宣鋼設(shè)備在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)

張明明

（河鋼集團(tuán)宣化鋼鐵有限公司，河北張家口 075100）

0 引言

“中國制造2025”指出：“推進(jìn)制造過程智能化。實施工業(yè)云及工業(yè)大數(shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用試點，建設(shè)一批高質(zhì)量的工業(yè)云服務(wù)和工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺。”智能監(jiān)測、遠(yuǎn)程診斷與工業(yè)云和工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺深度融合為工業(yè)行業(yè)指明了未來發(fā)展方向。宣鋼在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)是構(gòu)建智能設(shè)備管理體系，響應(yīng)“兩化融合、工業(yè)4.0”的必然產(chǎn)物，具有思路更加清晰、目標(biāo)更加明確、隱患排查率都有顯著提升的特點。在關(guān)鍵設(shè)備的在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)的應(yīng)用中，實現(xiàn)提前預(yù)判，隱患及時排查，避免設(shè)備事故的發(fā)生，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2018 年,宣化鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司與北京時代龍城科技有限責(zé)任公司合作建成宣鋼設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一套基于振動、溫度等設(shè)備狀態(tài)信息的遠(yuǎn)程實時監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，他利用安裝在設(shè)備上的振動、溫度一體化傳感獲取設(shè)備運行狀態(tài)下的振動、溫度信號，通過無線傳輸方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡脚_，再利用大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)智能篩選、異常數(shù)據(jù)報警并自動觸發(fā)報警機(jī)制。報警狀態(tài)可實時傳輸?shù)绞謾C(jī)APP，提醒設(shè)備管理人員與診斷工程師關(guān)注。診斷工程師通過診斷分析系統(tǒng)進(jìn)行專業(yè)數(shù)據(jù)分析，綜合設(shè)備結(jié)構(gòu)特點、參數(shù)、歷史運行維護(hù)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確判斷故障原因。

在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)采用模塊化可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)、通用加速度傳感器，分布式總線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用總線技術(shù)建立一個分布式的主從結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，放置在中央控制室的兩臺計算機(jī)為主站，分布在各裝置設(shè)備的數(shù)據(jù)采集站為從站。從站在主站的協(xié)調(diào)和控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸。根據(jù)設(shè)定的報警判斷機(jī)泵各測點的報警狀態(tài)、并以短信方式發(fā)送至相關(guān)設(shè)備管理人員手機(jī)等?；贐/S 結(jié)構(gòu)，授權(quán)用戶以WEB 瀏覽的形式察看現(xiàn)場設(shè)備運行的實時、歷史數(shù)據(jù)以及診斷圖譜，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷管理。

每個現(xiàn)場采集站負(fù)責(zé)采集匯總附近若干臺設(shè)備傳感器傳送過來的信號，傳感器與采集站之間采用4G 通信，數(shù)據(jù)接入工廠局域網(wǎng)，可與DCS 等控制系統(tǒng)通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，預(yù)留離線分析設(shè)備數(shù)據(jù)導(dǎo)入的功能。

針對設(shè)備特點，為便于現(xiàn)場技術(shù)人員多、快、好、省地診斷出設(shè)備故障，摒棄掉大機(jī)組在線監(jiān)測系統(tǒng)中不適宜設(shè)備故障特征的診斷方式，將目標(biāo)集中于滾動軸承、機(jī)械密封和葉輪轉(zhuǎn)子故障方面，軟件系統(tǒng)能夠同時分析設(shè)備機(jī)械部件故障和流體故障以及電機(jī)電氣故障和機(jī)械故障，軟件可連續(xù)采集和全同步數(shù)據(jù)采集，能夠進(jìn)行高分辨率頻譜分析、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集監(jiān)測站譜線分辨率6400 線以上，分析頻率10 倍頻以上。軟件系統(tǒng)針對滾動軸承支持包絡(luò)分析和倒頻譜分析等，同時支持接入轉(zhuǎn)速或鑒相測量數(shù)據(jù)后進(jìn)行的階次分析。在轉(zhuǎn)速傳感器或鑒相觸發(fā)的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)等角度采樣，同步整周期振動信號采樣，在無鑒相數(shù)據(jù)信號時，能自動根據(jù)指定振動信號推斷機(jī)組轉(zhuǎn)速。能夠自動識別啟停機(jī)、平穩(wěn)運行等機(jī)組狀態(tài)，自動優(yōu)化采集和存儲策略。能夠?qū)φ＿\行數(shù)據(jù)、啟停機(jī)數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)和突變數(shù)據(jù)進(jìn)行分類標(biāo)識，方便數(shù)據(jù)索引，分類存儲，在保證不丟失數(shù)據(jù)的情況下，盡量減少存儲空間。軟件系統(tǒng)能夠基于絕對標(biāo)準(zhǔn)和相對標(biāo)準(zhǔn)融合自動報警；軟件包含滾動軸承特征頻率庫，與監(jiān)測系統(tǒng)軟件自動結(jié)合，實現(xiàn)對設(shè)備滾動軸承的精細(xì)診斷，滾動軸承故障基于振動加速度包絡(luò)和振動能量雙重參數(shù)自動報警，專用軟件系統(tǒng)插件專門用于設(shè)備流體相關(guān)故障識別。

