宣鋼設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)

張明明

（河鋼集團(tuán)宣化鋼鐵有限公司，河北張家口 075100）

0 引言

“中國(guó)制造2025”指出：“推進(jìn)制造過(guò)程智能化。實(shí)施工業(yè)云及工業(yè)大數(shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用試點(diǎn)，建設(shè)一批高質(zhì)量的工業(yè)云服務(wù)和工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)。”智能監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程診斷與工業(yè)云和工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)深度融合為工業(yè)行業(yè)指明了未來(lái)發(fā)展方向。宣鋼在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)是構(gòu)建智能設(shè)備管理體系，響應(yīng)“兩化融合、工業(yè)4.0”的必然產(chǎn)物，具有思路更加清晰、目標(biāo)更加明確、隱患排查率都有顯著提升的特點(diǎn)。在關(guān)鍵設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)提前預(yù)判，隱患及時(shí)排查，避免設(shè)備事故的發(fā)生，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2018 年,宣化鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司與北京時(shí)代龍城科技有限責(zé)任公司合作建成宣鋼設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一套基于振動(dòng)、溫度等設(shè)備狀態(tài)信息的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，他利用安裝在設(shè)備上的振動(dòng)、溫度一體化傳感獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下的振動(dòng)、溫度信號(hào)，通過(guò)無(wú)線傳輸方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡脚_(tái)，再利用大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能篩選、異常數(shù)據(jù)報(bào)警并自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警機(jī)制。報(bào)警狀態(tài)可實(shí)時(shí)傳輸?shù)绞謾C(jī)APP，提醒設(shè)備管理人員與診斷工程師關(guān)注。診斷工程師通過(guò)診斷分析系統(tǒng)進(jìn)行專業(yè)數(shù)據(jù)分析，綜合設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、參數(shù)、歷史運(yùn)行維護(hù)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確判斷故障原因。

在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)采用模塊化可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)、通用加速度傳感器，分布式總線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用總線技術(shù)建立一個(gè)分布式的主從結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，放置在中央控制室的兩臺(tái)計(jì)算機(jī)為主站，分布在各裝置設(shè)備的數(shù)據(jù)采集站為從站。從站在主站的協(xié)調(diào)和控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸。根據(jù)設(shè)定的報(bào)警判斷機(jī)泵各測(cè)點(diǎn)的報(bào)警狀態(tài)、并以短信方式發(fā)送至相關(guān)設(shè)備管理人員手機(jī)等。基于B/S 結(jié)構(gòu)，授權(quán)用戶以WEB 瀏覽的形式察看現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)以及診斷圖譜，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷管理。

每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集站負(fù)責(zé)采集匯總附近若干臺(tái)設(shè)備傳感器傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)，傳感器與采集站之間采用4G 通信，數(shù)據(jù)接入工廠局域網(wǎng)，可與DCS 等控制系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，預(yù)留離線分析設(shè)備數(shù)據(jù)導(dǎo)入的功能。

針對(duì)設(shè)備特點(diǎn)，為便于現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員多、快、好、省地診斷出設(shè)備故障，摒棄掉大機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中不適宜設(shè)備故障特征的診斷方式，將目標(biāo)集中于滾動(dòng)軸承、機(jī)械密封和葉輪轉(zhuǎn)子故障方面，軟件系統(tǒng)能夠同時(shí)分析設(shè)備機(jī)械部件故障和流體故障以及電機(jī)電氣故障和機(jī)械故障，軟件可連續(xù)采集和全同步數(shù)據(jù)采集，能夠進(jìn)行高分辨率頻譜分析、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)站譜線分辨率6400 線以上，分析頻率10 倍頻以上。軟件系統(tǒng)針對(duì)滾動(dòng)軸承支持包絡(luò)分析和倒頻譜分析等，同時(shí)支持接入轉(zhuǎn)速或鑒相測(cè)量數(shù)據(jù)后進(jìn)行的階次分析。在轉(zhuǎn)速傳感器或鑒相觸發(fā)的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)等角度采樣，同步整周期振動(dòng)信號(hào)采樣，在無(wú)鑒相數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，能自動(dòng)根據(jù)指定振動(dòng)信號(hào)推斷機(jī)組轉(zhuǎn)速。能夠自動(dòng)識(shí)別啟停機(jī)、平穩(wěn)運(yùn)行等機(jī)組狀態(tài)，自動(dòng)優(yōu)化采集和存儲(chǔ)策略。能夠?qū)φ＿\(yùn)行數(shù)據(jù)、啟停機(jī)數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)和突變數(shù)據(jù)進(jìn)行分類標(biāo)識(shí)，方便數(shù)據(jù)索引，分類存儲(chǔ)，在保證不丟失數(shù)據(jù)的情況下，盡量減少存儲(chǔ)空間。軟件系統(tǒng)能夠基于絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)融合自動(dòng)報(bào)警；軟件包含滾動(dòng)軸承特征頻率庫(kù)，與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件自動(dòng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備滾動(dòng)軸承的精細(xì)診斷，滾動(dòng)軸承故障基于振動(dòng)加速度包絡(luò)和振動(dòng)能量雙重參數(shù)自動(dòng)報(bào)警，專用軟件系統(tǒng)插件專門用于設(shè)備流體相關(guān)故障識(shí)別。

1 可靠的在線設(shè)備分析

如果機(jī)組測(cè)點(diǎn)是同一徑向截面上相互垂直的兩個(gè)傳感器，那么就可以實(shí)時(shí)顯示軸心軌跡。軸心軌跡標(biāo)尺自動(dòng)放大或縮小，單位根據(jù)傳感器測(cè)量參數(shù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換。而不需人為干預(yù)。

