一、研究的背景与问题

兴澄特钢一轧钢分厂的轧机等主体设备都需要电力、液压、润滑、冷却等几大支持性系统来提供运行保障，这几大系统中的任何一个出现状态异常均可能造成生产设备的突然停机或损伤。设备在线实时诊断系统未使用前主要依靠人工排班、定期点巡检或停机检修的方式，来进行设备的日常保障服务工作。一方面人员投入大，而且人为判断存在很强的主观因素，容易造成漏检误判；另一方面，人为按期巡检存在一定的时效滞后性，无法及时发现和解决故障隐患，防患于未然。定期停机检修又浪费生产时间，影响生产作业率。分厂放眼世界前沿，组织多次技术研讨会，大胆提出在轧钢区域主体设备中推行智能点检系统改造，通过建立一套有效的设备在线监管平台，来代替大部分日常的人工点巡检，让设备实时处在系统的自动监管之下，不管是显性的故障隐患还是隐性的性能下降，都可以通过系统数据分析来及时发现。

二、解决问题的思路与技术方案

兴澄特钢一轧钢分厂成立以分厂厂长牵头组成自主开发的攻关小组，攻关组成员现场采集负责添加智能点检区域数据，绘制平台网络图，搭建一级、三级和智能点检网络体系，并依据网络图，建立数据传输接口，实现数据间互通。为确保智能点检的准确性，攻关组成员增设了系统运行故障诊断功能，实现自动识别故障数据、智能点检采集故障，并最终自动报警反馈到客户端。同时，相关人员只需在手机APP，就能查询到该系统的点检信息和报警标准。

项目主要围绕主轧线主体设备设计，监测的设备范围包括：轧机、加热炉汽包、变压器、润滑站、液压站。保留延伸扩展其他类型设备的能力。系统平台设计范围需满足上述设备关键状态参数的实时采集、数据存储、数据分析展示、异常告警与处理、设备的日常维保和健康管理等，以及为实现监测而进行的部分现场仪表的升级改造，传感装置和数据采集设备的安装。

 图1系统应用架构图

    为避免新敷设大量信号电缆，现场数据采集使用NB-IoT无线方式。液压站、润滑站的油温传感器、压力传感器、液位传感器及泵启停、堵塞信号可通过模拟量采集模块接入采集箱；变压器母排温度通过热成像进行监测、变压器站内散热器温度通过接触测温监测、站房环境温湿度通过专用采集器接入采集箱。信号通过NB-IoT将数据传至中心端的在线诊断平台，做数据解析和存储。轧机已有监测系统、汽包的 PLC 控制系统均通过隔离进行连接采集后上传至在线诊断平台。从而实现对变压器的温控监测，液压润滑站的压力、液位、油温监测，轧机的温度、轴承、齿轮箱等运行状态监测，并在此基础之上实现对各类设备的故障建模、预警与诊断。

目前系统已接入22台轧机、3个汽包站、25台变压器、11个液压站、5个润滑站系统，整套系统形成347个故障诊断模型。

 图2 总览图

 图3 产线3D图

 图4 轧机界面

 图5 变压器界面

三、主要创新性成果

1、在物联网通讯层面，现场创新的采用了NB-IoT的方式实现了在封闭环境下的可靠数据采集与通讯；

2、融合了瑞典西马力SPM轧机温度振动在线诊断系统，无缝对接的同时实现了多终端分析显示；

3、平台融合了振动和工况（温度、压力、液位等）等诊断技术，在SPM的基础之上实现了更多元的故障模型建模和计算，提升了一轧钢关键设备的故障感知能力和运行可靠性的管理能力；

4、平台通过三维动态建模展示技术，实现了从工厂到系统再到设备可视化监测和报警，提升了监测效率和报警精准度；

5、该系统上线运行3个月以来，实现了设备运行状况实时传送，具备设备运行趋势查询、报警查询、客户端发布等功能。截至目前，该系统已完成对1427个区域的信号采集，点检效率提高44.7%，设备故障时间减少32.6%。

四、应用情况与效果

1、设备诊断与设备管控流程深度融合。在使用设备在线诊断系统前，设备点检需要依靠人力进行周期性的检查，变压器区域因高压危险无法点检，只能在长时间检修时停电检查，提前更换备件。现在通过设备在线诊断系统，点检员可以实时查看变压器温度和油位，系统也会及时给点检员手机发送报警信息。一旦出现故障预警，点检员可以在检修时及时处理。减少了不必要的检查和备件更换，延长了设备使用寿命。 

图6 趋势查看

2、数据驱动企业设备管理决策能力提升。在设备故障预警与健康管理APP上线使用后，有一次点检员收到手机APP报警信息，发现15#轧机减速箱有在线“振动数据值高”的警告信息，经过半小时观察发现振动在持续增高，依据模型算法，实训数据参数已达到模型高风险预警范围，于是分厂立即停机对故障展开了排查，发现是由于轧机机芯的轴承保持架有裂纹导致转动不平衡，进而导致轧机减速箱在线“振动数据值高”报警。后通过更换新的备用轧机生产恢复了正常，这样就在很短时间内便处理了该故障。如果还是通过以往常规的人工点检巡查是很难及时准确的发现判断该故障的，若未及时发现该轧机减速箱在线“振动数据”异常，那么该轧机减速机就有可能在生产过程中突然损坏，由此造成的设备抢修就可能导致主轧线停产至少22小时以上。

图7 轧机减速箱故障图

3、移动推送提升故障感知能力。通过移动推送提升设备故障现场感知能力，手机端报警推送、组态查询、趋势查看，无地域限值的设备信息跟踪捕获；

图8 报警推送及组态展示

“设备故障预警与健康管理APP”应用，为一轧钢分厂设备稳定运行创造了可靠的条件，同时也标志着兴澄特钢一轧钢分厂设备管理智能化水平迈上了新的台阶！

信息来源：中信特钢兴澄特钢公司