1 可靠的在線設(shè)備分析

如果機(jī)組測點是同一徑向截面上相互垂直的兩個傳感器，那么就可以實時顯示軸心軌跡。軸心軌跡標(biāo)尺自動放大或縮小，單位根據(jù)傳感器測量參數(shù)自動轉(zhuǎn)換。而不需人為干預(yù)。

2 強大的上位機(jī)設(shè)備分析功能

機(jī)組運行的臨時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)頻譜數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，都為機(jī)器的狀態(tài)離線分析提供豐富的信息。為了讓用戶對機(jī)組的各種工況狀態(tài)和運行狀態(tài)發(fā)展趨勢充分了解，系統(tǒng)提供時域波形、幅值譜圖、譜差、倒譜、互相關(guān)、自相關(guān)、互譜、包絡(luò)波、包絡(luò)譜、歷史數(shù)據(jù)的峭度趨勢、峰值趨勢和有效值趨勢、啟停機(jī)的瀑布圖和伯特圖、多文件分析，濾波等。此外引入現(xiàn)代時頻分析：小波分析、維格納分析等多種設(shè)備故障分析方法。用戶可通過選擇不同數(shù)據(jù)類型的一個、兩個或多個數(shù)據(jù)進(jìn)入不同的分析功能。

3 參數(shù)可選的智能故障診斷專家系統(tǒng)

將事先選擇好的數(shù)據(jù)，通過輸入該數(shù)據(jù)對應(yīng)機(jī)組的轉(zhuǎn)速，來提取該數(shù)據(jù)的各種頻率特征，例如1 倍頻、2 倍頻、3 倍頻及分頻等。然后根據(jù)提取到的頻率特征及幅值，儀器可對故障進(jìn)行自動識別。按照故障可能性，診斷出4 個相匹配的故障結(jié)論，并按照每個故障分別給出相應(yīng)的維修建議。

4 手機(jī)直接查看設(shè)備狀態(tài)

無需安裝軟件，通過手機(jī)瀏覽器即可登錄隨時隨地掌控設(shè)備振動健康狀態(tài)，通過綠（允許），黃（注意），紅（危險）三色標(biāo)識設(shè)備健康狀態(tài)。同時評價設(shè)備的健康指數(shù)（0～100）。振動監(jiān)測畫面如圖1 所示。

5 多功能報警策略

異常報警可直接發(fā)送到手機(jī)短信或微信上。故障報警的準(zhǔn)確性極為關(guān)鍵。

（1）按照監(jiān)測值分類為：絕對值報警和相對值報警。

（2）按照監(jiān)測對象分類：設(shè)備級報警和部件級報警。

（3）按照報警級別分類：正常、警告和危險。

（4）按運行工況分：報警值與報警曲線（曲面），需要特別強調(diào)的是，對于變工況設(shè)備必須采用報警曲線報警，否則監(jiān)測沒有效果。

（5）按設(shè)定報警的方法分為絕對法、類比法、相對法和大數(shù)據(jù)法。報警功能交叉使用時報警達(dá)到真正準(zhǔn)確的程度。

宣鋼在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)實時在線監(jiān)測設(shè)備29 臺大型重要設(shè)備，由于應(yīng)用開展時間較短，理論研究還不夠深入，使得此項目與國內(nèi)外頂級水平相比還停留在相對弱勢的層面，在今后工作中，經(jīng)過不斷努力和總結(jié)，做好現(xiàn)有設(shè)備的線監(jiān)測診斷，進(jìn)一步深化，更加準(zhǔn)確、快速的掌握設(shè)備時實動態(tài)。

6 在線監(jiān)測診斷遇到的問題

圖1 振動監(jiān)測畫面

在線監(jiān)測診斷遇到最常見的問題是測振點傳感器松弛，造成重復(fù)性誤報警增多。處理有幾種辦法。將導(dǎo)線端打結(jié)，避免由于長期導(dǎo)線作用而時傳感器受到拉力；將導(dǎo)線末端固定防止導(dǎo)線晃動對信號干擾；發(fā)現(xiàn)問題后處理上報以及分析能力，分析的結(jié)果往往是，不平衡、不對中、齒輪嚙合問題、軸承損壞。公司存在大部分類似問題，但是往往不對中問題，尤其是角度不對中伴隨著打齒、軸承損壞現(xiàn)象，后臺分析比較單一沒有綜合分析到位，檢修安裝后也是不能完全避免不平衡、不對中等問題。不能開機(jī)重啟的，一旦開機(jī)容易造成重大損失，公司分析未明確可以開機(jī)與否。如何通過管理和技術(shù)解決問題是長久以來的追求，各司其職，各盡其責(zé)。把管理水平最大化，降低成本，提高效益是我們的目標(biāo)。

7 結(jié)束語

大型設(shè)備穩(wěn)定運行是設(shè)備管理的重中之重，宣鋼構(gòu)建智能化大型設(shè)備在線監(jiān)測診斷平臺，對大型設(shè)備實現(xiàn)實時監(jiān)測診斷，掌握設(shè)備運行狀態(tài)的優(yōu)劣趨勢、設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)、大中定修計劃有重大意義。工業(yè)大數(shù)據(jù)概念是歷史的車輪，是新一輪的科技革命，百年宣鋼著眼以未來，為改革的浪潮添磚加瓦。