基于智能監(jiān)測(cè)運(yùn)維技術(shù)的水泥生產(chǎn)線設(shè)備數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)用

摘要：對(duì)4000t/d的生產(chǎn)線實(shí)施設(shè)備運(yùn)維數(shù)字化改造，通過對(duì)油液、振動(dòng)、溫度等數(shù)據(jù)信息的一站式監(jiān)測(cè)，結(jié)合遠(yuǎn)程智能故障診斷系統(tǒng)和線下專業(yè)運(yùn)維服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了水泥生產(chǎn)設(shè)備的故障預(yù)測(cè)和智能預(yù)警，有效避免設(shè)備非故障停機(jī)，降低人工運(yùn)營(yíng)成本，提高產(chǎn)線安全，增加生產(chǎn)效率。同時(shí)，其通用性也能夠在行業(yè)復(fù)制，賦能水泥行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

水泥工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，其中輥壓機(jī)、回轉(zhuǎn)窯及篦冷機(jī)作為關(guān)鍵設(shè)備，在管理中往往會(huì)遇到故障發(fā)現(xiàn)難，停機(jī)損失大，維修費(fèi)用高的問題。

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，水泥設(shè)備維護(hù)以及維修費(fèi)用可占到生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用的20%以上，僅以回轉(zhuǎn)窯停機(jī)造成的經(jīng)濟(jì)損失為例，停機(jī)一天帶來的直接經(jīng)濟(jì)損失約100萬元，且重新啟動(dòng)一次回轉(zhuǎn)窯另需近30萬元花費(fèi)。

很多故障都不是突然出現(xiàn)，而是日積月累而來，那怎么才能穿透厚厚的設(shè)備外機(jī)盡早發(fā)現(xiàn)隱秘的故障萌芽？提前維護(hù)而不是只能等故障發(fā)生后再維修？

僅僅依靠人工定期檢查，憑經(jīng)驗(yàn)判斷，幾乎只能等故障發(fā)生停機(jī)檢修，無法從根本上解決問題。

1. 預(yù)測(cè)性維護(hù)相較于傳統(tǒng)檢修方法的優(yōu)勢(shì)

以往水泥設(shè)備的維護(hù)，往往依賴工作人員的定期巡檢、點(diǎn)檢，基于經(jīng)驗(yàn)判斷設(shè)備工作問題。這種方式不僅存在一定的不確定性，而且很難發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛在隱患。往往只能等故障發(fā)生，再停機(jī)排查，隨后通知服務(wù)商，上門維修服務(wù)。整個(gè)流程時(shí)間長(zhǎng)，不可控，所以如何有效避免非故障停機(jī)帶來的損失，始終是困擾水泥企業(yè)的難題。

傳統(tǒng)運(yùn)維管理流程

預(yù)測(cè)性運(yùn)維管理的方法，能通過數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分析發(fā)現(xiàn)早期潛在隱患并報(bào)警，遠(yuǎn)程專家進(jìn)行分析診斷，判斷是否需要現(xiàn)場(chǎng)排查，排查后一旦確認(rèn)問題，直接通知服務(wù)團(tuán)隊(duì)上門維護(hù)。整個(gè)流程清晰簡(jiǎn)潔，真正從故障源頭解決設(shè)備運(yùn)維的困難。

預(yù)測(cè)性運(yùn)維管理流程

相較于以往基于經(jīng)驗(yàn)的故障判斷，預(yù)測(cè)性維護(hù)通過度設(shè)備運(yùn)行真實(shí)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控分析，能夠更加準(zhǔn)確的反應(yīng)出設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于故障的診斷定位和趨勢(shì)預(yù)測(cè)也更加精準(zhǔn)。通過一站式APP讓企業(yè)隨時(shí)隨地了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，通過數(shù)字化的方式，讓設(shè)備維護(hù)從傳統(tǒng)的被動(dòng)式維護(hù)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)預(yù)測(cè)性維護(hù)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)設(shè)備管理的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

2. 水泥設(shè)備數(shù)字化運(yùn)維管理的痛點(diǎn)及挑戰(zhàn)

輥壓機(jī)、回轉(zhuǎn)窯及篦冷機(jī)在長(zhǎng)期使用過程中，由于設(shè)備老化、磨損，容易出現(xiàn)金屬疲勞松動(dòng)，螺栓震斷，預(yù)緊力不足甚至消失等狀態(tài)，不僅會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)線故障停機(jī)，甚至可能引發(fā)更大的系統(tǒng)事故，帶來數(shù)千萬級(jí)的損失。

數(shù)字化管理運(yùn)維技術(shù)的引入，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，在故障出現(xiàn)前預(yù)測(cè)，定位，報(bào)告，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)維護(hù)，不僅能夠提升設(shè)備的安全生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)率，還能降低停機(jī)時(shí)間，節(jié)約維護(hù)成本。