2 強(qiáng)大的上位機(jī)設(shè)備分析功能

機(jī)組運(yùn)行的臨時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)頻譜數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，都為機(jī)器的狀態(tài)離線分析提供豐富的信息。為了讓用戶對(duì)機(jī)組的各種工況狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)發(fā)展趨勢(shì)充分了解，系統(tǒng)提供時(shí)域波形、幅值譜圖、譜差、倒譜、互相關(guān)、自相關(guān)、互譜、包絡(luò)波、包絡(luò)譜、歷史數(shù)據(jù)的峭度趨勢(shì)、峰值趨勢(shì)和有效值趨勢(shì)、啟停機(jī)的瀑布圖和伯特圖、多文件分析，濾波等。此外引入現(xiàn)代時(shí)頻分析：小波分析、維格納分析等多種設(shè)備故障分析方法。用戶可通過(guò)選擇不同數(shù)據(jù)類型的一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)入不同的分析功能。

3 參數(shù)可選的智能故障診斷專家系統(tǒng)

將事先選擇好的數(shù)據(jù)，通過(guò)輸入該數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)機(jī)組的轉(zhuǎn)速，來(lái)提取該數(shù)據(jù)的各種頻率特征，例如1 倍頻、2 倍頻、3 倍頻及分頻等。然后根據(jù)提取到的頻率特征及幅值，儀器可對(duì)故障進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別。按照故障可能性，診斷出4 個(gè)相匹配的故障結(jié)論，并按照每個(gè)故障分別給出相應(yīng)的維修建議。

4 手機(jī)直接查看設(shè)備狀態(tài)

無(wú)需安裝軟件，通過(guò)手機(jī)瀏覽器即可登錄隨時(shí)隨地掌控設(shè)備振動(dòng)健康狀態(tài)，通過(guò)綠（允許），黃（注意），紅（危險(xiǎn)）三色標(biāo)識(shí)設(shè)備健康狀態(tài)。同時(shí)評(píng)價(jià)設(shè)備的健康指數(shù)（0～100）。振動(dòng)監(jiān)測(cè)畫(huà)面如圖1 所示。

5 多功能報(bào)警策略

異常報(bào)警可直接發(fā)送到手機(jī)短信或微信上。故障報(bào)警的準(zhǔn)確性極為關(guān)鍵。

（1）按照監(jiān)測(cè)值分類為：絕對(duì)值報(bào)警和相對(duì)值報(bào)警。

（2）按照監(jiān)測(cè)對(duì)象分類：設(shè)備級(jí)報(bào)警和部件級(jí)報(bào)警。

（3）按照?qǐng)?bào)警級(jí)別分類：正常、警告和危險(xiǎn)。

（4）按運(yùn)行工況分：報(bào)警值與報(bào)警曲線（曲面），需要特別強(qiáng)調(diào)的是，對(duì)于變工況設(shè)備必須采用報(bào)警曲線報(bào)警，否則監(jiān)測(cè)沒(méi)有效果。

（5）按設(shè)定報(bào)警的方法分為絕對(duì)法、類比法、相對(duì)法和大數(shù)據(jù)法。報(bào)警功能交叉使用時(shí)報(bào)警達(dá)到真正準(zhǔn)確的程度。

宣鋼在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備29 臺(tái)大型重要設(shè)備，由于應(yīng)用開(kāi)展時(shí)間較短，理論研究還不夠深入，使得此項(xiàng)目與國(guó)內(nèi)外頂級(jí)水平相比還停留在相對(duì)弱勢(shì)的層面，在今后工作中，經(jīng)過(guò)不斷努力和總結(jié)，做好現(xiàn)有設(shè)備的線監(jiān)測(cè)診斷，進(jìn)一步深化，更加準(zhǔn)確、快速的掌握設(shè)備時(shí)實(shí)動(dòng)態(tài)。

6 在線監(jiān)測(cè)診斷遇到的問(wèn)題

圖1 振動(dòng)監(jiān)測(cè)畫(huà)面

在線監(jiān)測(cè)診斷遇到最常見(jiàn)的問(wèn)題是測(cè)振點(diǎn)傳感器松弛，造成重復(fù)性誤報(bào)警增多。處理有幾種辦法。將導(dǎo)線端打結(jié)，避免由于長(zhǎng)期導(dǎo)線作用而時(shí)傳感器受到拉力；將導(dǎo)線末端固定防止導(dǎo)線晃動(dòng)對(duì)信號(hào)干擾；發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后處理上報(bào)以及分析能力，分析的結(jié)果往往是，不平衡、不對(duì)中、齒輪嚙合問(wèn)題、軸承損壞。公司存在大部分類似問(wèn)題，但是往往不對(duì)中問(wèn)題，尤其是角度不對(duì)中伴隨著打齒、軸承損壞現(xiàn)象，后臺(tái)分析比較單一沒(méi)有綜合分析到位，檢修安裝后也是不能完全避免不平衡、不對(duì)中等問(wèn)題。不能開(kāi)機(jī)重啟的，一旦開(kāi)機(jī)容易造成重大損失，公司分析未明確可以開(kāi)機(jī)與否。如何通過(guò)管理和技術(shù)解決問(wèn)題是長(zhǎng)久以來(lái)的追求，各司其職，各盡其責(zé)。把管理水平最大化，降低成本，提高效益是我們的目標(biāo)。

7 結(jié)束語(yǔ)

大型設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行是設(shè)備管理的重中之重，宣鋼構(gòu)建智能化大型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)診斷平臺(tái)，對(duì)大型設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)診斷，掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)劣趨勢(shì)、設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)、大中定修計(jì)劃有重大意義。工業(yè)大數(shù)據(jù)概念是歷史的車輪，是新一輪的科技革命，百年宣鋼著眼以未來(lái)，為改革的浪潮添磚加瓦。