設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)在棒線材生產(chǎn)線的應(yīng)用實(shí)踐

彭飛

（廣西鋼鐵集團(tuán)有限公司熱軋總廠，廣西 防城港 538000）

廣西鋼鐵集團(tuán)有限公司熱軋總廠棒線材產(chǎn)線（以下簡稱熱軋總廠）于2020 年5 月建成投產(chǎn)，由2 條普通棒材（以下簡稱普棒）、2 條雙高速棒材（以下簡稱高棒）和3 條高速線材（以下簡稱高線）組成，年設(shè)計產(chǎn)能580萬t。其中高棒最高軋速可到40m/s，高線則可達(dá)110m/s，為實(shí)現(xiàn)高速軋制，高棒和高線的精軋區(qū)高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備功率大、運(yùn)轉(zhuǎn)速度快、精度要求高，一旦出現(xiàn)了故障，則會對生產(chǎn)、設(shè)備、能源等方面造成重大損失。因此，高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行是保證生產(chǎn)各項(xiàng)指標(biāo)良好的一個關(guān)鍵因素，也是降低生產(chǎn)成本工作中的一個重要環(huán)節(jié)。

為保證精軋區(qū)高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，關(guān)鍵是要能夠掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在設(shè)備正常運(yùn)行和有劣化趨勢下采取不同的生產(chǎn)經(jīng)營策略，最大化地利用設(shè)備產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)的做法采用點(diǎn)檢定修制，主要依靠人的五感和手持儀器對設(shè)備進(jìn)行檢測，在檢測出設(shè)備異常運(yùn)行狀態(tài)后進(jìn)行監(jiān)護(hù)和維修，不僅存在一定的滯后性，且因人員經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)差異，效果也有許多不確定性，無法達(dá)到事前預(yù)防的效果。隨著設(shè)備診斷技術(shù)、應(yīng)用電子技術(shù)、大數(shù)據(jù)信息技術(shù)等飛速發(fā)展，自2019 年熱軋總廠建設(shè)初期，即開始確立通過AI 智能算法與模型、設(shè)備全生命周期管理系統(tǒng)等創(chuàng)新手段，實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)化、可視化，以設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)備管理業(yè)務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)測性維護(hù)目標(biāo)。首要在棒線材生產(chǎn)線上的高速區(qū)設(shè)備應(yīng)用該系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成與功能

熱軋總廠的設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)由安徽容知日新科技股份有限公司（以下簡稱容知公司）設(shè)計、供貨和安裝，并提供運(yùn)維服務(wù)。系統(tǒng)覆蓋兩條雙高棒、三條高線，合計監(jiān)測45 臺套設(shè)備，共514 個測點(diǎn)，分別為8 臺套高棒精軋機(jī)組設(shè)備、4 臺套減徑機(jī)組設(shè)備，6 臺套高線預(yù)精軋機(jī)組設(shè)備、18 臺套精軋機(jī)、3 臺套減徑機(jī)組、3 臺套夾送輥、3 臺套吐絲機(jī)。在上述設(shè)備的電機(jī)和齒輪箱上安置轉(zhuǎn)速傳感器和加速度傳感器，分別位于其旋轉(zhuǎn)軸承座的徑向和軸向等位置，用以采集電機(jī)轉(zhuǎn)速和齒輪箱各方向的振動情況。

該系統(tǒng)由振動加速度傳感器、屏蔽電纜、釆集站、現(xiàn)場服務(wù)器、監(jiān)測及診斷分析軟件等部分組成，通過傳感器采集并輸出模擬信號，通過屏蔽電纜傳輸?shù)讲杉?，在采集站轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號和頻譜，并過濾掉多余的頻譜后，形成振動速度、振動加速度、加速度包絡(luò)、各類頻譜、通道溫度等，通過監(jiān)測及診斷分析軟件顯示出來，并做出簡單的判斷，借助智能報警策略，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行異常狀態(tài)并推送報警信息，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將異常數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)程專家系統(tǒng)平臺，借助先進(jìn)的模型算法以及專家團(tuán)隊(duì)分析，定位故障部位、分析嚴(yán)重程度、預(yù)測使用壽命，并給出對應(yīng)的檢維護(hù)指導(dǎo)，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