雖然預(yù)測(cè)維護(hù)能夠?qū)崒?shí)在在的為水泥客戶帶來諸多益處，但實(shí)施起來面臨諸多挑戰(zhàn)：

1.數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象：市場(chǎng)上有一些設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)供應(yīng)商，但是都往往僅針對(duì)某一種設(shè)備類型或采集對(duì)象，難以一站式管理；

2.數(shù)據(jù)建模復(fù)雜：水泥設(shè)備故障狀態(tài)多變,振動(dòng)、油液等參數(shù)呈現(xiàn)不同的響應(yīng)特點(diǎn)，分析算法復(fù)雜；

3.診斷維護(hù)閉環(huán)：預(yù)測(cè)性維護(hù)不僅要預(yù)測(cè)，還要真正現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)解決潛在故障問題，但專業(yè)運(yùn)維服務(wù)人才缺乏；

3. 行家設(shè)備云AIoT數(shù)字化設(shè)備運(yùn)維方案

針對(duì)水泥行業(yè)的數(shù)字化設(shè)備管理需求，震坤行的行家設(shè)備云打造出一站式數(shù)字化設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)。建立從在線監(jiān)測(cè)，到診斷預(yù)測(cè)，再到線下主動(dòng)維修服務(wù)的完整閉環(huán)流程，真正幫助客戶實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)字化運(yùn)維無憂，從根本解決客戶的難題。

整套系統(tǒng)集振動(dòng)、溫度、油液狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷于一體，同時(shí)充分考慮客戶現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)難，操作風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程軟件自動(dòng)更新，AR遠(yuǎn)程部署指導(dǎo)及專家診斷等功能，并附以專業(yè)的線下運(yùn)維服務(wù)能力，為客戶設(shè)備維護(hù)提供可靠依據(jù)。

4. 預(yù)測(cè)性維護(hù)在水泥行業(yè)的實(shí)際實(shí)施效果

以水泥動(dòng)輥減速機(jī)和回轉(zhuǎn)窯預(yù)測(cè)性維護(hù)實(shí)施效果為例，說明預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)對(duì)于設(shè)備管理的價(jià)值和意義。

水泥動(dòng)輥減速機(jī)預(yù)測(cè)性維護(hù)

系統(tǒng)部署后，24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)輥油液狀態(tài)。

4月18日首次抓取到金屬磨粒瞬態(tài)異常值，但隨后數(shù)據(jù)回落，不觸發(fā)報(bào)警和巡檢。

5月5日異常數(shù)據(jù)值發(fā)生頻率增加，雖然數(shù)據(jù)值未觸發(fā)報(bào)警，但已經(jīng)引起專家注意，持續(xù)監(jiān)控。

5月12日異常值出現(xiàn)的頻率迅速增加，觸發(fā)報(bào)警，且監(jiān)測(cè)到濾芯效率下降，專家診斷后派出現(xiàn)場(chǎng)巡檢。確認(rèn)濾芯需要清洗，迅速進(jìn)行清洗服務(wù)。隨后油液狀態(tài)恢復(fù)正常，設(shè)備持續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

動(dòng)輥減速機(jī)異常監(jiān)測(cè)、診斷預(yù)測(cè)到主動(dòng)維護(hù)的全流程

濾芯清洗前后對(duì)比

以往人工巡檢，全憑經(jīng)驗(yàn)判斷是否需要維護(hù)，可靠性底且浪費(fèi)人工成本。采用預(yù)測(cè)維護(hù)方案后，不僅能清楚的監(jiān)測(cè)油液狀態(tài)，還有行業(yè)專家遠(yuǎn)程診斷分析，并根據(jù)診斷結(jié)果及時(shí)上門維護(hù)保養(yǎng)。

經(jīng)清洗維護(hù)服務(wù)后，動(dòng)輥濾芯潔凈如新，消除了設(shè)備故障停機(jī)隱患，增加了設(shè)備使用壽命，避免設(shè)備故障停機(jī)。同時(shí)無需客戶投入更多人力資源，無論從工作效率還是成本優(yōu)化，都真正做到了想客戶所想，供客戶所需。

回轉(zhuǎn)窯振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)性維護(hù)

振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)是一個(gè)需要多種學(xué)科知識(shí)綜合的復(fù)雜系統(tǒng)，涉及傳感器采集、信號(hào)加工與處理、機(jī)械原理、模式識(shí)別等技術(shù)。振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)部署后，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)回轉(zhuǎn)窯大齒圈和減速機(jī)的工作狀態(tài)，并進(jìn)行專家故障診斷，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)，有效避免故障損失。

