煤化工行業(yè)設(shè)備全生命周期健康監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)構(gòu)想

惠濤

（陜西神木化學(xué)工業(yè)有限公司，陜西 榆林 719319）

石油、天然氣作為非再生能源，近年來(lái)，對(duì)外依存度日益提高?；诖?，國(guó)際能源安全問(wèn)題日益突出。為解決長(zhǎng)期存在于煤化工企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的相關(guān)問(wèn)題，創(chuàng)造安全的石化產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，促進(jìn)石化原料多元化發(fā)展，該行業(yè)領(lǐng)域的革新工作勢(shì)在必行，只有不斷將創(chuàng)新技術(shù)、現(xiàn)代化設(shè)備引入該行業(yè)中，才能為該行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展保駕護(hù)航。新時(shí)期，煤化工行業(yè)出現(xiàn)的新的代名詞是新型煤化工，新型煤化工主要推行以部分新型煤化工來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石化產(chǎn)品，盡可能緩解國(guó)家的能源壓力。此外，基于該行業(yè)的特殊性，對(duì)設(shè)備要求極高，但實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中大多存在設(shè)備維護(hù)人工化，因設(shè)備管理不善造成的人員傷亡不在少數(shù)，本文就此提出煤化工行業(yè)設(shè)備全生命周期健康監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)方案，用以解決長(zhǎng)期存在于煤化工行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中存在的設(shè)備管理痛點(diǎn)。

1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

故障診斷技術(shù)是設(shè)備維護(hù)工作的基礎(chǔ)，只有準(zhǔn)確地對(duì)設(shè)備所出現(xiàn)的故障進(jìn)行診斷，方能對(duì)其進(jìn)行有效維護(hù)，從而確保其的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。故障診斷技術(shù)最早起源于20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)美國(guó)宇航局率先推出了機(jī)械故障診斷研究這一課題。隨著美國(guó)宇航局與英國(guó)機(jī)械保健中心不斷地進(jìn)行細(xì)致研究，終于在20世紀(jì)70年代該技術(shù)被應(yīng)用在機(jī)械設(shè)備的維護(hù)與故障檢測(cè)中。此后，機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)不僅僅被進(jìn)一步完善，同時(shí)也被廣泛地應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域中。而隨著計(jì)算機(jī)的問(wèn)世，機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)也進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合。通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)械設(shè)備診斷技術(shù)的有機(jī)結(jié)合不僅僅提升了機(jī)械設(shè)備診斷的工作效率，同時(shí)也在一定程度上避免了機(jī)械設(shè)備故障誤診現(xiàn)象的出現(xiàn)。此外，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的逐步完善，20世紀(jì)90年代，機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)還加強(qiáng)了對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，從而方便了工作人員遠(yuǎn)距離對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行故障檢測(cè)及維護(hù)。

我國(guó)對(duì)故障診斷技術(shù)的研究最早開(kāi)始于20世紀(jì)80年代，當(dāng)時(shí)我國(guó)組建了故障診斷學(xué)會(huì)。通過(guò)其對(duì)西方國(guó)家的不斷學(xué)習(xí)以及對(duì)自身機(jī)械設(shè)備維修經(jīng)驗(yàn)的逐步總結(jié)，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)及機(jī)械設(shè)備故障監(jiān)測(cè)的應(yīng)用。并且，隨著我國(guó)對(duì)其相關(guān)技術(shù)的逐步研究，現(xiàn)今機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)以及機(jī)械設(shè)備監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于工業(yè)部門、航空航天部門等多個(gè)領(lǐng)域中。同時(shí)，通過(guò)將其與自動(dòng)化技術(shù)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)相結(jié)合，當(dāng)前其不僅僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的遠(yuǎn)距離診斷與監(jiān)測(cè)，同時(shí)，更可以利用人工智能技術(shù)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化故障診斷。

這一技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用不僅方便了機(jī)械設(shè)備維護(hù)工作的進(jìn)行，同時(shí)，也有效延長(zhǎng)了機(jī)械設(shè)備的使用年限。此外，通過(guò)對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，還可以進(jìn)一步降低工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中機(jī)械設(shè)備的維護(hù)成本，進(jìn)而對(duì)工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的提升及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)起到了一定的促進(jìn)作用。

