設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)在冶金行業(yè)中的實(shí)施

常寶富

（河鋼唐鋼檢修分公司，河北 唐山 063000）

隨著設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的快速發(fā)展和積極推廣，以及高端客戶對冶金企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的嚴(yán)格認(rèn)證，加之冶金行業(yè)中優(yōu)秀的企業(yè)正大力發(fā)展高端產(chǎn)品增加利潤等因素，使得鋼鐵行業(yè)越發(fā)重視設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)。

1 背景介紹

1.1 傳統(tǒng)點(diǎn)檢制度的分析

傳統(tǒng)的點(diǎn)檢模式是點(diǎn)檢員通過基于五感及技能的日常點(diǎn)檢，這種方式的確為產(chǎn)線穩(wěn)定順行起到了重要作用，但是也存在很多弊端，如不同點(diǎn)檢員點(diǎn)檢結(jié)果差異大，無法實(shí)現(xiàn)劣化趨勢預(yù)測等，并且點(diǎn)檢人工成本高、檢測及時性差。同時，點(diǎn)檢員很難及時且準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)早期故障[1]，這樣就會使早期故障逐漸劣化造成突發(fā)事故。

1.2 設(shè)備維修模式分析

冶金企業(yè)的設(shè)備多為大型設(shè)備，負(fù)載高，磨損率高，隨著長時間運(yùn)行容易出現(xiàn)一些早期故障，如果不及時處理容易造成突發(fā)性事故。傳統(tǒng)的維修模式主要是事后維修和定期維修，事后維修是指設(shè)備發(fā)生事故后進(jìn)行維修，這種維修方式不僅會產(chǎn)生的巨大的經(jīng)濟(jì)損失甚至還會發(fā)生較大的安全事故；定期維修主要是靠經(jīng)驗(yàn)積累制定檢修周期，這種方式會導(dǎo)致設(shè)備的維修不及時從而造成設(shè)備事故，同時也會導(dǎo)致設(shè)備的“過維修”造成維修成本的升高，加快設(shè)備的磨損和老化，影響設(shè)備精度。

1.3 現(xiàn)代化冶金企業(yè)對提高設(shè)備管理水平的迫切需求

在《中國制造2025》中，智能制造被定位為中國制造的主攻方向。為達(dá)到智能制造的目標(biāo)，冶金企業(yè)也在不斷的提高設(shè)備的自動化和智能化程度，近年來多家大型鋼鐵企業(yè)也提出打造智能工廠以及無人工廠的說法。這些都為設(shè)備管理提出了更高的要求。

2 冶金行業(yè)采用在線監(jiān)測的意義

2.1 實(shí)現(xiàn)科學(xué)的點(diǎn)檢和維修模式

目前檢修主要分為應(yīng)急性維修、主動性維修、預(yù)防性維修和預(yù)知性維修。據(jù)統(tǒng)計(jì)，先進(jìn)企業(yè)將80%的維修資源用于預(yù)知性和預(yù)防性維修。

圖1 冶金企業(yè)設(shè)備檢修成本分布圖

預(yù)知性維修需要依賴基于先進(jìn)設(shè)備檢測技術(shù)的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，通過設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的實(shí)施，可以實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)備維修策略，準(zhǔn)確制定檢修周期以及檢修部位，優(yōu)化設(shè)備利用率、減少維護(hù)成本，進(jìn)一步提高生產(chǎn)力和設(shè)備效率，從而更好地實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的管理和維護(hù)。

2.2 實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)備管理

提高設(shè)備管理水平使設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要保障，單靠人力點(diǎn)檢已經(jīng)無法滿足這一目標(biāo)，因此依靠狀態(tài)監(jiān)測幫助企業(yè)更加全面的了解設(shè)備狀態(tài)和劣化趨勢，實(shí)現(xiàn)設(shè)備趨勢分析和設(shè)備精密診斷，從而逐步改進(jìn)維修策略，達(dá)到預(yù)測性維修，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化管理是實(shí)現(xiàn)智能制造道路的必由之路。

2.3 實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)

冶金企業(yè)設(shè)備密集且都是大型設(shè)備，并且運(yùn)行工況復(fù)雜危險(xiǎn)源多，設(shè)備由于小的故障造成大的安全事故不勝枚舉，對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控對早期故障進(jìn)行及時處理，可以大幅度減少突發(fā)事故的發(fā)生幾率。

3 冶金行業(yè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測問題分析

近些年，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，有效的應(yīng)用在石油和電力等行業(yè)，但是在冶金行業(yè)應(yīng)用卻很難達(dá)到預(yù)期的效果，這主要是由于冶金設(shè)備具有低速重載、變速變載荷的特性，工況運(yùn)行復(fù)雜且多變[3]，導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)有很多復(fù)雜的頻率成分產(chǎn)生，從而為冶金設(shè)備的故障診斷造成很大的難度，以下是冶金設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測的主要難點(diǎn)。

（1）冶金設(shè)備由于生產(chǎn)工藝的原因會經(jīng)常產(chǎn)生很大的瞬時沖擊力，從而產(chǎn)生很高的振動頻率并且超過傳感器的量程[4]，引起極低頻率的升高，產(chǎn)生誤報(bào)警；除此之外，還會產(chǎn)生很多復(fù)雜的頻率成分來混淆真實(shí)的故障頻率，從而給分析造成困難。

（2）由于冶金設(shè)備運(yùn)行變速變載荷的特性很難準(zhǔn)確的分析出設(shè)備的劣化趨勢，并且也很難定出設(shè)備準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)警值，這樣就會產(chǎn)生漏報(bào)和誤報(bào)現(xiàn)象，沒有準(zhǔn)確的報(bào)警值就失去了狀態(tài)監(jiān)測的意義。

