水泥設備全生命周期管理系統應用研究

付金強,朱攀勇,龔建立,何偉龍

(1.中國葛洲壩集團水泥有限公司，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，在國家建材產業政策引導和推動下，水泥行業智能制造數字化轉型快速發展。水泥生產行業企業越來越重視設備管理的信息化建設。在新的技術和新的市場的環境要求下，利用在線檢測、智能巡檢等現代信息技術實時監控設備運行狀態，為設備管理提供可靠的設備預知維修決策依據，已經成為設備管理發展的趨勢[1]。目前水泥行業企業存在設備管理維護知識理念的不足，設備管理缺乏信息化管理系統，缺乏設備運行檢測方法和狀態評價手段，設備維修存在不壞不修、不停不修的欠修狀態以及頻繁定期維修的過修狀態。

針對存在的問題，葛洲壩松滋水泥開展了設備全生命周期管理的研究，并和恩普特公司展開合作，建設設備全生命周期管理系統。系統關注設備全生命周期各環節的管理，以設備運行維護過程為重點，強化設備運行狀態綜合評價的管理理念[2]。充分利用在線監測、智能點巡檢、DCS系統等數據，通過信息化手段實現對設備狀態的全方位監控，實時監測設備故障的產生、發展、變化的全過程，分析診斷故障原因，掌握設備的真實健康程度，以設備報警、分析、診斷、措施、決策為支撐，以工單的創建、審批、執行、驗收為紐帶，合理、優化地安排備品備件、維修等資源，優化檢修項目、方式和周期，將傳統的維修模式逐漸轉變成預知維修模式[3-4]，減少欠修和過修現象，積極實踐設備預防性維修或狀態檢修以保障設備安全、穩定、高效、長期健康運行。

2 設備全生命周期管理系統設計

2.1 系統拓撲結構

設備全生命周期管理系統主要由設備全生命周期系統軟件、有線傳感器、智能采集器、無線采集器、智能點檢儀、RFID區域卡等組成。通過智能巡檢，對設備的振動、溫度、手抄量、觀察量和人員的到位信息采集進行管理；通過在線監測對大型風機、輥壓機、窯主減速機、入窯提升機、入庫提升機、篦冷機、斜拉鏈機、煤立磨等關鍵設備的振動、溫度、電機動態電流、工藝數據進行實時采集；在系統中通過數據建模和分析，對設備易出現的基礎松動、軸承故障、齒輪故障、不平衡、不對中等機械故障[5-6]和缺相、相不平衡等電氣故障進行診斷。

為了實現系統功能，需要對系統軟件、硬件、網絡進行建設。系統建設拓撲結構見圖1。系統通過智能感知獲取設備運行數據，并通過采集器、智能點檢儀上傳數據到系統服務進行數據匯總、設備運行狀態的統計、設備故障診斷并實現檢維修管理、潤滑管理以及相關流程的流轉。通過遠程診斷專家服務，將企業工廠和遠程專家連接到一個平臺上，通過專業化的遠程運維、專業化的診斷專家、技術支持專家、遠程培訓快速反應，提供診斷，維修，供應，咨詢，培訓等全方位服務。

圖1 系統拓撲結構圖

2.2 硬件設計

設備全生命周期管理系統硬件部分主要由在線傳感器、智能數據采集器、無線傳感器、智能點檢儀組成。硬件的拓撲結構如圖2。

圖2 硬件設計和功能設計框圖

在線傳感器：傳感器通常由敏感元件和轉換元件構成，完成信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄、控制等多重要求，具有微型化、數字化、智能化等多種功能，是實現自動化、信息化的第一環。

智能數據采集器：智能數據采集器主要包括傳感器、現場接線端子箱、采集器及其機箱、采集器機柜、服務器、通信線纜等部分。

無線傳感器：無線振動溫度傳感器，內置壓電式加速度傳感器，可測量加速度/速度/位移/溫度值，采用無線方式將數據傳輸至采集器，具有體積小、寬展能力強等特點。

點檢儀：具備綜合身份識別、振動測量、紅外測溫、聽診、拍照、手電筒、移動數據通訊、藍牙、4G、通話、測轉速、觀察量描述信息采集與處理、數據庫與網絡等諸多先進技術，使點檢、巡檢管理在面向人員、時間和地點的同時，直接面向設備管理、生產管理、質量控制，從而達到安全、經濟、科學、實效管理的目的。

2.3 軟件設計

設備全生命周期管理系統采用模塊化的開發和設計思想，將應用功能拆解為一組松耦合的微服務，每個服務遵守單一責任原則，具有組件化、松耦合、自治、去中心化的特點，最終系統實現了服務粒度小、獨立部署和擴展、獨立開發和演化、分布式的平臺系統，每個模塊可以單獨開發、部署、運維，極大的提高了軟件開發的敏捷性，并實現了快速橫向擴展/收縮，及時應對規模變化的挑戰。軟件設計思路和功能設計框圖見圖3。

圖3 軟件設計思路和功能設計框圖

設備全生命周期管理系統通過搭建上層的展現平臺，集成各個業務子系統，建立統一的數據中心，完成各個子系統之間的數據交互，并匯總設備管理在各個環節中所產生的數據在平臺進行展示分析。除此之外，平臺提供各個子系統的登錄入口，可以由平臺直接跳轉進入子系統查看具體的業務數據。包含的子系統有：設備管理、在線監測、點檢管理、潤滑管理、維修管理、保養管理。

3 應用與驗證

如圖4所示，葛洲壩松滋水泥生料輥壓機動輥減速機輸入端和電機驅動端振動從2020年6月23日4：30左右出現劣化，截止到6月28日15：01，減速機輸入端振動值為35.95mm/s，電機驅動端振動值為3.92 mm/s。恩普特服務人員通過ETM全生命周期管理系統對當前故障進行分析和診斷，并及時出具診斷報告，協助用戶檢維修決策。葛洲壩松滋水泥檢維修人員于6月30日對輥壓機進行停機檢修，確認是聯軸節螺栓松動故障。修復當前故障后重新開機，電機和減速機振動值明顯下降，見圖5，松動故障實物圖，見圖6。

圖4 5月29日～6月28日振動劣化趨勢

圖5 檢修前后振動趨勢圖

圖6 聯軸器螺栓松動實物圖

4 結論

通過設計的設備全生命周期管理系統，將水泥廠的回轉窯、提升機、風機、減速機等機械設備的振動、溫度、電流等數據進行采集和監測，實時的判斷出了當前設備的運行狀態，診斷故障的形式和可能的劣化趨勢，對于開展預知維修，合理的安排設備運維，進行智能化的設備全生命周期管理提供了決策支持。同時智能化系統的應用，對提升設備的效能，減少非計劃停機，保障生產、設備和人員的安全起到了很好的示范作用。系統當前在葛洲壩松滋水泥廠已經得到了很好的應用，項目的推廣應用對促進信息化和制造業的融合，改善設備管理的智能化水平，促進安全生產有著重要的意義。