在線智能檢測技術在鋼鐵行業的應用

馬王君

（陜鋼集團漢中鋼鐵有限公司，陜西漢中 724200）

0 引言

隨著鋼鐵生產向大型化、高速化、精密化和連續化方向發展，鋼鐵工業自動化系統和自動化裝備的水平對最終產品的影響最大。近年來，自動化控制系統軟硬件的性能不斷完善，穩定性大幅提高，自動化系統的軟件平臺也發生了很大變化，智能控制逐步得到推廣應用。

1 鋼鐵行業設備點檢、維護現狀分析

1.1 鋼廠設備復雜性

鋼廠設備涉及到眾多大型機組設備，如主抽風機、高爐風機、粗軋機、精軋機、減定徑、TRT（Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit，高爐煤氣余壓透平發電裝置）等。機組結構龐大復雜，連續運行時間長、轉速高，控制系統精密，自動化程度高，制造周期長，檢維修困難，一旦發生故障，輕則引起設備停機導致停產，重則造成設備損壞、人員傷亡的重大惡性事故。

1.2 公司設備管理策略

設備維護主要依靠點檢定修、故障搶修，對設備進行運維決策時，主要依賴流程和經驗，缺乏有效的數據作為支撐。設備出現缺陷后不能及時發現，更無法避免設備故障的發生，特別是突發性故障的發生，輕則影響生產運行，造成維修成本浪費，重則導致重大事故的發生。

1.3 關鍵設備點檢、監測方法

關鍵設備基本采用離線點檢監測和部分在線監測，對于設備狀態分析判斷的核心“設備運行數據”的實時性、準確性、可對比性和持續性缺乏有效管控，導致難以及時、準確、全面地把握設備運行狀態。

2 設備在線智能監測技術在鋼鐵行業的發展趨勢

2.1 設備在線智能檢測技術在鋼鐵行業發展的必然性

鋼鐵行業的設備維護主要依靠點檢定修、故障搶修，這種設備維護方式難以滿足生產工藝的需求。為了更加科學地對設備進行檢修及維護，以達到提高設備可利用率、降低檢修成本、提高運營效率的目標，對關鍵設備實施在線智能檢測技術，實現連續24 h高密度在線監測設備運行狀態、智能報警篩選異常設備、系統分析診斷，實現關鍵機組遠程專業分析、診斷。

2.2 設備在線智能檢測技術的先進性

設備在線智能監測技術是對設備實現24 h不間斷監測，通過采集機組在運行過程中的振動、速度、溫度、包絡、電流等信號，進一步進行數據、處理、分析，以圖形、圖表、曲線等直觀的方式在計算機上顯示，同時對相關數據進行特征參數提取，得到機組狀態數據，完成機組故障的預警和報警，并將數據通過網絡傳至狀態數據服務器，供狀態監測分析和診斷。

3 漢中鋼鐵有限公司設備在線智能監測技術方案

陜鋼集團漢中鋼鐵有限公司（以下簡稱“漢鋼公司”）關鍵設備（如高爐風機、主抽風機、軋機等）在線智能監測技術的實施，是采集設備的實時運行狀態（振動、速度、溫度、電流等信號），通過智能分析診斷機組的狀態，實現設備的預知維修，控制停產時間、檢修時間，縮減設備的運維成本，提高設備能效，并在設備可用度、設備可靠性、安全性、產品質量、環境保護、設備壽命等方面提供技術支撐，最終達到增加產量、提高設備管理精細化、自動化水平。同時，實現公司由流程驅動型管理向數據化、信息化驅動管理的模式變革。

3.1 關鍵設備在線智能檢測技術的應用

漢鋼公司設備在線智能檢測技術應用于燒結主抽風機系統、煉鐵高爐風機系統、軋鋼單、雙高線。主要是根據設備的結構類型和運行特點在機組相應位置上安裝檢測裝置，不間斷地獲取設備運行狀態下的振動、溫度、電流、電壓、速度等信號。對原機組設備已經安裝振動、速度、溫度、電流等傳感器，不再另行采集。通過開放與原有系統的通信協議，將此類監測量引入到設備在線監測系統中，并對其進行趨勢分析和報警設置。

3.2 系統架構及組成

設備在線智能監測系統是通過以微型處理器為核心的智能化現場數據采集單元，將設備的運行狀態、數據采集并分析后,以以太網方式發送到CMS服務器（Central Management Server，中心管理服務器），由CMS服務器對外提供監測機組的狀態信息發布機組故障分析等服務（圖1）。

圖1 系統架構及組成

智能監控系統軟件分為控制管理部分和應用管理部分：控制管理部分主要對采集單元進行固件升級、通訊狀態檢測、測量任務下發、采集啟動與停止；應用管理部分主要對現場各采集單元數據進行管理。具體功能有：系統應用層采用B/S架構，支持Web瀏覽器訪問數據；提供了設備運行狀態查詢、機組形貌圖、振動趨勢圖、時域波形圖、頻域圖等多種常規診斷方法；結合、gPK包絡解調等分析手段，監控設備的運行態勢，定位設備故障；可設置高報、高高報兩級報警機制，系統可自動提示報警；設備管理采用樹狀圖形式，分級展示各工作區、各機組、各測點實時振動狀態；APP報警提示功能；可遠程訪問服務器數據，對設備進行故障診斷。

4 關鍵設備監測點部署（以鼓風機為例）

以鼓風機為例，介紹關鍵設備的監測點部署情況。

鼓風機測點位置選擇電機非驅動端、電機驅動端多點監測。監測的鼓風機包括鼓風機組、高壓電機，可監測信號類型有風機前后端水平、垂直、軸向振動、加速度、溫度、速度、包絡（圖2）。

圖2 鼓風機測點示意

測點1為風機組振動、溫度測量方案。

測點2為電氣設備在線監測數據方案，采集高壓電機電流、電壓、繞組溫度、前后軸軸承溫度等。

測點5為機組狀態評估。設備在線智能監測系統通過機組實際運行狀況，依據ISO 10816-3-2009《機械振動——通過非轉運部件上的測量對機器振動的評估》進行時域采集評估，并結合現場運行狀況，最終得出機組健康狀態：正常，指設備振動、速度、溫度、電流等在正常范圍內，或由于某些因素影響使設備振動較高，但故障潛在值不大，可以長期運行；高報，指設備振動、速度、溫度、電流等超過注意門限閾值但未超過報警門限閾值，或存在某些潛在故障，應引起重點關注或進行必要的檢查；高高報，指設備振動、速度、溫度、電流等超過報警門限閾值或已經存在嚴重故障，應及時安排檢修，以免引起更大損失。報警閾值參照ISO 10816-3-2009標準，并結合具體設備工況及實際運行狀態設定。

5 結束語

通過對關鍵設備實施在線智能監測技術，漢鋼公司實時掌握設備的運行狀態，通過智能診斷分析系統對設備運行狀態做出預判斷，實現設備的預知維修、精準維修，有效控制停機檢修時間，提高了設備管理的精細化、自動化水平，并為設備的可用度、可靠性、安全性、環境保護等方面提供技術支撐。同時，縮減了設備的運維成本，提高設備能效，達到增加產量的目的。

設備在線智能監測技術的實施，對保證漢鋼生產線的順利進行具有重要意義和較高應用價值，同時協助更新了公司現有設備管理體系，為打造“數字漢鋼、智能漢鋼”墊定了良好基礎。

［1］馬王君，李新軍.漢鋼關鍵設備在線智能監測技術方案［Z］.