淺析大型設(shè)備遠(yuǎn)程在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)及應(yīng)用

（華電重工股份有限公司 ）

淺析大型設(shè)備遠(yuǎn)程在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)及應(yīng)用

胡春雁

（華電重工股份有限公司 ）

本文以華電重工上海技術(shù)中心遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷、維護(hù)為例，介紹了遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)在國內(nèi)工礦業(yè)企業(yè)電廠大型設(shè)備中的應(yīng)用，重點(diǎn)論述了遠(yuǎn)程在線監(jiān)控、診斷、維護(hù)系統(tǒng)的控制原理和組成。

遠(yuǎn)程診斷；故障診斷；遠(yuǎn)程監(jiān)控；診斷維護(hù)

0 引言

隨著電廠大型設(shè)備日益向大型化、自動(dòng)化和高精度、高效率、機(jī)電液一體化等方向發(fā)展，其性能與復(fù)雜程度不斷提高，各部分之間的關(guān)聯(lián)也越來越多。這一方面大大促進(jìn)了裝卸的效率，但另一方面復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)備，易出現(xiàn)突發(fā)性故障率高、維修費(fèi)用高、維修周期長等問題。故障發(fā)生后如果得不到及時(shí)解決不僅會(huì)因?yàn)檠訒r(shí)造成直接或間接的損失，而且由于設(shè)備分布地域廣，種類繁多，若都采用人為排查、定位故障，將使設(shè)備維護(hù)成本居高不下。

1 設(shè)備維護(hù)的發(fā)展

設(shè)備維護(hù)方式的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：即從早期的事后維護(hù)方式，發(fā)展到定期預(yù)防維護(hù)方式，現(xiàn)在正向基于狀態(tài)的維護(hù)方式發(fā)展。

遠(yuǎn)程在線監(jiān)控診斷技術(shù)是近年來為適應(yīng)當(dāng)代社會(huì)生產(chǎn)需要而迅速發(fā)展起來的一門新興科學(xué)技術(shù)，是提高設(shè)備運(yùn)行安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段。特別是在港口、碼頭、礦山、冶金等物料輸送頻繁的生產(chǎn)作業(yè)中運(yùn)用比較廣泛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用實(shí)時(shí)在線遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)可以將由人為、機(jī)械和技術(shù)等原因造成的故障停機(jī)時(shí)間縮短80%左右，并且可以做到發(fā)現(xiàn)故障隱患及時(shí)得到解決和修復(fù)。更重要的是，通過技術(shù)中心對大型設(shè)備遠(yuǎn)程在線及時(shí)監(jiān)控，可以不斷改進(jìn)設(shè)備的維修方式，不斷減少、減短設(shè)備維護(hù)人員在惡劣現(xiàn)場環(huán)境下的檢查次數(shù)，檢查頻率。遠(yuǎn)程在線監(jiān)測技術(shù)大量降低了設(shè)備維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，有效地提高了工程維護(hù)人員的設(shè)備管理效率。遠(yuǎn)程在線監(jiān)控技術(shù)為企業(yè)節(jié)省了大量的勞動(dòng)力成本，能克服眾多人力所不能及的維修空間難題等，為工程企業(yè)創(chuàng)造了高效的經(jīng)濟(jì)效益，也為企業(yè)帶來了較大的社會(huì)效益。

華電重工股份有限公司在各電廠、港口碼頭上均擁有大量的大型裝卸設(shè)備，這些設(shè)備分布的范圍廣，數(shù)量大，加之散貨裝卸作業(yè)粉塵大、工況惡劣，再加上長期的超負(fù)荷運(yùn)行，所以對設(shè)備的安全監(jiān)控是保證整個(gè)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。系統(tǒng)對設(shè)備上的相關(guān)參數(shù)實(shí)時(shí)采集，設(shè)立遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，使得設(shè)計(jì)及調(diào)試人員能夠及時(shí)掌握港區(qū)各臺設(shè)備運(yùn)行工作狀態(tài)。

2 遠(yuǎn)程在線監(jiān)控診斷技術(shù)的控制原理及特點(diǎn)

遠(yuǎn)程在線監(jiān)控診斷的突出工作特點(diǎn)是被監(jiān)測設(shè)備與診斷工作的資源在不同的地域進(jìn)行，提供診斷服務(wù)的工作資源與被監(jiān)測設(shè)備之間通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)通信，組成一個(gè)比較分散又統(tǒng)一的邏輯整體，這使得遠(yuǎn)程的診斷資源為大型設(shè)備提供故障維護(hù)診斷監(jiān)測服務(wù)的形式有了新的特點(diǎn)。其一，遠(yuǎn)程在線診斷可以將監(jiān)測任務(wù)分解為不同故障區(qū)域的子故障，再利用不同地域的遠(yuǎn)程診斷資源進(jìn)行監(jiān)測，進(jìn)而將所有監(jiān)測結(jié)論集中判定，因此能得到比較精確的檢測結(jié)果；其二, 同地域的遠(yuǎn)程診斷工作資源將可以為不同地方、區(qū)域的多個(gè)大型設(shè)備或多種大型設(shè)備提供遠(yuǎn)程在線監(jiān)測診斷的服務(wù)。

