付金強(qiáng),朱攀勇,龔建立,何偉龍

(1.中國葛洲壩集團(tuán)水泥有限公司，湖北 武漢 430073；2.葛洲壩松滋水泥有限公司，湖北 荊州 434217）

1 引言

近年來，在國家建材產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)和推動(dòng)下，水泥行業(yè)智能制造數(shù)字化轉(zhuǎn)型快速發(fā)展。水泥生產(chǎn)行業(yè)企業(yè)越來越重視設(shè)備管理的信息化建設(shè)。在新的技術(shù)和新的市場的環(huán)境要求下，利用在線檢測、智能巡檢等現(xiàn)代信息技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，為設(shè)備管理提供可靠的設(shè)備預(yù)知維修決策依據(jù)，已經(jīng)成為設(shè)備管理發(fā)展的趨勢[1]。目前水泥行業(yè)企業(yè)存在設(shè)備管理維護(hù)知識(shí)理念的不足，設(shè)備管理缺乏信息化管理系統(tǒng)，缺乏設(shè)備運(yùn)行檢測方法和狀態(tài)評(píng)價(jià)手段，設(shè)備維修存在不壞不修、不停不修的欠修狀態(tài)以及頻繁定期維修的過修狀態(tài)。

針對(duì)存在的問題，葛洲壩松滋水泥開展了設(shè)備全生命周期管理的研究，并和恩普特公司展開合作，建設(shè)設(shè)備全生命周期管理系統(tǒng)。系統(tǒng)關(guān)注設(shè)備全生命周期各環(huán)節(jié)的管理，以設(shè)備運(yùn)行維護(hù)過程為重點(diǎn)，強(qiáng)化設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)的管理理念[2]。充分利用在線監(jiān)測、智能點(diǎn)巡檢、DCS系統(tǒng)等數(shù)據(jù)，通過信息化手段實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的全方位監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備故障的產(chǎn)生、發(fā)展、變化的全過程，分析診斷故障原因，掌握設(shè)備的真實(shí)健康程度，以設(shè)備報(bào)警、分析、診斷、措施、決策為支撐，以工單的創(chuàng)建、審批、執(zhí)行、驗(yàn)收為紐帶，合理、優(yōu)化地安排備品備件、維修等資源，優(yōu)化檢修項(xiàng)目、方式和周期，將傳統(tǒng)的維修模式逐漸轉(zhuǎn)變成預(yù)知維修模式[3-4]，減少欠修和過修現(xiàn)象，積極實(shí)踐設(shè)備預(yù)防性維修或狀態(tài)檢修以保障設(shè)備安全、穩(wěn)定、高效、長期健康運(yùn)行。

2 設(shè)備全生命周期管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

設(shè)備全生命周期管理系統(tǒng)主要由設(shè)備全生命周期系統(tǒng)軟件、有線傳感器、智能采集器、無線采集器、智能點(diǎn)檢儀、RFID區(qū)域卡等組成。通過智能巡檢，對(duì)設(shè)備的振動(dòng)、溫度、手抄量、觀察量和人員的到位信息采集進(jìn)行管理；通過在線監(jiān)測對(duì)大型風(fēng)機(jī)、輥壓機(jī)、窯主減速機(jī)、入窯提升機(jī)、入庫提升機(jī)、篦冷機(jī)、斜拉鏈機(jī)、煤立磨等關(guān)鍵設(shè)備的振動(dòng)、溫度、電機(jī)動(dòng)態(tài)電流、工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；在系統(tǒng)中通過數(shù)據(jù)建模和分析，對(duì)設(shè)備易出現(xiàn)的基礎(chǔ)松動(dòng)、軸承故障、齒輪故障、不平衡、不對(duì)中等機(jī)械故障[5-6]和缺相、相不平衡等電氣故障進(jìn)行診斷。

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，需要對(duì)系統(tǒng)軟件、硬件、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建設(shè)。系統(tǒng)建設(shè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖1。系統(tǒng)通過智能感知獲取設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過采集器、智能點(diǎn)檢儀上傳數(shù)據(jù)到系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)、設(shè)備故障診斷并實(shí)現(xiàn)檢維修管理、潤滑管理以及相關(guān)流程的流轉(zhuǎn)。通過遠(yuǎn)程診斷專家服務(wù)，將企業(yè)工廠和遠(yuǎn)程專家連接到一個(gè)平臺(tái)上，通過專業(yè)化的遠(yuǎn)程運(yùn)維、專業(yè)化的診斷專家、技術(shù)支持專家、遠(yuǎn)程培訓(xùn)快速反應(yīng)，提供診斷，維修，供應(yīng)，咨詢，培訓(xùn)等全方位服務(wù)。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2.2 硬件設(shè)計(jì)

設(shè)備全生命周期管理系統(tǒng)硬件部分主要由在線傳感器、智能數(shù)據(jù)采集器、無線傳感器、智能點(diǎn)檢儀組成。硬件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 硬件設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)框圖

在線傳感器：傳感器通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成，完成信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄、控制等多重要求，具有微型化、數(shù)字化、智能化等多種功能，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、信息化的第一環(huán)。

