冶金電氣自動(dòng)化設(shè)備故障診斷及維護(hù)

王繼超，李 超，馬來(lái)存，董志剛，孫彥闊

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

0 引言

冶金行業(yè)屬于基礎(chǔ)型產(chǎn)業(yè)之一，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域扮演著重要角色。伴隨我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化格局的逐步形成，對(duì)鋼鐵企業(yè)提出了更高要求，不僅是強(qiáng)調(diào)節(jié)能環(huán)保意識(shí)，更需要注重技術(shù)革新，推動(dòng)行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。因此，電氣自動(dòng)化設(shè)備的有機(jī)融入，大幅提升了鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和效益，適應(yīng)了新時(shí)代的發(fā)展要求。但電氣自動(dòng)化設(shè)備具有技術(shù)密集型屬性，其中涉及諸多的自動(dòng)化產(chǎn)品，在高負(fù)荷、高密度、復(fù)雜化的使用場(chǎng)景中，難免會(huì)產(chǎn)生諸多故障問(wèn)題，極易給企業(yè)生產(chǎn)造成影響。因此在電氣自動(dòng)化設(shè)備使用過(guò)程中，需加強(qiáng)各類電氣自動(dòng)化設(shè)備故障的診斷與維護(hù)，降低冶金企業(yè)面臨的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步發(fā)揮電氣自動(dòng)化設(shè)備的價(jià)值，推動(dòng)冶金行業(yè)的整體發(fā)展。

本文介紹了冶金企業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備常見(jiàn)故障類型，以燒結(jié)生產(chǎn)線電氣自動(dòng)化設(shè)備故障診斷和維護(hù)策略為例，探索了冶金電氣自動(dòng)化設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行之道。通過(guò)建立有效防范意識(shí)、制定科學(xué)維護(hù)機(jī)制、優(yōu)化故障維護(hù)體系，保障了冶金企業(yè)的安全高效生產(chǎn)和發(fā)展。

1 電氣自動(dòng)化設(shè)備常見(jiàn)故障類型

燒結(jié)廠是典型的冶金類生產(chǎn)企業(yè)，在日常生產(chǎn)中涉及諸多電氣自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用及管理問(wèn)題。由于燒結(jié)生產(chǎn)系統(tǒng)電氣自動(dòng)化設(shè)備系統(tǒng)龐大、構(gòu)成復(fù)雜，在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中出現(xiàn)各類故障問(wèn)題是不可避免的。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)故障主要包括關(guān)聯(lián)性故障非和關(guān)聯(lián)性故障。

1.1 關(guān)聯(lián)性故障

關(guān)聯(lián)性故障屬于常見(jiàn)類型，主要指設(shè)備在運(yùn)行環(huán)節(jié)，受到系統(tǒng)不合理設(shè)計(jì)或者結(jié)構(gòu)、性能不全等因素影響，導(dǎo)致多環(huán)節(jié)、多機(jī)構(gòu)、多設(shè)備的關(guān)聯(lián)故障問(wèn)題。其通常又可分為固有性故障和隨機(jī)性故障。

顧名思義，固有性故障即在設(shè)備設(shè)計(jì)生產(chǎn)階段便存在的先天性故障，主要是受技術(shù)水平、生產(chǎn)工藝及應(yīng)用方案等限制，難以在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)有效解決的故障；隨機(jī)性故障則具有較強(qiáng)的偶然性，并且會(huì)增加故障檢測(cè)與處理難度，但通常而言，該故障主要源于程序編制失誤或者參數(shù)設(shè)置問(wèn)題，在確定故障后的處理相對(duì)比較簡(jiǎn)單。因此在設(shè)備的使用過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備的科學(xué)操作，可大幅避免故障的產(chǎn)生機(jī)率。另外，當(dāng)設(shè)備內(nèi)部的潤(rùn)滑液壓系統(tǒng)、中控回路電氣系統(tǒng)或機(jī)械等關(guān)鍵部位產(chǎn)生故障問(wèn)題時(shí)，極易誘發(fā)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性事故，如硬件故障、內(nèi)部構(gòu)件問(wèn)題等。

1.2 非關(guān)聯(lián)性故障

通常而言，冶金企業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備的非關(guān)聯(lián)性故障，一般是指設(shè)備在運(yùn)輸、安裝或使用過(guò)程中，電氣自動(dòng)化設(shè)備受到直接破壞所導(dǎo)致的故障問(wèn)題，如撞擊、設(shè)備硬件損壞、線路問(wèn)題等。簡(jiǎn)言之，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)非關(guān)聯(lián)性故障是電氣自動(dòng)化設(shè)備在非系統(tǒng)自身設(shè)計(jì)或者安裝結(jié)構(gòu)原因所引發(fā)的故障問(wèn)題，而是由于外部不確定因素或者人為因素所導(dǎo)致的故障。因此，在燒結(jié)廠電氣自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用中，只要嚴(yán)格按照要求，完善電氣自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)輸、安裝和操作方法，將有助于降低非關(guān)系性故障產(chǎn)生機(jī)率。