因此, 開放式遠(yuǎn)程在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)具有如下的特點(diǎn)：①多種資源相互協(xié)作互動(dòng)。遠(yuǎn)程在線診斷系統(tǒng)中可以有多個(gè)診斷資源共同為一個(gè)大型設(shè)備協(xié)作進(jìn)行故障診斷。②多種設(shè)備都可適宜診斷。遠(yuǎn)程在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)能夠快速地構(gòu)建出相應(yīng)的符合現(xiàn)場實(shí)際需要的故障監(jiān)測系統(tǒng)，比較方便地為多種設(shè)備類型、不同區(qū)域地域的設(shè)備提供故障診斷服務(wù)。開放式的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)工作原理如圖開放式遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所示。

根據(jù)結(jié)構(gòu)圖顯示，其一，遠(yuǎn)程在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)診斷系統(tǒng)將依據(jù)具體實(shí)際請求服務(wù)的大型設(shè)備而相應(yīng)的調(diào)用遠(yuǎn)程通信接口和大型設(shè)備進(jìn)行交互，在線監(jiān)測相應(yīng)操作該大型設(shè)備以獲取其故障問題的癥狀，并將檢查監(jiān)測結(jié)果反饋給大型設(shè)備，即通過設(shè)備遠(yuǎn)程通信接口的適配裝置實(shí)現(xiàn)多種設(shè)備的故障診斷。其二，遠(yuǎn)程在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)可以依據(jù)所獲取的各種癥狀的形式，通過遠(yuǎn)程裝置通信接口調(diào)用多個(gè)多種不同的遠(yuǎn)程工作資源等共同為大型設(shè)備提供在線監(jiān)測診斷服務(wù)，并且協(xié)調(diào)多種診斷資源之間的關(guān)系，即通過遠(yuǎn)程在線系統(tǒng)的調(diào)度實(shí)現(xiàn)多種資源的協(xié)作。

3 遠(yuǎn)程在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)的組成

整個(gè)系統(tǒng)主要由機(jī)載系統(tǒng)和遠(yuǎn)程服務(wù)中心組成。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。其中機(jī)載系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集單元和現(xiàn)場數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)發(fā)單元組成。數(shù)據(jù)采集單元通常為設(shè)備的主控器，例如ΡLC或工控機(jī)等，除此之外有些設(shè)備上還外加視頻采集裝置，這些裝置均為設(shè)備自帶裝置。現(xiàn)場數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)發(fā)單元又稱黑匣子，用于收集主控器中的監(jiān)測數(shù)據(jù)并存儲，同時(shí)將其定期發(fā)送至遠(yuǎn)程服務(wù)中心。遠(yuǎn)程服務(wù)中心位于華電重工研發(fā)中心的遠(yuǎn)程監(jiān)控室中，其主要功能為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、健康評估和設(shè)備信息管理等。如圖2所示。

4 遠(yuǎn)程在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)研發(fā)和應(yīng)用

圖1 大型設(shè)備遠(yuǎn)程安全監(jiān)控管理組成結(jié)構(gòu)框圖

圖2 遠(yuǎn)程在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)圖

在華電重工研發(fā)中心的遠(yuǎn)程監(jiān)測中心還將記錄這些監(jiān)測的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，用于這些大型設(shè)備的健康評估和預(yù)測評估，大型設(shè)備的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測，及時(shí)了解大型設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，提防設(shè)備維護(hù)人員誤操作，減小工程項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)。遠(yuǎn)程在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)旨在將企業(yè)內(nèi)，甚至行業(yè)內(nèi)的專家資源整合起來，對日常問題的解決提供專家級的經(jīng)驗(yàn)和指導(dǎo)，并提供專家技能目錄，操作人員一旦碰到解決不了的技術(shù)故障，可以自己從在線監(jiān)測系統(tǒng)中找到解決方案，并且能夠知道哪些人力資源是這方面的專家?；蛘呖梢酝ㄟ^遠(yuǎn)程在線監(jiān)測維護(hù)平臺，請不在現(xiàn)場的專業(yè)維護(hù)工程師對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試、修改、查詢現(xiàn)場相關(guān)數(shù)據(jù)。這樣能夠大大提高企業(yè)的安全生產(chǎn)效率和員工解決問題的能力，并充分利用企業(yè)已有的經(jīng)驗(yàn)、知識和技能，解決目前施工中存在的現(xiàn)場維修能力差、故障解決周期長、直接影響生產(chǎn)作業(yè)的現(xiàn)實(shí)問題。

