鋼鐵企業(yè)電氣設(shè)備智能運維系統(tǒng)(鋼廠電氣設(shè)備智能運維系統(tǒng)淺析)
鋼廠電氣設(shè)備智能運維系統(tǒng)淺析
1 引言
在現(xiàn)代化鋼廠中,電氣設(shè)備故障是造成電氣火災(zāi)的重要原因,由其引發(fā)的各類停電事故也給鋼廠帶來了重大經(jīng)濟損失。導(dǎo)致電氣設(shè)備故障的原因多種多樣,如設(shè)備部件達到使用年限、設(shè)備電壓波動、設(shè)備操作不當(dāng)?shù)?。不同故障因素對電氣設(shè)備的損耗情況各不相同,要求企業(yè)及時采取相應(yīng)措施對設(shè)備進行維護,以保障日常生產(chǎn)順利運行。
近年來,隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)的快速發(fā)展,生產(chǎn)設(shè)備的智能運維已逐漸成為研究熱點。電氣設(shè)備智能運維系統(tǒng)采集并分析電氣設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù),可以對電氣設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)控和預(yù)測,實現(xiàn)精準(zhǔn)維檢。本文將重點論述該技術(shù)在智慧鋼廠中的應(yīng)用。
2 電氣設(shè)備運維方案設(shè)計
鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)采用的電氣設(shè)備種類繁多,其中應(yīng)用較為廣泛的主要是配電設(shè)備、電機設(shè)備、控制設(shè)備和輔助設(shè)備。
1)配電設(shè)備
配電設(shè)備是鋼廠生產(chǎn)過程中用電管理的重要部分,對全廠生產(chǎn)用電安全有著顯著影響。它主要分為高中壓配電和低壓配電兩大部分,包括變壓器、高中壓開關(guān)柜、低壓開關(guān)柜、照明配電箱、檢修電源箱、開關(guān)箱、直流屏等。
2)電機設(shè)備
鋼廠常用電機設(shè)備包括泵、閥、風(fēng)機、膠帶機、起重設(shè)備等。部分設(shè)備配有機旁操作箱和PLC控制接口,設(shè)備結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,對平時的維護要求也比較高,出現(xiàn)故障時有可能直接影響全廠生產(chǎn)運行。
3)控制設(shè)備
控制與傳動設(shè)備是鋼廠生產(chǎn)運行的“神經(jīng)元”,包括PLC、變頻器、軟啟動器等。其中,PLC負(fù)責(zé)全廠主要用電設(shè)備的計算機集中控制;變頻器主要應(yīng)用于電動機的調(diào)速控制;軟啟動器集成了軟啟動、軟停車和多種保護功能,主要應(yīng)用于大功率電機的啟??刂啤?/span>
4)輔助設(shè)備
輔助設(shè)備負(fù)責(zé)鋼廠主要生產(chǎn)工序外的輔助工作,包括空調(diào)、測溫儀、攝像頭、電子秤、通訊設(shè)備等。
在日常生產(chǎn)運行過程中,鋼廠電氣設(shè)備性能會逐漸退化,最后功能失效達到壽命終點。根據(jù)維保工作技術(shù)思路的差異,鋼廠電氣設(shè)備的維護策略可分為三個層次:響應(yīng)式維護、預(yù)防性維護和預(yù)測性維護。
?設(shè)備響應(yīng)式維護
實時全方位監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài),故障發(fā)生后快速定位故障位置,通過系統(tǒng)后臺自動派工,借助手機APP推送等方式第一時間通知維護人員,精準(zhǔn)告知故障情況,并發(fā)送維修指導(dǎo)文件。維修人員佩戴可穿戴式智能裝置,接受平臺遠(yuǎn)程運維指導(dǎo),APP上傳維修日志,及時完成故障排除。系統(tǒng)內(nèi)嵌的數(shù)字化文檔保存了圖紙、程序和手冊,方便維保人員使用。
?設(shè)備預(yù)防性維護
結(jié)合工廠生產(chǎn)計劃,制定設(shè)備維護的日、周、月、季度和年度規(guī)劃,提前創(chuàng)建維保工單,主動推送維護計劃,同時安排好維保人員,準(zhǔn)備好維護工具和材料,對電氣設(shè)備進行檢查、維修、保養(yǎng)和部件更換。
