備用設備保障能力監控系統在煉鋼區域設備上的應用

摘 ?要：本文主要介紹一種備用設備保障能力監控系統，基于西門子PLC及WINCC技術實現備用設備保障能力監控，并且分析了備用設備保障能力系統在現場生產中的應用效果。

關鍵詞：備用設備;監控系統;現場應用

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A??文章編號：1671-2064（2019）16-0000-00

隨著工業生產技術的不斷發展和生產效率的不斷提升，為了防止因生產設備故障導致生產中斷，產生不必要的損失，企業引入了備用設備。備用設備是指在配置上兩套或兩套以上功能相同或相近的設備，當在線運行設備出現異常或故障時能夠手動或自動投入運行。備用設備與運轉設備是相對而言的，例如兩臺設備開一備一，開著的設備為運行設備，停著的設備為備用設備。

在煉鋼生產過程中，備用設備主要集中在液壓泵站、供水泵站等生產系統中。當這些生產系統中的在用設備發生故障時，備用設備要求能夠立即投入生產，確保生產繼續運行，諸如液壓管路壓力和供水管路壓力等生產參數滿足工藝要求。因此，提高備用設備保障能力顯得尤為重要。

1備用設備保障能力監控系統的組成

本備用設備保障能力監控系統包括主控制器，以及與主控制器連接的使用策略設定單元、輪換指令單元、備用狀態采集單元、備用設備倒換控制單元、倒換任務提示單元、信息記錄單元和故障報警判斷單元。實現方法是制定了優良備用和輪換對等兩種備用設備使用策略。根據操作工選定的使用策略，執行程序中觸發條件和觸發變量，在監控畫面上顯示備用設備運行狀態、故障報警監控信息，提示生產人員進行備用設備的倒換和備用設備自動啟動試驗。其系統結構示意圖如圖1所示。

2備用設備保障能力的監控系統的技術實現

唐鋼不銹鋼公司煉鋼區域廣泛使用西門子PLC。為了系統整合方便，開發了以西門子PLC為程序邏輯判斷和WINCC為畫面顯示狀態的備用設備保障能力監控系統。其監控畫面如圖2所示。

程序中，備用狀態采集單元實時采集備用設備A、備用設備B、備用設備C的狀態，同時結合使用策略設定單元設定的備用使用策略、輪換指令單元設定的備用設備操作要求（輪換方式），發送給主控制器。主控制器根據上述數據，輸出控制指令給備用設備倒換控制單元，相應備用設備的控制單元接收控制指令進入工作或停止等倒換狀態。同時，主控制器控制倒換任務提示單元在WINCC上顯示倒換任務，信息記錄單元和故障報警判斷單元分別進行相應動作，提示操作工進行備用設備的倒換和備用設備自動啟動試驗，并在WINCC畫面上顯示備用設備A、備用設備B、備用設備C運行狀態、故障報警監控信息，從而實現設備周期倒用提示、一鍵設備倒用和故障報警顯示。

備用設備監控信息可以通過生產網絡發送給其他生產監控系統，供生產調度人員實時掌握生產設備運行狀態，實現生產信息的實時傳遞。

3備用設備保障能力監控系統的備用設備使用策略

操作工可以按照現場設備狀態選擇備用使用策略，分為優良備用模式和輪換對等模式。對應開一備一設備、開一備二設備、開二備一設備、開二備二設備、開三備一設備等備用設備狀態。

在優良備用模式下使用策略具體為：

（1）開一備一設備正常狀態：以運行時間最短的一臺作為優良設備，另一臺長期使用，15天為一個周期;運行15天后，優良設備啟動，運行≥8小時，利用生產間隙倒用長期使用設備，如此循環使用;

（2）開一備二設備正常狀態：以運行時間短的兩臺作為優良設備，另一臺長期使用，15天為一個周期;運行15天后，其中一臺優良設備啟動，運行≥8小時，利用生產間隙倒用為長期使用設備;運行15天后，另一臺優良設備啟動，運行≥8小時，利用生產間隙再次倒用為長期使用設備，如此循環使用;

（3）開二備一設備正常狀態：以運行時間最短的1臺作為優良設備，另兩臺長期使用，15天為一個周期;運行15天后，啟動優良設備，關閉其中一臺長期運行設備，優良設備運行≥8小時，利用生產間隙倒用為長期使用設備;運行15天后，啟動優良設備，關閉另一臺長期運行設備，優良設備運行≥8小時，利用生產間隙再次倒用為長期使用設備，如此循環使用;