除此之外，在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心中還將深入研究設(shè)備的故障診斷與數(shù)據(jù)預(yù)測方法。首先機(jī)械零件設(shè)備、液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求維修技術(shù)人員具備較高的檢修技術(shù)水平；其次這些故障發(fā)生往往又有隱蔽性、連鎖性、偶然性和必然性并存等特點(diǎn)，使故障變得難以分析；再次，一些故障的產(chǎn)生是時(shí)間的積分，比如軸承的磨損、液壓管路的堵塞、電路的老化等，現(xiàn)場技術(shù)人員迫切需要一套這類故障的趨勢變化及前期預(yù)警系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對故障發(fā)生的前期有效控制；與此同時(shí)，華電重工也致力于研究裝卸設(shè)備的智能化，這些智能化的設(shè)備為故障監(jiān)測與診斷提供了充足有效的可采集數(shù)據(jù)；隨著我國工業(yè)化步伐的加快，工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，往往有多臺設(shè)備同期進(jìn)行施工，由于施工點(diǎn)多面廣，各施工隊(duì)伍相關(guān)設(shè)備維修技術(shù)力量參差不齊，也給設(shè)備的檢修帶來困難。鑒于以上幾種原因，研究大型設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)具有強(qiáng)烈的現(xiàn)實(shí)意義。

5 智能維護(hù)成為遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷裝備發(fā)展方向

在傳統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷領(lǐng)域，大部分技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用集中在監(jiān)測信號及監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的簡單處理、基礎(chǔ)智能算法研究和遠(yuǎn)程監(jiān)檢查數(shù)據(jù)技術(shù)方面。而從被動(dòng)維護(hù)到主動(dòng)維護(hù)的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測維護(hù)模式理念的智能化主動(dòng)維護(hù)技術(shù)，其重點(diǎn)在于提前進(jìn)行信息分析、性能衰退的過程預(yù)測、優(yōu)化維護(hù)方式、以信息分析為主的需求監(jiān)測等技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，以及產(chǎn)品和設(shè)備的主動(dòng)維護(hù)模式體現(xiàn)了預(yù)防為主、維修為輔的特性要求，從而使被監(jiān)測的設(shè)備達(dá)到零故障的目的和及時(shí)自我維護(hù)的目的，正在做到將問題控制在發(fā)生之前。

當(dāng)前，因工業(yè)行業(yè)對主動(dòng)預(yù)防性維護(hù)技術(shù)的研發(fā)比較熱衷，行業(yè)需求量也偏大，大型設(shè)備故障診斷領(lǐng)域的研究重點(diǎn)已逐步轉(zhuǎn)向遠(yuǎn)程在線狀態(tài)監(jiān)測、信息控制和反饋，預(yù)防性的維護(hù)，主動(dòng)的維修和故障提前診斷領(lǐng)域，為智能化維護(hù)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)做了充分的發(fā)展前提。實(shí)際上，目前的故障診斷研究已趨向在智能維護(hù)領(lǐng)域的初級發(fā)展階段了。

通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的遠(yuǎn)程在線診斷和主動(dòng)監(jiān)測維護(hù)技術(shù)已經(jīng)并影響到了傳感器領(lǐng)域的飛躍發(fā)展，于是出現(xiàn)了基于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)傳感器。它將互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)接口芯片與智能傳感器綜合集成起來，并把通信接口協(xié)議固化到智能傳感器的只讀硬盤中。網(wǎng)絡(luò)傳感器具備智能傳感器的全部功能，并且能夠和電腦網(wǎng)絡(luò)相互通信。目前，網(wǎng)絡(luò)傳感器在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中得到大范圍的推廣和應(yīng)用，它已經(jīng)成為現(xiàn)場級數(shù)字化傳感器。而網(wǎng)絡(luò)傳感器的發(fā)展和大范圍應(yīng)用，也反過來大大促進(jìn)了遠(yuǎn)程在線監(jiān)測和遠(yuǎn)程診斷維護(hù)技術(shù)的飛速發(fā)展和進(jìn)一步完善。

6 結(jié)束語

大型設(shè)備的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)科學(xué)、通信技術(shù)與故障診斷技術(shù)相結(jié)合的一種設(shè)備故障診斷方式。大型設(shè)備故障診斷技術(shù)和因特網(wǎng)相結(jié)合，有效地解決了傳統(tǒng)設(shè)備故障診斷和維護(hù)中存在的技術(shù)難題，大大提高了診斷的精確性和快捷性，大大降低了大型設(shè)備生產(chǎn)廠家的售后服務(wù)成本，更有效地提高了大型設(shè)備使用維護(hù)時(shí)設(shè)備故障處理、故障問題維修、技術(shù)難題克服等問題帶來的的快捷性、及時(shí)性、安全性和可行性問題，使技術(shù)難題不再難，更是減少了企業(yè)損失，降低了成本。因此，大型設(shè)備的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)在不久的將來會(huì)具備強(qiáng)大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。

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2015-11-10）