高 飛，于寶青，馮占中，高方欣

（神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古錫林郭勒盟 026015）

0 引言

隨著“中國制造2025”目標和“兩化融合”發(fā)展方向的提出，在4G 網(wǎng)絡(luò)推廣、5G 網(wǎng)絡(luò)布局的新形勢下，核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)阻礙已經(jīng)消除，實施工程設(shè)備遠程檢測、現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集監(jiān)測是工礦企業(yè)精益化管理的必然趨勢。為保障設(shè)備安全高效運行，本著“緊抓核心業(yè)務(wù)與主要的采、運、排設(shè)備”原則，將承修的設(shè)備采用自主維修與委外維修兩種模式，其中對WK-35 電鏟、220 t 卡車、SF31904C 卡車等設(shè)備采用自主維修的模式，對WK-10B 電鏟、部分液壓鏟、TR100 卡車等設(shè)備采用委外維修的模式（表1）。

表1 承修設(shè)備分布情況

1 設(shè)備管理情況及存在問題

公司使用的設(shè)備的管理軟件主要分3 類：設(shè)備自帶的各類傳感器及對應(yīng)軟件、集團的ERP及CEMS 軟件以及自行開發(fā)的軟件。其中，設(shè)備自帶軟件一般在進口或自動化程度高的設(shè)備上，能顯示設(shè)備運行主要參數(shù)、故障信息及位置，如：礦山卡車調(diào)度系統(tǒng)、輪胎全壽命管理系統(tǒng)；集團的ERP 及CEMS 軟件主要是實現(xiàn)對設(shè)備備件的計劃、采購、財務(wù)等管理的軟件，全面統(tǒng)計設(shè)備基本信息、啟用、折舊、報廢等。而自行開發(fā)的軟件是指各基層單位根據(jù)自身需求自行開發(fā)的軟件，如調(diào)度管理系統(tǒng)軟件能統(tǒng)計設(shè)備點巡檢、保養(yǎng)、故障等信息。

設(shè)備硬件存在的問題首先是設(shè)備管理的硬件（PC 端、處理器等）跟不上，很多基層生產(chǎn)現(xiàn)場沒有配備工控機，特別是具有5G 信號傳輸功能和接口的設(shè)備。其次是信息采集終端（傳感器、攝像頭等）選型不準、數(shù)量不夠。由于選型的差異，傳輸?shù)男盘栙|(zhì)量和用途差異巨大，選型不準的采集終端所傳輸?shù)男盘査玫膬r值不高，達不到生產(chǎn)管理要求，需要專業(yè)的人員進行管理和設(shè)計。

設(shè)備軟件存在的問題首先是設(shè)備本身的故障報警功能，尤其在電氣方面，無法遠程操作。其次是設(shè)備管理工具或軟件所采集的運行參數(shù)、保養(yǎng)信息、采購信息等僅僅是電氣方面，機械、溫度和振動等方面欠缺。第三是ERP 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源使用開發(fā)不夠，不同的使用人員所能操作的功能不一樣，非常片面且無法整合。

2 采掘設(shè)備數(shù)字化管理現(xiàn)狀

電鏟是露天礦采剝作業(yè)中重要的大型設(shè)備，電鏟故障率和出動率的高低直接決定了露天煤礦生產(chǎn)效率的高低。公司現(xiàn)有太重生產(chǎn)WK-35 電鏟7 臺，單臺價格約7000 多萬元，每年固定消耗及維修費用近千萬元，7 臺WK-35 電鏟承擔(dān)著勝利露天礦自營生產(chǎn)80%的剝離任務(wù)以及主要的煤炭生產(chǎn)任務(wù)。有效利用電鏟提供的數(shù)據(jù)能夠提高設(shè)備使用率和出動率，目前電鏟數(shù)據(jù)來源有以下3 個方面：①電鏟PLC 和變頻器內(nèi)部參數(shù)，自身自動傳感器等儀表收集到的數(shù)據(jù)。通過這些元件能夠得到設(shè)備運行的狀態(tài)參數(shù)、工況數(shù)據(jù)以及使用過程中發(fā)生的實時參數(shù)，如振動、溫度、轉(zhuǎn)速、電流、電壓等；②人工收集的數(shù)據(jù)，如設(shè)備的維護保養(yǎng)記錄、點檢巡檢記錄、設(shè)備故障維修記錄、整修大修記錄；③其他相關(guān)外部信息，如來自其他同類設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)、信息等。