該系統(tǒng)結(jié)合熱軋總廠設(shè)備維護(hù)管理人員不同的需求和關(guān)注點(diǎn)，針對性設(shè)計、開發(fā)直觀且友好的終端應(yīng)用?？梢酝ㄟ^WEB 端或是APP 端，便捷查看設(shè)備轉(zhuǎn)速、振動、溫度、等狀態(tài)數(shù)據(jù)、報警等級、故障判斷、檢維護(hù)處理建議等信息。同時系統(tǒng)內(nèi)置時域波形、頻譜、趨勢、包絡(luò)解調(diào)、瀑布圖、多波形、多頻譜等20 多種分析工具，具備豐富的數(shù)據(jù)分析功能。

該系統(tǒng)采用長波形采集、雙軌制采集、階次跟蹤采集技術(shù)、邊緣計算等多種智能數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)上傳策略，四級門限報警加自適應(yīng)報警雙結(jié)合的智能報警策略，智能診斷加專家診斷相結(jié)合的先進(jìn)診斷策略，可以有效避免謊報、漏報、誤報等問題，提高系統(tǒng)可靠性。

該系統(tǒng)配置智能自診斷功能，對自身硬件、網(wǎng)絡(luò)、軟件服務(wù)等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與診斷，系統(tǒng)自身發(fā)生異常時，第一是發(fā)出異常提醒，保障系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2 運(yùn)維模式

該系統(tǒng)以使用方-熱軋總廠在現(xiàn)場簡單診斷分析為基礎(chǔ)，以供應(yīng)方-容知公司在遠(yuǎn)程精密診斷分析為保障，雙重保險機(jī)制進(jìn)行設(shè)備運(yùn)維和系統(tǒng)運(yùn)維。

熱軋總廠在生產(chǎn)現(xiàn)場對該系統(tǒng)實(shí)行專職點(diǎn)檢和專業(yè)點(diǎn)檢，專職點(diǎn)檢每班對系統(tǒng)上的點(diǎn)檢界面進(jìn)行觀察和判斷，此前經(jīng)熱軋總廠根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況與容知公司提出并開發(fā)了點(diǎn)檢界面，點(diǎn)檢界面可以直觀地瀏覽所管轄所有設(shè)備的振動速度、振動加速度和通道溫度等數(shù)值情況，幫助點(diǎn)檢人員簡單且快速地判斷設(shè)備是否存在異常運(yùn)行的情況。專業(yè)點(diǎn)檢每天對系統(tǒng)推送的報警情況進(jìn)行瀏覽，并通過趨勢分析、時域波形和頻譜進(jìn)行簡單分析，找出可能存在異常的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)護(hù)跟蹤，同時，向容知公司反饋，進(jìn)行精密分析。同時，對于現(xiàn)場各測點(diǎn)推送的異常提醒進(jìn)行針對性檢查，及時解決傳感器、電纜、服務(wù)器等故障，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

容知公司為熱軋總廠提供全天候全方位設(shè)備監(jiān)護(hù)服務(wù)，幫助分析熱軋總廠點(diǎn)檢人員發(fā)現(xiàn)的設(shè)備異常情況，發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常狀態(tài)后進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)信息推送，給出設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)結(jié)論、運(yùn)行建議和檢維護(hù)建議。同時，診斷分析專家在設(shè)備監(jiān)護(hù)時發(fā)現(xiàn)的異常情況，也通過設(shè)備故障診斷報告推送至熱軋總廠給于指導(dǎo)。設(shè)備經(jīng)過檢修后，通過一段時間的運(yùn)行，由容知公司出具設(shè)備檢修后狀態(tài)評估報告，完成此次設(shè)備的異常狀態(tài)封閉。除此之外，月度設(shè)備體檢報告也在次月月初提供給熱軋總廠，給生產(chǎn)組織和設(shè)備運(yùn)行提供依據(jù)。

通過上述運(yùn)維模式，可以做到以下幾點(diǎn)：

（1）提早發(fā)現(xiàn)隱患，指導(dǎo)生產(chǎn)和檢修計劃排布，減少設(shè)備非計劃停機(jī)時間，防止突發(fā)事故，提高作業(yè)率。

