王彩琴，吳鴻鵬

（山東鋼鐵集團(tuán)萊蕪分公司自動化部，山東萊蕪，271104）

1 引言

隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，設(shè)備能否安全可靠地以最佳狀態(tài)運(yùn)行，對于確保產(chǎn)品質(zhì)量、提高企業(yè)生產(chǎn)能力、保障安全生產(chǎn)都具有十分重要的意義。如何有效地提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)測出故障的發(fā)生是十分必要的，這是加強(qiáng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和設(shè)備管理最要重要的環(huán)節(jié)。設(shè)備從正常到故障會有一個發(fā)生、發(fā)展的過程，因此很有必要對設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行日常的、連續(xù)的、規(guī)范的工作狀態(tài)的檢查和測量。萊鋼自動化部鐵區(qū)車間在進(jìn)行常規(guī)工況設(shè)備檢測的基礎(chǔ)上，結(jié)合萊鋼冶金企業(yè)自動檢測的特點(diǎn)進(jìn)行了一系列創(chuàng)新，顯出了較好的成效。

2 設(shè)備狀態(tài)檢測必要性和先進(jìn)的檢測手段

目前，萊鋼大多數(shù)檢測設(shè)備都是常規(guī)設(shè)備，只有少部分智能設(shè)備具有自診斷功能，而且對一些機(jī)組設(shè)備只能靠現(xiàn)場觀察進(jìn)行大致判斷，每年萊鋼生產(chǎn)事故中設(shè)備問題占很大比例。這樣很有必要對重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時檢測跟蹤，實(shí)現(xiàn)性能分析、提前預(yù)報等。自動化部鐵區(qū)車間針對現(xiàn)場設(shè)備特點(diǎn)和生產(chǎn)需求，分四類進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)檢測。一是智能型設(shè)備如帶診斷功能的通過自身性能進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)檢測；二是大多數(shù)常規(guī)設(shè)備，主要是通過PLC系統(tǒng)進(jìn)行綜合判斷；三是研發(fā)設(shè)備自動點(diǎn)檢系統(tǒng)；四是針對機(jī)組綜合性能運(yùn)行分析的重點(diǎn)研究。

先進(jìn)的設(shè)備狀態(tài)檢測一方面進(jìn)行設(shè)備的實(shí)時監(jiān)控與性能分析，另一方面把相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)、性能通過因特網(wǎng)相連引入各班組及車間執(zhí)行中心和自動化部指揮中心，基本解決了萊鋼目前相關(guān)自動化設(shè)備的智能檢測、診斷與預(yù)防性維護(hù)。

3 設(shè)備狀態(tài)檢測方法與性能分析

3.1 充分挖掘設(shè)備自身功能，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的可視化及自診斷

（1）控制系統(tǒng)的供電電源，我們采用電源冗余或并列方式供電，同時把24 V電源箱工作信號指示即電源箱開關(guān)閉合信息經(jīng)機(jī)旁PLC傳輸，開發(fā)完成電源系統(tǒng)監(jiān)測診斷系統(tǒng)，完成對電源工作穩(wěn)定性的判斷。

（2）帶診斷功能的配電器，通過設(shè)備自診斷軟件實(shí)現(xiàn)對配電器的參數(shù)設(shè)置和在線診斷，如量程修改，參數(shù)補(bǔ)償?shù)取?/p>

（3）利用PLC硬件信息進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)備診斷，通過ⅠE瀏覽器，只需輸入PLC系統(tǒng)的ⅠP地址，就可在線檢查所有PLC硬件設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，包括電源、CPU、通訊、模擬量輸入（輸出）及開關(guān)量輸入（輸出）等。其中模板所有檢測信號與現(xiàn)場一一對應(yīng)，模板各種指示一目了然。