2 系統(tǒng)構(gòu)想

眾所周知，煤化工業(yè)是我國(guó)重要的能源企業(yè)之一，其發(fā)展效率及產(chǎn)品質(zhì)量直接關(guān)系到我國(guó)國(guó)民的能源使用。因此，為了有效提升煤化工業(yè)的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量，其首先需要做好相關(guān)機(jī)械設(shè)備的維護(hù)工作。此外，隨著計(jì)算機(jī)等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，煤化工業(yè)在發(fā)展中也受到了一定的制約。而為了緩解這一困境，企業(yè)務(wù)必要做好機(jī)械設(shè)備的維護(hù)工作，從而降低其維護(hù)成本，進(jìn)而對(duì)企業(yè)收益的提升起到一定的促進(jìn)作用。因此，為了進(jìn)一步降低煤化工業(yè)中機(jī)械設(shè)備的維護(hù)成本，其需要研發(fā)并設(shè)計(jì)一款煤化工業(yè)設(shè)備全生命周期健康監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)。

在煤化工業(yè)設(shè)備全生命周期健康監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)中，一共可以分為三層，其中第一層為邊緣感知層，其主要負(fù)責(zé)對(duì)設(shè)備信息進(jìn)行獲取。第二層為傳輸層，其主要負(fù)責(zé)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至云端。第三層則為云端應(yīng)用層，其不僅僅需要對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)，更需要對(duì)其進(jìn)行分析處理。

2.1 邊緣感知層

邊緣感知層位于煤化工業(yè)設(shè)備全生命周期健康監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的第一層，在該層中不僅僅包含電壓監(jiān)測(cè)設(shè)備、電流檢測(cè)設(shè)備等常規(guī)檢測(cè)儀器，同時(shí)，還具有超聲波感知設(shè)備以及溫度表、噪聲感知儀器、轉(zhuǎn)速感知儀器等多種感知設(shè)備。通過(guò)利用這些設(shè)備，該系統(tǒng)不僅僅可以對(duì)煤化工業(yè)中所運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備的噪音、電壓、電流等數(shù)值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)，更可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的轉(zhuǎn)速以及溫度等進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行工程中的多種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行檢測(cè)，便可以方便云端應(yīng)用對(duì)該設(shè)備是否出現(xiàn)了故障以及故障原因等進(jìn)行判斷分析。

2.2 工業(yè)物聯(lián)傳輸層

煤化工業(yè)設(shè)備全生命周期健康監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的第二層是工業(yè)物聯(lián)傳輸層，該層的主要作用是將邊緣感知層所獲取的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳至云端應(yīng)用層中，從而方便其對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行判定。同時(shí)，通過(guò)利用工業(yè)物聯(lián)傳輸層云端應(yīng)用層也可以將相應(yīng)的指令信息傳輸至邊緣感知層中，從而細(xì)致地對(duì)機(jī)械設(shè)備的某一部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行精密獲取。在工業(yè)物聯(lián)傳輸層中主要包括有無(wú)線傳感器以及網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，同時(shí)，為了方便網(wǎng)關(guān)于局域網(wǎng)的部署，在傳輸層中還建有相應(yīng)的設(shè)備運(yùn)維平臺(tái)。通過(guò)利用該平臺(tái)不僅僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的有線傳輸，同時(shí)，更可以借助5G網(wǎng)絡(luò)以及IPV6的WiFi實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸，其中網(wǎng)關(guān)與平臺(tái)的互聯(lián)圖如圖1所示。