從實際使用情況來看，電鏟大數(shù)據(jù)的使用情況存在不足：①通過設(shè)備或人工收集到的數(shù)據(jù)，僅限于有限的維修檢查、統(tǒng)計報表等，沒有綜合分析數(shù)據(jù)用來指導(dǎo)生產(chǎn)維修；②各類專項設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，只能顯示參數(shù)信息，非專業(yè)人員不理解參數(shù)表達的意義，無法充分發(fā)揮采掘數(shù)據(jù)的價值。

3 構(gòu)建數(shù)據(jù)采集的電鏟數(shù)字化平臺

勝利能源WK-35 電鏟數(shù)字化平臺可以實時地在遠控端采集電鏟設(shè)備不同工況下各重要機構(gòu)的運行狀態(tài)、參數(shù)，指導(dǎo)設(shè)備科學(xué)維護保養(yǎng)，提高使用效率，降低維修成本，如圖1 所示。通過監(jiān)視設(shè)備的主要機構(gòu)以及輔助系統(tǒng)運行狀態(tài)，異常狀態(tài)下產(chǎn)生預(yù)警，人為參與到預(yù)防措施中，避免大型故障發(fā)生。在線診斷設(shè)備故障和指導(dǎo)維修，縮短維修時間。以更加精細和動態(tài)的方式管理設(shè)備，實現(xiàn)對設(shè)備的安全、高效等一體化管理。

圖1 電鏟數(shù)字化平臺顯示模塊

電鏟實時參數(shù)檢測模塊，主界面提供7 臺電鏟的常規(guī)運行狀態(tài)，主要顯示故障示警、電網(wǎng)電壓、主要變頻器運行參數(shù)、負載情況、各鏟的變頻器運行計時等。

電鏟實時參數(shù)檢測模塊的分頁面中可實時顯示如下內(nèi)容：

（1）變頻器的實時運行參數(shù)包含電壓、電流、速度、轉(zhuǎn)矩、溫度以及報警和故障代碼。數(shù)據(jù)顯示通過對電鏟的變頻器通信設(shè)置實現(xiàn)。發(fā)生故障后通過變頻器的相關(guān)信息判斷故障原因，具體參數(shù)提供數(shù)據(jù)采集功能。

（2）限位監(jiān)測和操作監(jiān)測實現(xiàn)對操作的數(shù)據(jù)采集，并預(yù)留遠程控制端口，通過靜態(tài)下的主令零位監(jiān)測可以判斷主令老化、故障。開閉制動器控制點和制動器狀態(tài)監(jiān)測可遠程診斷制動器相關(guān)控制的故障。

（3）過熱監(jiān)測包含電鏟全部電動機的過熱故障，包含電源通斷、熱繼電器的運行等。潤滑監(jiān)測可實時查看潤滑油路液動換向閥的換向動作、潤滑時間預(yù)設(shè)以及潤滑時間計時等功能。

電鏟實時參數(shù)監(jiān)測模塊可以遠程判斷80%以上的故障種類，并提供部分數(shù)據(jù)分析，改變?yōu)榫S修模式，減少了故障后到現(xiàn)場的排查、測試時間以及安全風(fēng)險。

