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

惠濤

（陜西神木化學工業(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，對外依存度日益提高。基于此，國際能源安全問題日益突出。為解決長期存在于煤化工企業(yè)生產(chǎn)過程中的相關(guān)問題，創(chuàng)造安全的石化產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，促進石化原料多元化發(fā)展，該行業(yè)領(lǐng)域的革新工作勢在必行，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)展保駕護航。新時期，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代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石化產(chǎn)品，盡可能緩解國家的能源壓力。此外，基于該行業(yè)的特殊性，對設(shè)備要求極高，但實際生產(chǎn)作業(yè)中大多存在設(shè)備維護人工化，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)測診斷系統(tǒng)方案，用以解決長期存在于煤化工行業(yè)生產(chǎn)過程中存在的設(shè)備管理痛點。

1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

故障診斷技術(shù)是設(shè)備維護工作的基礎(chǔ)，只有準確地對設(shè)備所出現(xiàn)的故障進行診斷，方能對其進行有效維護，從而確保其的正常運轉(zhuǎn)。故障診斷技術(shù)最早起源于20世紀60年代，當時美國宇航局率先推出了機械故障診斷研究這一課題。隨著美國宇航局與英國機械保健中心不斷地進行細致研究，終于在20世紀70年代該技術(shù)被應(yīng)用在機械設(shè)備的維護與故障檢測中。此后，機械設(shè)備故障診斷技術(shù)不僅僅被進一步完善，同時也被廣泛地應(yīng)用在多個領(lǐng)域中。而隨著計算機的問世，機械設(shè)備故障診斷技術(shù)與計算機技術(shù)也進行了有機結(jié)合。通過計算機技術(shù)與機械設(shè)備診斷技術(shù)的有機結(jié)合不僅僅提升了機械設(shè)備診斷的工作效率，同時也在一定程度上避免了機械設(shè)備故障誤診現(xiàn)象的出現(xiàn)。此外，隨著計算機技術(shù)的逐步完善，20世紀90年代，機械設(shè)備故障診斷技術(shù)還加強了對計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，從而方便了工作人員遠距離對機械設(shè)備進行故障檢測及維護。

我國對故障診斷技術(shù)的研究最早開始于20世紀80年代，當時我國組建了故障診斷學會。通過其對西方國家的不斷學習以及對自身機械設(shè)備維修經(jīng)驗的逐步總結(jié)，最終實現(xiàn)了對機械設(shè)備故障診斷技術(shù)及機械設(shè)備故障監(jiān)測的應(yīng)用。并且，隨著我國對其相關(guān)技術(shù)的逐步研究，現(xiàn)今機械設(shè)備故障診斷技術(shù)以及機械設(shè)備監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于工業(yè)部門、航空航天部門等多個領(lǐng)域中。同時，通過將其與自動化技術(shù)以及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)相結(jié)合，當前其不僅僅可以實現(xiàn)對機械設(shè)備的遠距離診斷與監(jiān)測，同時，更可以利用人工智能技術(shù)以及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)自動化故障診斷。

這一技術(shù)在我國的應(yīng)用不僅方便了機械設(shè)備維護工作的進行，同時，也有效延長了機械設(shè)備的使用年限。此外，通過對這一技術(shù)進行應(yīng)用，還可以進一步降低工業(yè)生產(chǎn)過程中機械設(shè)備的維護成本，進而對工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的提升及國民經(jīng)濟的增長起到了一定的促進作用。

2 系統(tǒng)構(gòu)想

眾所周知，煤化工業(yè)是我國重要的能源企業(yè)之一，其發(fā)展效率及產(chǎn)品質(zhì)量直接關(guān)系到我國國民的能源使用。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)機械設(shè)備的維護工作。此外，隨著計算機等新興產(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)必要做好機械設(shè)備的維護工作，從而降低其維護成本，進而對企業(yè)收益的提升起到一定的促進作用。因此，為了進一步降低煤化工業(yè)中機械設(shè)備的維護成本，其需要研發(fā)并設(shè)計一款煤化工業(yè)設(shè)備全生命周期健康監(jiān)測診斷系統(tǒng)。