圖1 網(wǎng)關(guān)于平臺(tái)的互聯(lián)圖

2.3 云端應(yīng)用層

最后，煤化工業(yè)設(shè)備全生命周期健康監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的第三層是云端應(yīng)用層，該層也是本系統(tǒng)的核心。在云端應(yīng)用層中不僅僅建設(shè)有相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，從而方便對(duì)數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)。同時(shí)，通過(guò)該層還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的云端計(jì)算，從而分析得出機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中是否出現(xiàn)了故障。由于本系統(tǒng)不僅僅具備機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、機(jī)械設(shè)備故障分析等功能，還可以根據(jù)當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)其未來(lái)發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而避免故障的出現(xiàn)。因此，為了進(jìn)一步對(duì)本系統(tǒng)中的相關(guān)功能進(jìn)行管理，其還建設(shè)了相應(yīng)的服務(wù)平臺(tái)。服務(wù)平臺(tái)的核心為云端服務(wù)平臺(tái)，通過(guò)利用云端服務(wù)平臺(tái)其可以直接與多個(gè)終端相連，從而直接觀察當(dāng)前機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及故障性預(yù)測(cè)信息等。同時(shí)，通過(guò)利用該平臺(tái)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)趨勢(shì)的分析以及機(jī)械設(shè)備組裝原理的觀察等功能。其具體服務(wù)功能示意圖如圖2所示。

圖2 服務(wù)功能示意圖

3 系統(tǒng)解決的關(guān)鍵問(wèn)題

經(jīng)研究證實(shí)，新型的化工行業(yè)設(shè)備全生命周期健康監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)能解決一些實(shí)際存在于煤化工工廠設(shè)備的一些關(guān)鍵性問(wèn)題，保障設(shè)備運(yùn)行的安全性，進(jìn)而創(chuàng)造相對(duì)穩(wěn)定的工作環(huán)境。首先，在化工廠的諸多設(shè)備中，存在一些旋轉(zhuǎn)設(shè)備和往復(fù)式設(shè)備，這些設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中自身的構(gòu)成部件很容易形成磨損，還有一些本身結(jié)構(gòu)存在缺陷的設(shè)備。長(zhǎng)此以往，這類設(shè)備將會(huì)成為工廠作業(yè)的安全隱患。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)行業(yè)還沒(méi)有出臺(tái)具體化的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)體系，傳統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法存在著較多的缺陷，無(wú)法得到較為全面的數(shù)據(jù)信息。全生命周期健康監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)則可以更好地解決這一問(wèn)題，利用該系統(tǒng)的特殊功能，可以在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類獨(dú)立設(shè)備參數(shù)監(jiān)測(cè)的整合功能，形成較為精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)性監(jiān)測(cè)手段，第一時(shí)間監(jiān)測(cè)出工廠中存在部件磨損和缺陷的設(shè)備，及時(shí)做好備案、后續(xù)維修。上述外，該系統(tǒng)的構(gòu)建還可以及時(shí)診斷出一些存在早期故障征兆的設(shè)備以及對(duì)一些長(zhǎng)周期運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的生命周期評(píng)估等。

4 效果與展望

全生命周期健康監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)構(gòu)想在煤化工行業(yè)設(shè)備運(yùn)行中的實(shí)施獲得了較高的效果，且在極大程度上對(duì)煤化工行業(yè)設(shè)備安全維護(hù)工作起到了強(qiáng)化作用。首先，煤化工工廠從落后的設(shè)備維修理念中走了出來(lái)，意識(shí)到了數(shù)據(jù)的重要性，在實(shí)際設(shè)備檢修過(guò)程中將設(shè)備數(shù)據(jù)作為評(píng)價(jià)設(shè)備檢修、維修的標(biāo)準(zhǔn)，以此提高設(shè)備維修、檢修效果。其次，化工廠的設(shè)備的監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)特征庫(kù)就此形成，利用監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)特征庫(kù)所收集的數(shù)據(jù)信息，可以更好地對(duì)各個(gè)行業(yè)的設(shè)備的監(jiān)測(cè)與完整評(píng)價(jià)作出判斷，進(jìn)而獲得更加準(zhǔn)確、可靠的產(chǎn)品服役健康性能和相關(guān)指數(shù)。除此之外，該設(shè)備全生命周期健康監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)構(gòu)想的提出，在化工廠設(shè)備中形成了更好的管理數(shù)據(jù)服務(wù)體系，拓寬了數(shù)據(jù)的交易市場(chǎng)。