（4）開發(fā)設(shè)備故障預(yù)判系統(tǒng)，針對CPU狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)診斷、回路診斷等特點(diǎn)，開發(fā)系統(tǒng)的硬件診斷信息。通過軟件編程對ACⅠ、ATⅠ模塊本身的狀態(tài)字判斷各通道的斷線警告和量程警告；通過DDⅠ、DDO模塊的指示燈判斷各通道的運(yùn)行情況；通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息判斷網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通斷等。目前實(shí)現(xiàn)了對施耐德PLC系統(tǒng)、ABB系統(tǒng)、橫河DCS系統(tǒng)及西門子系統(tǒng)的CPU、網(wǎng)絡(luò)、硬件模板狀態(tài)硬件診斷，見圖1。

3.2 借助P L C或D C S系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備分析

3.2.1 開發(fā)免維護(hù)系統(tǒng)

主要是對維護(hù)區(qū)域內(nèi)控制系統(tǒng)的連鎖停機(jī)重點(diǎn)信號的模板通道信息進(jìn)行診斷，連鎖信息出現(xiàn)故障先判斷通道好壞，如果通道壞判定模板問題，若模板通道正常，則現(xiàn)場儀表問題。對檢測點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)說明，如設(shè)備型號、規(guī)格、量程、安裝說明、維護(hù)及廠家聯(lián)系方式等等，同時還有對應(yīng)的PLC測點(diǎn)模板通道及端子排信息等，所有信息都通過監(jiān)控軟件實(shí)時顯示。一旦出現(xiàn)設(shè)備問題，自動化儀表人員對設(shè)備信息準(zhǔn)確把握，大大提高設(shè)備故障處理速度。

3.2.2 影響停機(jī)信號的特殊處理

對不具有診斷功能的大多數(shù)常規(guī)儀表完成信號采集后，對參與連鎖停機(jī)的檢測元件通過編程進(jìn)行特殊處理，使其具有人工智能的信息，確保整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

對于溫度連鎖信號要避免電阻、電偶開路或短路而引起的誤停機(jī)等等。一般溫度信號都是直接進(jìn)行判斷。這種判斷最大缺點(diǎn)的就是在溫度由于現(xiàn)場震動等原因突變或漸變過程不能及時發(fā)現(xiàn)。針對溫度信號這種特點(diǎn)，程序中采用溫度變化率屏蔽信號接觸不良而引發(fā)的停機(jī)，同時溫度連鎖停機(jī)投入可選，對因接觸不良而引起的小幅度變化提前預(yù)判，給出報警，及時處理故障點(diǎn)。同時對于多點(diǎn)溫度信號參與連鎖停機(jī)的可選。對于壓力，流量等連鎖停機(jī)信號一般都有2點(diǎn)，由并聯(lián)方式改為串聯(lián)方式，但單點(diǎn)出現(xiàn)停機(jī)信息是要報警，及時檢查處理。所有信號都需要增加連鎖投入解除，便于信號處理。采用上面方式有效屏蔽由于檢測原件故障而發(fā)生停機(jī)。

針對配料系統(tǒng)自主開發(fā)了皮帶秤故障診斷功能，分析變頻器頻率與實(shí)測皮帶秤流，如果嚴(yán)重偏離智能控制模型，則視為故障。配料系統(tǒng)利用皮帶秤正常狀態(tài)時的下料量和變頻器相應(yīng)輸出值來建立數(shù)據(jù)庫模型，正常情況下配料使用電子皮帶秤的流量進(jìn)行閉環(huán)自動調(diào)節(jié)，當(dāng)皮帶秤突發(fā)故障無法正常檢測流量時，可以利用數(shù)據(jù)庫中的信息對變頻器進(jìn)行開環(huán)控制，完成自動配料。我們經(jīng)過長期探索建立了完善的數(shù)據(jù)庫模型，根據(jù)不同料種在不同水分時分別記錄下不同頻率時的下料量，分段線性化，使數(shù)據(jù)庫自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)。當(dāng)外部皮帶秤稱量部分出現(xiàn)問題時，采用人工配料方式已不能滿足配料的工藝要求，此時利用該模型，及時判斷秤是否出現(xiàn)故障，根據(jù)不同的設(shè)定值和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而以最佳頻率進(jìn)行運(yùn)行，穩(wěn)定配料配比，使焦炭或燒結(jié)礦質(zhì)量得以保證。