（2）若無法立刻停機(jī)處理，可以依據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時控制和監(jiān)護(hù)設(shè)備運(yùn)行，把損失降下來。

（3）合理預(yù)測設(shè)備使用壽命，制定更換周期，減少盲目檢修，降低生產(chǎn)成本。

（4）通過學(xué)習(xí)運(yùn)維診斷報告，輔以線上線下的培訓(xùn)，能夠把簡單的診斷知識給設(shè)備操作和維修人員掌握，提高人員素質(zhì)。

3 診斷應(yīng)用案例分析

案例1：避免突發(fā)故障——齒輪故障。

（1）2021 年10 月12 日，高棒設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了3#高棒減徑機(jī)組24#存在異常，推送報警。

（2）熱軋總廠專業(yè)點(diǎn)檢員接收到報警后，了解到報警位置為減徑機(jī)組24#的13H 測點(diǎn)，先進(jìn)行簡單診斷：該測點(diǎn)加速度總值平穩(wěn)，速度總值出現(xiàn)顯著上升現(xiàn)象，其中低頻加速度時域波形中存在輥軸轉(zhuǎn)頻間隔的沖擊,幅值較前期稍大。同時該減徑機(jī)錐齒輪箱1、2 軸嚙合頻率能量增加。初步診斷結(jié)果為減徑機(jī)組24#錐齒輪箱齒輪存在運(yùn)行異常。

（3）同時，容知公司診斷專家在后臺，通過精密診斷，判斷減徑機(jī)組24#錐齒輪箱1、2 軸齒輪嚙合不良，1 軸齒面點(diǎn)蝕、磨損的情況。但由于當(dāng)時熱軋總廠生產(chǎn)任務(wù)較重，無法第一時間安排停機(jī)檢修，在熱軋總廠同系統(tǒng)遠(yuǎn)程診斷專家溝通后，容知公司建議關(guān)注該設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，主要點(diǎn)檢其運(yùn)行時的振動速度值和是否產(chǎn)生異響，并監(jiān)控錐齒輪箱的溫度變化情況。熱軋總廠通過對生產(chǎn)工藝進(jìn)行微調(diào)，并加大設(shè)備點(diǎn)檢力度和頻次，于10 月28 日，生產(chǎn)任務(wù)圓滿完成后，安排檢修。

（4）檢修期間，打開減徑機(jī)組24#錐齒輪箱觀察孔，通過盤車發(fā)現(xiàn)1 軸齒輪齒面剝落，2 軸齒輪齒面點(diǎn)蝕，于是進(jìn)行錐齒輪箱下線維修，整體更換。處理完畢后，恢復(fù)生產(chǎn)，該設(shè)備振動趨勢下降到正常范圍，整體運(yùn)行情況良好。

案例2：準(zhǔn)確判斷故障——軸承故障。

（1）2021 年12 月11 日，高線設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)察覺1#高線減徑機(jī)組變速箱出現(xiàn)異常，推送報警。

（2）熱軋總廠專業(yè)點(diǎn)檢員查看系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)變速箱整體振動加速度上升較大，聯(lián)系容知公司進(jìn)行精密診斷，對底部噪聲能量包絡(luò)解調(diào)可見5 軸軸承保持架特征頻率及諧波，對10000Hz 以上濾波可見5 軸輸入側(cè)軸承保持架沖擊，對比12 月2 日至11 日期間對頻譜包絡(luò)解調(diào)（見圖1)，可見5 軸軸承保持架和外圈特征頻率。得出結(jié)論——齒輪箱5 軸輸入側(cè)軸承保持架斷裂性損失，建議在生產(chǎn)間隙檢查潤滑油中碎屑含量，擇機(jī)檢修更換軸承。

圖1 1#高線減徑機(jī)組包絡(luò)解調(diào)頻譜圖

熱軋總廠當(dāng)即組織人員前往現(xiàn)場檢查，在箱體內(nèi)部發(fā)現(xiàn)軸承保持架碎片，于是安排停機(jī)檢修處理。同時，在容知公司診斷專家的支持下，對故障根源進(jìn)行的分析、追溯。得出原因是保持架前期存在卡澀，在12 月11 日振動突發(fā)上升后，濾波出現(xiàn)保持架特征，推測此時已經(jīng)損傷。損傷推測與12 月11 日負(fù)載變化有關(guān)，現(xiàn)場由空載到帶載過程，受交變力導(dǎo)致保持架失效。