2 冶金企業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備故障診斷方法

2.1 提取設(shè)備故障特征

電氣自動(dòng)化設(shè)備故障診斷涉及諸多內(nèi)容，包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)、識(shí)別判斷、預(yù)測(cè)未來(lái)等。尤其是在實(shí)施自動(dòng)化設(shè)備故障診斷時(shí)，必須要掌握誘發(fā)故障產(chǎn)生的異常情況、故障部位及危險(xiǎn)程度，并加以預(yù)判。在電氣自動(dòng)化設(shè)備故障診斷過(guò)程中，要觀察電氣自動(dòng)化設(shè)備故障是否與生產(chǎn)功能有關(guān)，特別是加強(qiáng)對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)注和監(jiān)測(cè)，如震動(dòng)、異響、升溫等情況，掌握設(shè)備的位置、壓力、轉(zhuǎn)速等信號(hào)，為設(shè)備故障的識(shí)別和判斷提供依據(jù)。因此，只有有效掌握設(shè)備故障的特征表現(xiàn)，才能真正縮短設(shè)備故障診斷時(shí)間，提升故障維護(hù)的整體效率，降低設(shè)備故障對(duì)生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)的影響。

2.2 實(shí)施故障診斷分類

故障診斷通?？梢詣澐譃楹?jiǎn)易故障診斷和精確故障診斷。簡(jiǎn)易故障診斷是借助現(xiàn)場(chǎng)操作人員、設(shè)備維保人員等，結(jié)合設(shè)備的故障表現(xiàn)，利用簡(jiǎn)單的觀察判斷故障所在，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的高效診斷。一方面，現(xiàn)場(chǎng)人員通常能夠從故障設(shè)備的運(yùn)行聲音、外形變化、運(yùn)行狀態(tài)等判斷故障，并采用有效的方法處理。如：聽(tīng)設(shè)備運(yùn)行聲音，可判斷電機(jī)軸承是否損壞；聞設(shè)備味道，判斷設(shè)備是否出現(xiàn)短路、燒焦問(wèn)題；摸設(shè)備表面，可判斷設(shè)備是否存在高溫過(guò)熱現(xiàn)象等。精確故障診斷則通常應(yīng)用于復(fù)雜故障處理之中，即利用技術(shù)專家或者自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)等，對(duì)電氣自動(dòng)化設(shè)備實(shí)施綜合檢測(cè)和診斷，大幅縮小故障排除范圍，快速判斷故障的類型、部位及形成處理方案。

2.3 制定科學(xué)診斷流程

由于燒結(jié)廠屬于冶金企業(yè)生產(chǎn)的重要工藝環(huán)節(jié)，電氣自動(dòng)化設(shè)備所發(fā)揮的作用至關(guān)重要，若不制定有效的診斷流程，勢(shì)必會(huì)影響企業(yè)的生產(chǎn)效率。通常情況下，電氣自動(dòng)化設(shè)備故障診斷，需要涉及數(shù)據(jù)采集處理、特征提取、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷及維修實(shí)施等流程。最后再由專家維護(hù)團(tuán)隊(duì)，針對(duì)設(shè)備故障問(wèn)題實(shí)施診斷和維護(hù)，以大幅提升診斷的效率和維護(hù)質(zhì)量。故障診斷及維護(hù)方法流程如圖1所示。

圖1 故障診斷及維護(hù)方法流程

3 冶金企業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備故障維護(hù)策略

3.1 建立有效防范意識(shí)

隨著我國(guó)各行業(yè)各領(lǐng)域基礎(chǔ)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，冶金企業(yè)所承擔(dān)的任務(wù)愈發(fā)重要，而冶金企業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備的良好狀態(tài)是企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的保障，因此必須切實(shí)解決好冶金企業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備故障問(wèn)題。通常而言，針對(duì)燒結(jié)廠電氣自動(dòng)化設(shè)備故障問(wèn)題，應(yīng)自上而下建立科學(xué)的防范意識(shí)和責(zé)任意識(shí)，即在電氣自動(dòng)化設(shè)備使用中，建立安全、科學(xué)、規(guī)范的操作流程，避免設(shè)備在使用中的操作錯(cuò)誤、參數(shù)設(shè)置等引發(fā)的故障問(wèn)題，從根本上保證設(shè)備的使用安全。

3.2 制定科學(xué)維護(hù)機(jī)制

電氣自動(dòng)化設(shè)備通常處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)之中，要想長(zhǎng)期保證設(shè)備的安全有效運(yùn)行，規(guī)避設(shè)備故障問(wèn)題的產(chǎn)生，則應(yīng)當(dāng)從根本上解決維護(hù)的問(wèn)題，將各類故障風(fēng)險(xiǎn)隱患解決在萌芽狀態(tài)。據(jù)此，在設(shè)備的使用中應(yīng)制定日常維護(hù)機(jī)制、日常巡檢機(jī)制與定期點(diǎn)檢機(jī)制，確保在故障風(fēng)險(xiǎn)尚未形成階段，落實(shí)故障隱患的就地解決，保證電氣自動(dòng)化設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