3.2.3 重點(diǎn)設(shè)備報警實(shí)現(xiàn)人機(jī)自動互聯(lián)

對區(qū)域內(nèi)重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行報警提示，引入了GSM MODEM技術(shù)，與控制系統(tǒng)建立連接，通過VB開發(fā)故障信息短信功能包，以短信的方式把故障信息及時傳達(dá)到生產(chǎn)單位及維護(hù)人員。其中報警信息通過PLC系統(tǒng)綜合判斷，報警方式采用一對一方式語音報警，設(shè)備故障時語音直接提示，并通過手機(jī)短信與區(qū)域內(nèi)的技術(shù)骨干相連，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)信息的完美溝通和故障的第一時間處理。

3.2.4 系統(tǒng)動態(tài)網(wǎng)絡(luò)故障綜合診斷

通過軟件編程開發(fā)區(qū)域內(nèi)所有系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，標(biāo)注各系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)地址，并對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)連接，對網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控。通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖可直觀看到系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并通過點(diǎn)擊連接進(jìn)行子系統(tǒng)監(jiān)控。在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，通過網(wǎng)絡(luò)故障綜合診斷功能，快速標(biāo)注的地址排查網(wǎng)絡(luò)故障。

3.2.5 信號虛擬檢測

對車間維護(hù)區(qū)域的部分關(guān)鍵系統(tǒng)信號利用相關(guān)的工藝參數(shù)進(jìn)行虛擬計算，作為信號參考值。把虛擬值與實(shí)際值進(jìn)行實(shí)時比對，實(shí)現(xiàn)了虛擬值誤差范圍內(nèi)的曲線和實(shí)際曲線的有效吻合。研發(fā)首套燒結(jié)機(jī)終點(diǎn)溫度在線跟蹤系統(tǒng)，對燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)進(jìn)行指導(dǎo)。對高爐混風(fēng)溫度的虛擬測量實(shí)現(xiàn)了高爐生產(chǎn)在無混風(fēng)電偶狀態(tài)下的正常生產(chǎn)。

3.3 設(shè)備自動點(diǎn)巡檢系統(tǒng)

設(shè)備從正常到故障是一個過程，為此利用市場通用的測溫槍及條碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動點(diǎn)巡檢。記錄設(shè)備名稱、狀態(tài)、溫度及點(diǎn)檢時間等數(shù)據(jù)信息，并把每次的設(shè)備信息引入計算機(jī)系統(tǒng)，對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析，可隨時查看、統(tǒng)計、分析點(diǎn)檢數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)曲線，設(shè)備異常時給設(shè)備點(diǎn)檢人員信息提示進(jìn)行相關(guān)維修和處理。

點(diǎn)檢系統(tǒng)中采用設(shè)備計量編碼作為點(diǎn)檢設(shè)備條碼，與設(shè)備一一對應(yīng)，參考設(shè)備正常工作時要求的環(huán)境溫度設(shè)定溫度報警值，當(dāng)點(diǎn)檢溫度異常時及時報警提示。系統(tǒng)能對設(shè)備點(diǎn)檢數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計、曲線分析和集中處理。

3.4 大型機(jī)組設(shè)備檢測方法

借鑒風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)廠家的機(jī)械檢測經(jīng)驗，學(xué)習(xí)大型機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)檢測手段，在TRT系統(tǒng)和8#風(fēng)機(jī)系統(tǒng)上取得很好進(jìn)展。

3.4.1 防喘振功能的集成

ⅠTCC 控制系統(tǒng)將透平轉(zhuǎn)速控制（SⅠC)、防喘振控制(UⅠC)和工藝過程控制(PⅠC)集成為 1個綜合控制。根據(jù)壓縮機(jī)出廠性能狀態(tài)圖上的喘振線的信息進(jìn)行編程，再乘以一個安全系數(shù)從而得到喘振控制線，通過公式：