案例3：避免突發(fā)事故——軸承、齒輪故障。

（1）2021 年12 月31 日，高線設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)顯示1#高線減徑機(jī)組27#、28#存在異常，推送報警。

（2）容知公司診斷專家通過精密診斷后發(fā)現(xiàn)：減徑機(jī)組27#錐齒輪箱2 軸13H 測點(diǎn)發(fā)出三級報警，28#錐齒輪箱1 軸14H 測點(diǎn)發(fā)出二級報警，其中28#錐齒輪箱1 軸振動加速度總值較前期小幅上升，其時域波形中存在2 軸轉(zhuǎn)頻間隔的沖擊，同時，與其相鄰的減徑機(jī)組27#錐齒輪箱1 軸輸入端加速度時域波形中存在明顯的沖擊、包絡(luò)解調(diào)頻譜中可見軸承內(nèi)圈損傷特征以及保持架特征頻率及諧波（見圖2）。通過上述特征，診斷專家得出結(jié)論——減徑機(jī)組28#錐齒輪箱2 軸齒面剝落或斷齒；減徑機(jī)組27#錐齒輪箱1 軸輸入端軸承內(nèi)圈點(diǎn)蝕、剝落，保持架磨損。建議擇機(jī)減徑機(jī)組28#錐齒輪箱2軸齒面運(yùn)行情況，同時對27#錐齒輪箱1軸齒輪進(jìn)行檢查。

圖2 1#高線27#、28#減徑機(jī)組包絡(luò)解調(diào)頻譜圖

（3）接到容知公司的診斷結(jié)論和建議后，熱軋總廠立即組織設(shè)備維護(hù)人員利用停機(jī)時間對報警部位進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果與報警信息和診斷結(jié)論基本一致，隨后熱軋總廠調(diào)整生產(chǎn)計劃，利用停機(jī)時間將該設(shè)備進(jìn)行維修更換，處理完畢后，經(jīng)過試機(jī)與一段時間的熱負(fù)荷生產(chǎn)驗(yàn)證，整體運(yùn)行情況良好。

熱軋總廠設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)自2020 年7 月隨產(chǎn)線一同投用以來，已保障高棒、高線共5 條生產(chǎn)線精軋區(qū)高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備超過26 個月，累計發(fā)現(xiàn)、診斷、處理完畢的案例13 起，有效地避免了設(shè)備突發(fā)事故造成非計劃停機(jī)，并在運(yùn)行過程中應(yīng)用知識工程不斷積累故障經(jīng)驗(yàn)來豐富設(shè)備故障庫，降低了設(shè)備維修費(fèi)用和非計劃停機(jī)時間，產(chǎn)生了大量的經(jīng)濟(jì)效益，為安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

4 結(jié)語

如今鋼鐵企業(yè)規(guī)模不斷加大，產(chǎn)量不斷提高，設(shè)備越來越精密、復(fù)雜，這些設(shè)備在生產(chǎn)線上至關(guān)重要，如何能夠有效、高效地維護(hù)，保障復(fù)雜設(shè)備的功能和精度，降低設(shè)備的運(yùn)行成本，更多的是要依靠大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)的信息技術(shù)進(jìn)行輔助。設(shè)備管理也需要更多的先進(jìn)技術(shù)去替代簡單人工。在鋼鐵企業(yè)利潤不斷壓縮、產(chǎn)品效益不斷減少的環(huán)境下，如何穩(wěn)定、高效、低耗的生產(chǎn)，是未來生產(chǎn)經(jīng)營的一個重要目標(biāo)。設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)的意義尤為重要，熱軋總廠后續(xù)將考慮結(jié)合5G 技術(shù)與設(shè)備智能運(yùn)維平臺、智能數(shù)據(jù)采集終端，形成云、網(wǎng)、邊、端全鏈條能力，打造5G+設(shè)備智能運(yùn)維解決方案，在不同場景和應(yīng)用下逐步推廣。