智能數(shù)據(jù)采集器：智能數(shù)據(jù)采集器主要包括傳感器、現(xiàn)場接線端子箱、采集器及其機(jī)箱、采集器機(jī)柜、服務(wù)器、通信線纜等部分。

無線傳感器：無線振動(dòng)溫度傳感器，內(nèi)置壓電式加速度傳感器，可測量加速度/速度/位移/溫度值，采用無線方式將數(shù)據(jù)傳輸至采集器，具有體積小、寬展能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

點(diǎn)檢儀：具備綜合身份識(shí)別、振動(dòng)測量、紅外測溫、聽診、拍照、手電筒、移動(dòng)數(shù)據(jù)通訊、藍(lán)牙、4G、通話、測轉(zhuǎn)速、觀察量描述信息采集與處理、數(shù)據(jù)庫與網(wǎng)絡(luò)等諸多先進(jìn)技術(shù)，使點(diǎn)檢、巡檢管理在面向人員、時(shí)間和地點(diǎn)的同時(shí)，直接面向設(shè)備管理、生產(chǎn)管理、質(zhì)量控制，從而達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、實(shí)效管理的目的。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

設(shè)備全生命周期管理系統(tǒng)采用模塊化的開發(fā)和設(shè)計(jì)思想，將應(yīng)用功能拆解為一組松耦合的微服務(wù)，每個(gè)服務(wù)遵守單一責(zé)任原則，具有組件化、松耦合、自治、去中心化的特點(diǎn)，最終系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了服務(wù)粒度小、獨(dú)立部署和擴(kuò)展、獨(dú)立開發(fā)和演化、分布式的平臺(tái)系統(tǒng)，每個(gè)模塊可以單獨(dú)開發(fā)、部署、運(yùn)維，極大的提高了軟件開發(fā)的敏捷性，并實(shí)現(xiàn)了快速橫向擴(kuò)展/收縮，及時(shí)應(yīng)對(duì)規(guī)模變化的挑戰(zhàn)。軟件設(shè)計(jì)思路和功能設(shè)計(jì)框圖見圖3。

圖3 軟件設(shè)計(jì)思路和功能設(shè)計(jì)框圖

設(shè)備全生命周期管理系統(tǒng)通過搭建上層的展現(xiàn)平臺(tái)，集成各個(gè)業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，完成各個(gè)子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互，并匯總設(shè)備管理在各個(gè)環(huán)節(jié)中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)在平臺(tái)進(jìn)行展示分析。除此之外，平臺(tái)提供各個(gè)子系統(tǒng)的登錄入口，可以由平臺(tái)直接跳轉(zhuǎn)進(jìn)入子系統(tǒng)查看具體的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。包含的子系統(tǒng)有：設(shè)備管理、在線監(jiān)測、點(diǎn)檢管理、潤滑管理、維修管理、保養(yǎng)管理。

3 應(yīng)用與驗(yàn)證

如圖4所示，葛洲壩松滋水泥生料輥壓機(jī)動(dòng)輥減速機(jī)輸入端和電機(jī)驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)從2020年6月23日4：30左右出現(xiàn)劣化，截止到6月28日15：01，減速機(jī)輸入端振動(dòng)值為35.95mm/s，電機(jī)驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)值為3.92 mm/s。恩普特服務(wù)人員通過ETM全生命周期管理系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前故障進(jìn)行分析和診斷，并及時(shí)出具診斷報(bào)告，協(xié)助用戶檢維修決策。葛洲壩松滋水泥檢維修人員于6月30日對(duì)輥壓機(jī)進(jìn)行停機(jī)檢修，確認(rèn)是聯(lián)軸節(jié)螺栓松動(dòng)故障。修復(fù)當(dāng)前故障后重新開機(jī)，電機(jī)和減速機(jī)振動(dòng)值明顯下降，見圖5，松動(dòng)故障實(shí)物圖，見圖6。

圖4 5月29日～6月28日振動(dòng)劣化趨勢

圖5 檢修前后振動(dòng)趨勢圖

圖6 聯(lián)軸器螺栓松動(dòng)實(shí)物圖

4 結(jié)論

通過設(shè)計(jì)的設(shè)備全生命周期管理系統(tǒng)，將水泥廠的回轉(zhuǎn)窯、提升機(jī)、風(fēng)機(jī)、減速機(jī)等機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)、溫度、電流等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和監(jiān)測，實(shí)時(shí)的判斷出了當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，診斷故障的形式和可能的劣化趨勢，對(duì)于開展預(yù)知維修，合理的安排設(shè)備運(yùn)維，進(jìn)行智能化的設(shè)備全生命周期管理提供了決策支持。同時(shí)智能化系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)提升設(shè)備的效能，減少非計(jì)劃停機(jī)，保障生產(chǎn)、設(shè)備和人員的安全起到了很好的示范作用。系統(tǒng)當(dāng)前在葛洲壩松滋水泥廠已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用，項(xiàng)目的推廣應(yīng)用對(duì)促進(jìn)信息化和制造業(yè)的融合，改善設(shè)備管理的智能化水平，促進(jìn)安全生產(chǎn)有著重要的意義。