圖2 冷軋軋機(jī)振動采集時檢測的電流和轉(zhuǎn)速的變化

（3）現(xiàn)在多數(shù)在線和離線檢測儀器都是采用加速度傳感器，市面上普通的加速度傳感器的量程是0.5Hz到10000Hz且傳感器在5Hz以下線性就不好了，并且在后期數(shù)據(jù)處理中很難通過補(bǔ)償計(jì)算進(jìn)行處理。例如酸軋活套減速機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測。

表1 酸軋活套減速機(jī)的設(shè)備部分?jǐn)?shù)據(jù)

表2 各故障頻率產(chǎn)生的范圍

該設(shè)備運(yùn)行速度變化程度較大，多數(shù)在200RPM～900RPM之間，且3軸和4軸的轉(zhuǎn)頻都處在有效量程之外，4軸使用普通的加速度傳感器已經(jīng)無法檢測轉(zhuǎn)頻，除此之外軸承保持架的故障頻率幾乎都是小于所在軸的轉(zhuǎn)頻。

（4）離線檢測難度加大，由于使用離線采集儀器時無法準(zhǔn)確的匹配到相關(guān)的轉(zhuǎn)速，在此情況下很難準(zhǔn)確的判定故障。另外，現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，技術(shù)人員由于安全問題無法在設(shè)備有效測點(diǎn)貼傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這就會降低振動數(shù)據(jù)真實(shí)性，使得故障診斷結(jié)果誤差偏離度增大。

（5）冶金行業(yè)設(shè)備密集，在狀態(tài)監(jiān)測時會產(chǎn)生很多干擾，相鄰之間的軋機(jī)也會通過鋼帶傳播振動。

（6）成熟的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)人員不僅需要一定的振動理論基礎(chǔ)，還應(yīng)熟知現(xiàn)場設(shè)備和生產(chǎn)工藝，在成為成熟的技術(shù)人員時也需要長時間的實(shí)際分析經(jīng)驗(yàn)，從而加大了企業(yè)培養(yǎng)人才的成本。

4 冶金行業(yè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測改善建議

（1）采用在線監(jiān)測和離線檢測相結(jié)合的方式，鋼鐵企業(yè)在進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測之前要對關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行設(shè)備結(jié)構(gòu)、運(yùn)行工況及所處環(huán)境分析，對沒有備套設(shè)備、影響產(chǎn)品質(zhì)量以及損壞會導(dǎo)致停產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測，對一些轉(zhuǎn)速較低、變化較快以及危險(xiǎn)源點(diǎn)較多的設(shè)備也要采用在線監(jiān)測，對一些轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的風(fēng)機(jī)和泵可以采用離線檢測，這樣在一定程度上節(jié)省了企業(yè)成本。

（2）硬件選型合理，盡可能使軟硬件適合現(xiàn)場設(shè)備，根據(jù)所測位置選擇不同類型的傳感器，如速度傳感器和電渦流傳感器，在低速軸要盡可能使用低頻響應(yīng)較好的高精傳感器；在關(guān)鍵部位可以加裝溫度傳感器。

（3）檢測系統(tǒng)要有可擴(kuò)展性，為滿足鋼廠多種設(shè)備振動監(jiān)測，數(shù)據(jù)處理采用模塊化形式，技術(shù)人員可以通過模塊連接對測點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以根據(jù)監(jiān)控設(shè)備的變化隨時設(shè)定有效的數(shù)據(jù)處理模式和更換測點(diǎn)位置。

（4）閾值設(shè)定合理，狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)要與現(xiàn)場自動化系統(tǒng)相連接，狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在振動信號采集的同時要檢測相應(yīng)的轉(zhuǎn)速、電流、扭矩以及產(chǎn)品種類等工藝信號，閾值要根據(jù)不同的工藝條件來設(shè)定不同的值，要通過這些工藝條件來觸發(fā)系統(tǒng)報(bào)警條件。

（5）狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)要有完善的數(shù)據(jù)上傳和儲存機(jī)制，可以將設(shè)備數(shù)據(jù)、檢修情況和分析報(bào)告上傳至系統(tǒng)，建立完備的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。使后續(xù)分振動分析人員、現(xiàn)場技術(shù)人員及管理人員都可以直觀的了解設(shè)備運(yùn)行情況。

5 后記

本文詳細(xì)闡述了冶金行業(yè)在應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)上產(chǎn)生的一些問題，并給出相應(yīng)的建議。通過狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)可以使冶金企業(yè)實(shí)現(xiàn)以下幾個目標(biāo)：①提升產(chǎn)線效率；②提升產(chǎn)品質(zhì)量；③實(shí)現(xiàn)預(yù)知性維修，延長產(chǎn)線壽命；④減輕檢修人員勞動強(qiáng)度；⑤建立基于設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行及精度控制的數(shù)據(jù)庫五個主要方面。企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能制造還任重而道遠(yuǎn)，可以分三個步驟來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)：首先，通過劣化分析掌握設(shè)備運(yùn)行趨勢，改變維修策略；其次，由單臺設(shè)備向系統(tǒng)發(fā)展，最終能夠分析判斷系統(tǒng)的運(yùn)行狀況；最終，由可控運(yùn)行向精度管理轉(zhuǎn)變，要逐步建立設(shè)備精度數(shù)據(jù)庫，參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)，最終為產(chǎn)品質(zhì)量負(fù)責(zé)。