OP＝Q12/HP

＝(8314.3a2/Mw×Z1T1△P0/P1)/{8314.3ZavT1×[(Rcf-1)/f]}

式中P1、T1、Z1分別為進(jìn)氣絕對壓力、絕對溫度和可壓因子、△P0為流量計測量孔板前后壓差、Mw為氣體相對分子質(zhì)量、a為流量計計算系數(shù)、Zav為壓縮過程平均可壓因子、m為多變指數(shù)，其中f＝（m-1）／m，計算出壓縮機(jī)當(dāng)前的工作點(diǎn)OP，并將其與喘振控制線上的工作點(diǎn)進(jìn)行比較得到控制輸出值。

3.4.2 協(xié)調(diào)控制的設(shè)計

8#風(fēng)機(jī)采用協(xié)調(diào)控制技術(shù)的方法進(jìn)行程序編制，運(yùn)行中各控制模塊有相互通訊的接口，控制精確。提供蒸汽能源的鍋爐方面為輔助調(diào)節(jié)，爐跟機(jī)方式，機(jī)主控在手動，鍋爐側(cè)完全依據(jù)汽機(jī)來響應(yīng)。特別是閥門控制方面，精確計算出各閥門所需改變的角度,快速而準(zhǔn)確地發(fā)出動作指令,合理動態(tài)調(diào)整風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài),確保系統(tǒng)壓力的高精度控制。

TRT與高爐的協(xié)調(diào)控制技術(shù)，首先采用虛擬測量技術(shù)結(jié)合多重冗余技術(shù)確保高爐頂壓值傳送到TRT系統(tǒng)；我們實(shí)現(xiàn)了6種方式①原有的硬線4～20mA信號保留，作為首選信號；②通過以太網(wǎng)從高爐主控PLC讀取一路數(shù)據(jù)；③用透平入口煤氣壓力虛擬測量出一個數(shù)據(jù)；④正常情況下采用硬線信號濾波處理后的數(shù)據(jù)與以太網(wǎng)信號進(jìn)行高選作為PⅠD設(shè)定值和測量值；⑤PLC檢測硬線品質(zhì)壞，采用以太網(wǎng)信號，虛擬測量數(shù)據(jù)作為備用信號；⑥如發(fā)生極限情況，如高爐側(cè)PLC掉電時，采用虛擬測量數(shù)據(jù)作為PⅠD設(shè)定值和測量值；轉(zhuǎn)換過程均實(shí)現(xiàn)無擾切換，通過以上手段，可最大限度的保證高爐頂壓的安全。其次實(shí)時跟蹤高爐生產(chǎn)狀況，在高爐出現(xiàn)故障時，采用旁通自動保護(hù)控制思路，確保TRT能在高爐運(yùn)行時全天候運(yùn)行，在頂壓高時，TRT不停機(jī)，靜葉開大的同時，旁通參與分流通過TRT透平的煤氣流量，保護(hù)機(jī)組，保證頂壓穩(wěn)定，進(jìn)而確保TRT持續(xù)發(fā)電。最后在極限狀態(tài)下采用超大流量三閥聯(lián)動保護(hù)控制思路，頂壓在高于設(shè)定值10kPa以上時，主旁通打開的同時，副旁通閥迅速打開一定開度，并根據(jù)頂壓狀況迅速打開，直到頂壓穩(wěn)定，再根據(jù)頂壓情況按照預(yù)定的速率線性關(guān)小，以保護(hù)機(jī)組安全，并保證TRT持續(xù)運(yùn)行發(fā)電。通過一系列的協(xié)調(diào)控制，使頂壓控制精度從傳統(tǒng)的±3kPa，提高到±1kPa。

4 設(shè)備狀態(tài)檢測實(shí)施效果

采用多種技術(shù)方法進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)檢測后，不僅可實(shí)時跟蹤設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行設(shè)備性能分析，而且在設(shè)備異常時進(jìn)行預(yù)警，提醒操作人員及時更換設(shè)備、切除設(shè)備連鎖或其他處理。特別在突發(fā)故障時，最大可能的減小故障影響，為萊鋼生產(chǎn)順行提供了有力的保障。

[1]榮命哲、賈申利、王小華，電氣設(shè)備狀態(tài)檢測[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]周明，機(jī)電設(shè)備狀態(tài)檢測方法研究[J].中國設(shè)備工程，2006.