1） 回轉(zhuǎn)窯齒圈振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷

齒圈是回轉(zhuǎn)窯傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，其中大齒圈和小齒圈的嚙合是保證窯體穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。所以，對(duì)大齒圈的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障預(yù)測(cè)能夠有效幫助工程師了解回轉(zhuǎn)窯工作狀態(tài)，從而確定合理的回轉(zhuǎn)窯維修方案。通過對(duì)振動(dòng)特征頻率和幅值變化的監(jiān)測(cè)，預(yù)測(cè)并定位回轉(zhuǎn)窯故障產(chǎn)生的原因。

在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的過程中發(fā)現(xiàn)，齒圈的振動(dòng)速度有效值幅值出現(xiàn)了兩次明顯變化。

振動(dòng)有效值監(jiān)測(cè)出現(xiàn)兩次明顯上升

經(jīng)過振動(dòng)診斷專家對(duì)兩段異常數(shù)據(jù)的時(shí)域和頻域分析，發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯大齒圈存在齒輪不對(duì)中的現(xiàn)象，并且有逐漸惡化的趨勢(shì)。具體數(shù)據(jù)及診斷分析結(jié)果如下表1所示。

根據(jù)表1的診斷預(yù)測(cè)結(jié)果，結(jié)合運(yùn)維工程師的現(xiàn)場(chǎng)排查，確定大齒圈對(duì)中不良是由于回轉(zhuǎn)窯窯體變形導(dǎo)致，而受熱不均則是窯體變形的根本原因。但目前故障尚處早期階段，發(fā)現(xiàn)后能夠更加有針對(duì)性的進(jìn)行日常維護(hù)保養(yǎng)，有效延緩故障的發(fā)生；同時(shí)持續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)故障狀態(tài)，合理安排停機(jī)維修決策，避免突發(fā)性故障停機(jī)或安全事故，帶來巨大損失。

這種潛在隱患，很難通過人工巡檢和點(diǎn)檢發(fā)現(xiàn)，通常只有故障發(fā)生時(shí)才引起關(guān)注，往往損失已不可避免。采用預(yù)測(cè)性維護(hù)的方法，不僅能夠在早期就預(yù)測(cè)可能的故障類型，還能夠通過積累沉淀數(shù)據(jù)構(gòu)建設(shè)備管理知識(shí)圖譜，幫助工程師做出準(zhǔn)確的維修決策。

2）回轉(zhuǎn)窯減速機(jī)振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)性維護(hù)

對(duì)回轉(zhuǎn)窯減速機(jī)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過對(duì)齒輪振動(dòng)數(shù)據(jù)的分析，判斷轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸以及軸承的故障特征，提前維護(hù)，避免發(fā)生齒輪斷齒，轉(zhuǎn)軸斷裂等導(dǎo)致的異常停機(jī)。

部署行家設(shè)備云之后，通過對(duì)回轉(zhuǎn)窯的振動(dòng)數(shù)據(jù)的時(shí)/頻域數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)分析，能夠讓客戶更直觀的了解目前設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并根據(jù)專家診斷結(jié)果采取恰當(dāng)?shù)拇胧?/p>

軸承測(cè)點(diǎn)原始采集數(shù)據(jù)

軸承測(cè)點(diǎn)包絡(luò)頻率圖

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題：

包絡(luò)頻譜中存在轉(zhuǎn)頻非整數(shù)倍的異常頻率及其諧波，且異常頻率伴隨轉(zhuǎn)頻頻率邊帶，判斷故障為軸承內(nèi)圈存在剝落；

行業(yè)專家分析診斷結(jié)果：

電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承存在內(nèi)圈故障缺陷，劣化趨勢(shì)平穩(wěn)；

維護(hù)改善建議：

電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承內(nèi)圈劣化趨勢(shì)，需增強(qiáng)潤(rùn)滑；

維護(hù)后效果：

根據(jù)故障專家的建議進(jìn)行有針對(duì)性的潤(rùn)滑維護(hù)處理，有效的減緩電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承內(nèi)圈的故障劣化趨勢(shì)，降低設(shè)備故障發(fā)生概率，增加生產(chǎn)效率。

總結(jié)

數(shù)字化的運(yùn)維技術(shù)，讓以往只能依靠人工巡檢，定期點(diǎn)檢、記錄、出現(xiàn)問題后匯報(bào)的工作方式得以簡(jiǎn)化，且設(shè)備管理更精細(xì)，故障預(yù)測(cè)診斷更精準(zhǔn)，從根本上解決早期故障隱患發(fā)現(xiàn)難，設(shè)備維保成本高、停機(jī)損失難以避免的問題，實(shí)現(xiàn)降低維護(hù)成本，消除生產(chǎn)宕機(jī)，提高生產(chǎn)效率的目標(biāo)。