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

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)測診斷系統(tǒng)的第一層，在該層中不僅僅包含電壓監(jiān)測設(shè)備、電流檢測設(shè)備等常規(guī)檢測儀器，同時，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。通過利用這些設(shè)備，該系統(tǒng)不僅僅可以對煤化工業(yè)中所運行的機械設(shè)備的噪音、電壓、電流等數(shù)值進行監(jiān)測，同時，更可以實現(xiàn)對其機械設(shè)備運行過程中的轉(zhuǎn)速以及溫度等進行檢測。通過對設(shè)備運行工程中的多種數(shù)據(jù)信息進行檢測，便可以方便云端應(yīng)用對該設(shè)備是否出現(xiàn)了故障以及故障原因等進行判斷分析。

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)備運行數(shù)據(jù)上傳至云端應(yīng)用層中，從而方便其對設(shè)備的運行狀況進行判定。同時，通過利用工業(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，從而細致地對機械設(shè)備的某一部分數(shù)據(jù)進行精密獲取。在工業(yè)物聯(lián)傳輸層中主要包括有無線傳感器以及網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，同時，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)備運維平臺。通過利用該平臺不僅僅可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的有線傳輸，同時，更可以借助5G網(wǎng)絡(luò)以及IPV6的WiFi實現(xiàn)無線傳輸，其中網(wǎng)關(guān)與平臺的互聯(lián)圖如圖1所示。

圖1 網(wǎng)關(guān)于平臺的互聯(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，從而方便對數(shù)據(jù)信息的存儲。同時，通過該層還可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的云端計算，從而分析得出機械設(shè)備在運行過程中是否出現(xiàn)了故障。由于本系統(tǒng)不僅僅具備機械設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控、機械設(shè)備故障分析等功能，還可以根據(jù)當前設(shè)備的運行狀態(tài)對其未來發(fā)展進行預(yù)測，從而避免故障的出現(xiàn)。因此，為了進一步對本系統(tǒng)中的相關(guān)功能進行管理，其還建設(shè)了相應(yīng)的服務(wù)平臺。服務(wù)平臺的核心為云端服務(wù)平臺，通過利用云端服務(wù)平臺其可以直接與多個終端相連，從而直接觀察當前機械設(shè)備的運行狀態(tài)及故障性預(yù)測信息等。同時，通過利用該平臺還可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)趨勢的分析以及機械設(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)鍵問題

經(jīng)研究證實，新型的化工行業(yè)設(shè)備全生命周期健康監(jiān)測診斷系統(tǒng)能解決一些實際存在于煤化工工廠設(shè)備的一些關(guān)鍵性問題，保障設(shè)備運行的安全性，進而創(chuàng)造相對穩(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)備在實際運行過程中自身的構(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。長此以往，這類設(shè)備將會成為工廠作業(yè)的安全隱患。當前，國內(nèi)行業(yè)還沒有出臺具體化的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測體系，傳統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方法存在著較多的缺陷，無法得到較為全面的數(shù)據(jù)信息。全生命周期健康監(jiān)測診斷系統(tǒng)則可以更好地解決這一問題，利用該系統(tǒng)的特殊功能，可以在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)對各類獨立設(shè)備參數(shù)監(jiān)測的整合功能，形成較為精準的預(yù)測性監(jiān)測手段，第一時間監(jiān)測出工廠中存在部件磨損和缺陷的設(shè)備，及時做好備案、后續(xù)維修。上述外，該系統(tǒng)的構(gòu)建還可以及時診斷出一些存在早期故障征兆的設(shè)備以及對一些長周期運行的設(shè)備進行相應(yīng)的生命周期評估等。

4 效果與展望

全生命周期健康監(jiān)測診斷系統(tǒng)構(gòu)想在煤化工行業(yè)設(shè)備運行中的實施獲得了較高的效果，且在極大程度上對煤化工行業(yè)設(shè)備安全維護工作起到了強化作用。首先，煤化工工廠從落后的設(shè)備維修理念中走了出來，意識到了數(shù)據(jù)的重要性，在實際設(shè)備檢修過程中將設(shè)備數(shù)據(jù)作為評價設(shè)備檢修、維修的標準，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)測大數(shù)據(jù)特征庫就此形成，利用監(jiān)測大數(shù)據(jù)特征庫所收集的數(shù)據(jù)信息，可以更好地對各個行業(yè)的設(shè)備的監(jiān)測與完整評價作出判斷，進而獲得更加準確、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。