電鏟全時狀態(tài)采集系統(tǒng)還通過對電鏟重點減速箱、傳動軸等通過傳感器進行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集，可以全天不間斷對測量部位進行采集，形成各類相關(guān)數(shù)據(jù)庫，從而進行數(shù)據(jù)分析，指導(dǎo)生產(chǎn)。其中振動部分對每臺WK-35 電鏟的提升、推壓、回轉(zhuǎn)減速箱8 個振動監(jiān)測點進行實時監(jiān)測，使用高精度一體式振動傳感器，頻率為0.4～12 000 Hz、靈敏度為100 mV/g，可實現(xiàn)對振動點0～20 mm/s 的振動速度值進行監(jiān)測。溫度傳感器采用高精度、易安裝的A 級別0.01 精度貼片式溫度傳感器，誤差值小于0.2%。每臺WK-35 電鏟安裝姿態(tài)檢測模塊，要求使用高精度10 軸電子羅盤傳感器，實現(xiàn)方向精度為0.5°、傾斜范圍±65°、輸出頻率0.1～200 Hz。在使用過程中，±3.5°為預(yù)警值，±5°為報警值，報警后及時調(diào)整作業(yè)鏟位，清理工作面可有效減少大角度作業(yè)，防止機械構(gòu)件損壞。所有安裝的傳感器通過設(shè)定頻率進行采集，有效數(shù)據(jù)100 000 條/天，數(shù)據(jù)報表功能可根據(jù)時間段、傳感器種類進行匯總并導(dǎo)出。趨勢分析功能可根據(jù)設(shè)備號、時間段、頻率、周期進行線性分析。根據(jù)規(guī)律尋找設(shè)備的劣化趨勢。

通過近3 年來的統(tǒng)計來看電鏟突發(fā)故障次數(shù)明顯減少，且和維修車輛往返次數(shù)成正比關(guān)系。維修車輛往返次數(shù)也有大幅降低，由2018 年的1000 多次到2020 年的400 多次，年均減少30%，在單次故障維修車輛往返次數(shù)方面也由2018 年的2.28 次降低到2021 年上半年平均1.16 次，直接降低了維修車輛在露天采場與礦用卡車交叉作業(yè)的風(fēng)險，從根本上降低了事故的可能性。故障的發(fā)生是一個劣化的過程，一個小的電氣元件或機械元件狀態(tài)不良可能造成更嚴重的后果，及早發(fā)現(xiàn)異常情況直接降低了維修難度，提高了人員安全系數(shù)。

4 結(jié)論

目前，電鏟全時狀態(tài)數(shù)字化平臺在使用過程中實現(xiàn)了一般常規(guī)故障的遠程診斷、電鏟運行狀態(tài)的大數(shù)據(jù)采集等功能，應(yīng)用效果良好，達到了開發(fā)目的。但目前數(shù)據(jù)服務(wù)功能還不夠完善，無法支撐元件的大數(shù)據(jù)建模以及高級分析研究應(yīng)用，控制平臺的軟件部分還無法做到全元件的全生命周期管理以及其他數(shù)字化運維管理的深度應(yīng)用，需要對數(shù)據(jù)算法、控制平臺等繼續(xù)進行深度開發(fā)，使平臺具備進行基于設(shè)備狀態(tài)于實際運行參數(shù)的全生命預(yù)防性管理的研究應(yīng)用基礎(chǔ)，打破經(jīng)驗式維修的傳統(tǒng)，填補國內(nèi)同行業(yè)數(shù)字化驅(qū)動運維的空白，發(fā)揮數(shù)據(jù)分析作為預(yù)防性維修依據(jù)的作用。在有些細節(jié)方面如程序設(shè)計、模型建立等沒有展開論述。

隨著設(shè)備智能化管理系統(tǒng)建設(shè)的不斷深入，許多問題將在系統(tǒng)構(gòu)建的具體過程中不斷更新和完善，需將以下兩個方面作為工作的關(guān)注重點：

（1）在特定數(shù)學(xué)模型下，設(shè)備智能化系統(tǒng)將具備自我學(xué)習(xí)功能，不需要人員參與就能夠提供設(shè)備狀態(tài)預(yù)測，是在實現(xiàn)設(shè)備智能化方面需要后續(xù)重點關(guān)注解決的問題。

（2）本文重點關(guān)注了基于大數(shù)據(jù)的設(shè)備智能化管理，將來如何進一步融入設(shè)備實現(xiàn)遠程操作或無人操作值得探討。