水泥设备全生命周期管理系统应用研究

付金强,朱攀勇,龚建立,何伟龙

(1.中国葛洲坝集团水泥有限公司，湖北 武汉 430073；2.葛洲坝松滋水泥有限公司，湖北 荆州 434217）

1 引言

近年来，在国家建材产业政策引导和推动下，水泥行业智能制造数字化转型快速发展。水泥生产行业企业越来越重视设备管理的信息化建设。在新的技术和新的市场的环境要求下，利用在线检测、智能巡检等现代信息技术实时监控设备运行状态，为设备管理提供可靠的设备预知维修决策依据，已经成为设备管理发展的趋势[1]。目前水泥行业企业存在设备管理维护知识理念的不足，设备管理缺乏信息化管理系统，缺乏设备运行检测方法和状态评价手段，设备维修存在不坏不修、不停不修的欠修状态以及频繁定期维修的过修状态。

针对存在的问题，葛洲坝松滋水泥开展了设备全生命周期管理的研究，并和恩普特公司展开合作，建设设备全生命周期管理系统。系统关注设备全生命周期各环节的管理，以设备运行维护过程为重点，强化设备运行状态综合评价的管理理念[2]。充分利用在线监测、智能点巡检、DCS系统等数据，通过信息化手段实现对设备状态的全方位监控，实时监测设备故障的产生、发展、变化的全过程，分析诊断故障原因，掌握设备的真实健康程度，以设备报警、分析、诊断、措施、决策为支撑，以工单的创建、审批、执行、验收为纽带，合理、优化地安排备品备件、维修等资源，优化检修项目、方式和周期，将传统的维修模式逐渐转变成预知维修模式[3-4]，减少欠修和过修现象，积极实践设备预防性维修或状态检修以保障设备安全、稳定、高效、长期健康运行。

2 设备全生命周期管理系统设计

2.1 系统拓扑结构

设备全生命周期管理系统主要由设备全生命周期系统软件、有线传感器、智能采集器、无线采集器、智能点检仪、RFID区域卡等组成。通过智能巡检，对设备的振动、温度、手抄量、观察量和人员的到位信息采集进行管理；通过在线监测对大型风机、辊压机、窑主减速机、入窑提升机、入库提升机、篦冷机、斜拉链机、煤立磨等关键设备的振动、温度、电机动态电流、工艺数据进行实时采集；在系统中通过数据建模和分析，对设备易出现的基础松动、轴承故障、齿轮故障、不平衡、不对中等机械故障[5-6]和缺相、相不平衡等电气故障进行诊断。

为了实现系统功能，需要对系统软件、硬件、网络进行建设。系统建设拓扑结构见图1。系统通过智能感知获取设备运行数据，并通过采集器、智能点检仪上传数据到系统服务进行数据汇总、设备运行状态的统计、设备故障诊断并实现检维修管理、润滑管理以及相关流程的流转。通过远程诊断专家服务，将企业工厂和远程专家连接到一个平台上，通过专业化的远程运维、专业化的诊断专家、技术支持专家、远程培训快速反应，提供诊断，维修，供应，咨询，培训等全方位服务。

图1 系统拓扑结构图

2.2 硬件设计

设备全生命周期管理系统硬件部分主要由在线传感器、智能数据采集器、无线传感器、智能点检仪组成。硬件的拓扑结构如图2。

图2 硬件设计和功能设计框图

在线传感器：传感器通常由敏感元件和转换元件构成，完成信息的传输、处理、存储、显示、记录、控制等多重要求，具有微型化、数字化、智能化等多种功能，是实现自动化、信息化的第一环。

智能数据采集器：智能数据采集器主要包括传感器、现场接线端子箱、采集器及其机箱、采集器机柜、服务器、通信线缆等部分。

无线传感器：无线振动温度传感器，内置压电式加速度传感器，可测量加速度/速度/位移/温度值，采用无线方式将数据传输至采集器，具有体积小、宽展能力强等特点。

点检仪：具备综合身份识别、振动测量、红外测温、听诊、拍照、手电筒、移动数据通讯、蓝牙、4G、通话、测转速、观察量描述信息采集与处理、数据库与网络等诸多先进技术，使点检、巡检管理在面向人员、时间和地点的同时，直接面向设备管理、生产管理、质量控制，从而达到安全、经济、科学、实效管理的目的。

2.3 软件设计

设备全生命周期管理系统采用模块化的开发和设计思想，将应用功能拆解为一组松耦合的微服务，每个服务遵守单一责任原则，具有组件化、松耦合、自治、去中心化的特点，最终系统实现了服务粒度小、独立部署和扩展、独立开发和演化、分布式的平台系统，每个模块可以单独开发、部署、运维，极大的提高了软件开发的敏捷性，并实现了快速横向扩展/收缩，及时应对规模变化的挑战。软件设计思路和功能设计框图见图3。

图3 软件设计思路和功能设计框图

设备全生命周期管理系统通过搭建上层的展现平台，集成各个业务子系统，建立统一的数据中心，完成各个子系统之间的数据交互，并汇总设备管理在各个环节中所产生的数据在平台进行展示分析。除此之外，平台提供各个子系统的登录入口，可以由平台直接跳转进入子系统查看具体的业务数据。包含的子系统有：设备管理、在线监测、点检管理、润滑管理、维修管理、保养管理。

3 应用与验证

如图4所示，葛洲坝松滋水泥生料辊压机动辊减速机输入端和电机驱动端振动从2020年6月23日4：30左右出现劣化，截止到6月28日15：01，减速机输入端振动值为35.95mm/s，电机驱动端振动值为3.92 mm/s。恩普特服务人员通过ETM全生命周期管理系统对当前故障进行分析和诊断，并及时出具诊断报告，协助用户检维修决策。葛洲坝松滋水泥检维修人员于6月30日对辊压机进行停机检修，确认是联轴节螺栓松动故障。修复当前故障后重新开机，电机和减速机振动值明显下降，见图5，松动故障实物图，见图6。

图4 5月29日～6月28日振动劣化趋势

图5 检修前后振动趋势图

图6 联轴器螺栓松动实物图

4 结论

通过设计的设备全生命周期管理系统，将水泥厂的回转窑、提升机、风机、减速机等机械设备的振动、温度、电流等数据进行采集和监测，实时的判断出了当前设备的运行状态，诊断故障的形式和可能的劣化趋势，对于开展预知维修，合理的安排设备运维，进行智能化的设备全生命周期管理提供了决策支持。同时智能化系统的应用，对提升设备的效能，减少非计划停机，保障生产、设备和人员的安全起到了很好的示范作用。系统当前在葛洲坝松滋水泥厂已经得到了很好的应用，项目的推广应用对促进信息化和制造业的融合，改善设备管理的智能化水平，促进安全生产有着重要的意义。