當(dāng)然，制定科學(xué)制度的同時(shí)，也必須要強(qiáng)調(diào)檢測(cè)質(zhì)量，即在日常的巡查、巡檢過(guò)程中，必須要掌握電氣自動(dòng)化設(shè)備的技術(shù)性能和運(yùn)行特點(diǎn)，判斷設(shè)備運(yùn)行是否符合標(biāo)準(zhǔn)，是否存在異常問(wèn)題等，及時(shí)掌握、收集和反饋故障信息，以實(shí)施更加全面的診斷和維護(hù)工作，便于后續(xù)工作的開(kāi)展。

3.3 優(yōu)化故障維護(hù)體系

對(duì)于燒結(jié)廠而言，提升電氣自動(dòng)化故障診斷效率的關(guān)鍵在于預(yù)防，而實(shí)現(xiàn)故障維護(hù)體系的優(yōu)化也是至關(guān)重要。尤其是做好故障維護(hù)體系的構(gòu)建，即扎實(shí)落實(shí)設(shè)備的巡檢與定期維護(hù)，建立電氣自動(dòng)化設(shè)備的維護(hù)檔案，切實(shí)依據(jù)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)要求，及時(shí)提供相應(yīng)的保養(yǎng)、維護(hù)和換件等操作，使電氣自動(dòng)化設(shè)備始終保持良好的技術(shù)性能。另外，注重電氣自動(dòng)化設(shè)備使用環(huán)境的優(yōu)化，即在日常的設(shè)備使用中，必須要遵循其使用場(chǎng)景的優(yōu)化，要求設(shè)備在規(guī)定的范圍內(nèi)運(yùn)行，避免超負(fù)荷運(yùn)行，及時(shí)對(duì)污染物實(shí)施清理。此外，還應(yīng)積極引入現(xiàn)代化電子監(jiān)測(cè)元件和數(shù)據(jù)傳感設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣自動(dòng)化設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)異常問(wèn)題并實(shí)施故障處理，達(dá)到省時(shí)、省力的效果。

列舉維修實(shí)例。例如：燒結(jié)配料系統(tǒng)中，皮帶秤的配料都是按照設(shè)定好的比例下料，皮帶秤的設(shè)定與實(shí)際反饋值形成PID 調(diào)節(jié)。PID 調(diào)節(jié)分為三部分：比例P 控制，其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系，當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差；積分I控制，其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系，積分項(xiàng)對(duì)誤差取時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大，這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大，使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零，因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差；微分D 控制，其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分成正比關(guān)系，在微分控制中，自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)，解決的辦法是使抑制誤差的作用“超前”，而具有比例+微分(PD)的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)，因此對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。例如圖2所示。

圖2 比例+微分(PD)調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性

而在燒結(jié)配料系統(tǒng)中，稱重反饋波動(dòng)比較大，需要采用調(diào)節(jié)PID 參數(shù)。PID 參數(shù)設(shè)定需要根據(jù)稱重設(shè)備情況，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試摸索最佳調(diào)節(jié)參數(shù)，使得下料稱重反饋快速趨于平穩(wěn)，減小回差，保證下料平穩(wěn)，如圖3所示。

圖3 PID調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性

4 結(jié)語(yǔ)

本文以燒結(jié)生產(chǎn)線電氣自動(dòng)化設(shè)備故障診斷和維護(hù)為例，介紹了冶金企業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備常見(jiàn)故障類型，探索了冶金企業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備故障的解決之道，提出了冶金企業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備故障診斷和維護(hù)策略，為冶金企業(yè)的安全高效生產(chǎn)和發(fā)展提供了可靠的保障。

總而言之，隨著冶金行業(yè)的地位日益突顯，對(duì)企業(yè)安全穩(wěn)定生產(chǎn)的要求也愈發(fā)嚴(yán)格。尤其是燒結(jié)廠作為冶金企業(yè)重要的生產(chǎn)工序，對(duì)于電氣自動(dòng)化設(shè)備的依賴性更強(qiáng)，因此電氣自動(dòng)化設(shè)備的故障診斷和維護(hù)必須要適應(yīng)環(huán)境的變化，注重提升自身設(shè)備故障診斷與維護(hù)能力，及時(shí)化解存在的各類風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。對(duì)于電氣自動(dòng)化設(shè)備維護(hù)和管理人員，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行電氣自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)各項(xiàng)制度，確保在故障風(fēng)險(xiǎn)尚未形成階段，落實(shí)故障隱患的就地解決，保證電氣自動(dòng)化設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。