（4）開二備二設備正常狀態：以運行時間短的2臺作為優良設備，另兩臺長期使用，15天為一個周期;運行15天后，啟動1臺優良設備，關閉其中一臺長期運行設備，優良設備運行≥8小時，利用生產間隙倒用為長期使用設備;運行15天后，啟動第2臺優良設備，關閉第2臺長期運行設備，第2臺優良設備運行≥8小時，利用生產間隙再次倒用為長期使用設備，如此循環使用;

開三備一設備正常狀態：以運行時間最短的1臺作為優良設備，另三臺長期使用，15天為一個周期;運行15天后，啟動優良設備，關閉第1臺運行設備;優良設備運行≥8小時，啟動第1臺設備，關閉優良設備;運行15天后，關閉第2臺設備，啟動優良設備;優良設備運行≥8小時，啟動第2臺設備，關閉優良設備;運行15天后，關閉第3臺設備，啟動優良設備;優良設備運行≥8小時，啟動第3臺設備，關閉優良設備;設備倒用操作利用生產間隙執行，如此循環使用。

在輪換對等模式下使用策略具體為：

（1）開一備一設備正常狀態：一臺設備15天為一個運行周期;然后利用生產間隙倒泵，第2臺設備運行15天后，利用生產間隙再次倒用，如此循環使用;

（2）開一備二設備正常狀態：一臺設備15天為一個運行周期，然后第二臺設備啟動，關閉第1臺設;第二臺設備運行15天后，啟動第三臺設備，關閉第2臺設備;每次均利用生產間隙倒用設備，如此循環使用;

（3）開二備一設備正常狀態：兩臺設備15天為一個運行周期;運行15天后，啟動第3臺設備，關閉第一臺運行設備，第3臺設備運行15天后，啟動第1臺設備，關閉第2臺設備;第1臺運行15天后，啟動第2臺設備，關閉第3臺設備，如此循環使用;

（4）開二備二設備正常狀態：?15天為一個周期;第1臺、第2臺設備運行15天后，啟動第3設備，關閉第1臺運行設備;第3臺設備運行15天后，啟動第4臺設備;關閉第2臺運行設備;第4臺設備運行15天后，啟動第1臺設備，關閉第3臺長期運行設備;第1臺設備運行15天后，啟動第2臺設備，關閉第3臺設備;設備倒用利用生產間隙進行，如此循環使用;

（5）開三備一設備正常狀態：15天為一個周期;第1、2、3臺設備運行15天后，啟動第4臺設備，關閉第1臺運行設備;運行15天后，啟動第1臺設備，關閉第2臺設備;運行15天后，啟動第2臺設備，關閉第3臺運行設備;運行15天后，啟動第3臺設備，關閉第4臺運行設備，設備倒用操作利用生產間隙執行，如此循環使用。

優良備用模式：操作工設備倒用操作較為頻繁，一定程度上增加了操作工工作量。但這種運行模式能夠保證備用設備始終處于最優狀態，當在線運行設備出現異常時，能立即投入運行，且較長時間內有效，為設備維護提供時間。適用于現場備件不是很充足或者備件到位不很及時的生產現場，節約資金占用。

輪換對等模式：此模式下，當一臺運行設備出現故障時，其它設備隨時可能發生故障，適用于現場備件充足，發生異常隨時可以更換，雖然在資金占用較多，但各臺設備狀態基本相同，便于周期管理。

4備用設備保障能力監控系統在現場的應用

唐鋼不銹鋼公司煉鋼區域共有備用設備共11套。主要分為3類：

（1）液壓站：有開一備一設備（如連鑄振動液壓站），開二備一設備（如轉爐滑板液壓站），開三備一設備（如連鑄主液壓站），開一備二設備（如連鑄振動液壓站），開二備二設備（如精煉液壓站）;

（2）潤滑站：一般為開一備一設備;

（3）水系統：一般為開一備一設備;

設備倒用主要由操作工完成，一級系統沒有時間記錄，主要依靠職工自覺倒用并記錄，存在不確定性，管理水平不高，智能化程度低，不符合現代工業生產要求。

備用設備保障能力監控系統有效地解決了備用設備管理存在的操作工忘記設備倒換的問題，實現了實時監控備用設備狀態，提高了備用設備的保障能力，而且智能化程度高，能夠實現與其他生產信息系統整合，有利于生產設備穩定運行，具有較高的推廣應用價值。

參考文獻

[1]?李泉生，牟致忠.備用設備的可靠性評估方法[J].機械工程學報，1993，29（1）：7-11.

[2]?徐維新著.可靠性與維修管理基礎[M].兵器工業出版社，1989.

[3]?張海娟.連續型設備系統可靠性與資源優化模式研究[D].河北工業大學，2000.

收稿日期：2019-06-26

作者簡介：劉曉進（1982—），男，河北唐山人，本科，工程師，研究方向：自動化設備在冶金行業現場應用。