、传输及控制的强大功能（见图3）。
　　研究方法总结

　　现代化设备日趋大型化、连续化、机电一体化，其性能与复杂程度不断提高，机械设备的可靠性和有效度试验是全球性的技术难题，机械设备的平均首次故障前工作时间和有效度项目一般试验时间均在几百小时以上，且机械设备检测大都为现场检测，靠试验人员监视设备运行状况存在一定难度和局限性，因此，急切需要研究开发出能长时间连续监视机械设备运行状况的装置，解决机械设备检测中的实际困难对设备故障的监控也更为重要。本项课题所研究的监控装置有一定的通用性，不仅能针对大米色选机光机首次故障前平均工作时间试验监控装置进行设计，还采用多通道多参数采集，不同种类的机械设备可选用不同的参数采集，研究监控装置加入了如故障报警、严重故障时自动关机、数据的即时传输等附加功能，将异地的信息技术协调起来进行实时监控，建立远程首次故障前平均工作时间试验监控系统是解决问题的很好的方法，是对机械设备可靠性和有效度试验的有效创新。

　　（作者单位：安徽省产品质量监督检验研究院）

　　《中国质量技术监督》2014年9月刊