?設(shè)備預(yù)測性維護
實時監(jiān)測設(shè)備運行數(shù)據(jù),根據(jù)數(shù)據(jù)變化趨勢及變量間相關(guān)關(guān)系,利用人工智能算法建立預(yù)測維護模型,預(yù)估設(shè)備剩余壽命,提前制定運維計劃。
三類維護策略對比如表1所示。在具體維護實施過程中,綜合考慮不同電氣設(shè)備的故障頻率、故障風(fēng)險和運維成本,采取適宜的運維措施。通過預(yù)防性維護和預(yù)測性維護,可以有效降低故障搶修成本,延長設(shè)備使用壽命,進而降低設(shè)備更換的采購成本。同時,由于電氣設(shè)備的可靠性得以提高,停電事故的出現(xiàn)概率及其帶來的經(jīng)濟損失也將顯著減小。
3 智能運維系統(tǒng)架構(gòu)
鋼廠電氣設(shè)備智能運維系統(tǒng)在應(yīng)用實施過程中主要包括現(xiàn)場硬件部署及平臺軟件設(shè)計。
3.1系統(tǒng)硬件架構(gòu)
智能運維系統(tǒng)硬件由設(shè)備端、智能網(wǎng)關(guān)、服務(wù)端、客戶端、平臺中心看板等幾部分組成。
現(xiàn)代化鋼廠的控制系統(tǒng)通常包含控制室PLC柜、傳動設(shè)備和現(xiàn)場設(shè)備,當(dāng)設(shè)備在運行過程中發(fā)生異常時,控制系統(tǒng)可將運行信息反饋給管理人員。因此,在數(shù)據(jù)采集層面,主要從鋼廠設(shè)備控制系統(tǒng)以及配備數(shù)據(jù)通訊接口的智能設(shè)備(如智能電表等)取數(shù)。此外,還需采集電氣室及現(xiàn)場設(shè)備音視頻監(jiān)控、溫濕度等環(huán)境信息,以輔助運維系統(tǒng)進行決策。巡檢和運維過程中,維保人員通過佩戴智能安全帽,與平臺系統(tǒng)智能交互,實現(xiàn)在線視頻及圖像傳輸、遠(yuǎn)程運維指導(dǎo)等功能。借助超寬帶(Ultra Wide Band, UWB)定位技術(shù),可實現(xiàn)危險區(qū)域人員高精度定位,確保運維人員安全作業(yè)。
設(shè)備端接入支持各類工業(yè)協(xié)議解析的智能網(wǎng)關(guān),其數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)傳輸至服務(wù)器,供服務(wù)端進行處理。服務(wù)端在設(shè)備監(jiān)控過程中根據(jù)不同電氣設(shè)備的具體特性變化趨勢進行判斷。例如對于變頻器,采集系統(tǒng)狀態(tài)、給定方式、運行方式、控制方式、運行頻率、輸出電流、柜內(nèi)溫度等信號,通過在線監(jiān)測,及時發(fā)現(xiàn)短路、欠壓、過壓、溫度過高、面板故障、主回路跳閘等故障;對于直流屏,采集交流及直流模擬量數(shù)據(jù),以及電池組過壓、欠壓等信號,當(dāng)信號異常超限時推送報警。
在人機交互方面,服務(wù)端將系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、設(shè)備監(jiān)控數(shù)據(jù)等需要展示的信息發(fā)布到平臺中心看板,并通過互聯(lián)網(wǎng)推送到PC端和移動端,供客戶瀏覽。
3.2系統(tǒng)軟件架構(gòu)
軟件系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集層、大數(shù)據(jù)平臺層和智能運維應(yīng)用層組成,整體架構(gòu)如圖1所示。從圖1可知,數(shù)據(jù)采集層負(fù)責(zé)和各硬件系統(tǒng)進行通信,獲取系統(tǒng)的各類實時數(shù)據(jù);大數(shù)據(jù)平臺層是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲與處理中心,它將采集層獲取的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與預(yù)處理,并根據(jù)數(shù)據(jù)邏輯進行關(guān)聯(lián),保存到歷史數(shù)據(jù)庫中,系統(tǒng)同時設(shè)置實時數(shù)據(jù)庫,以適應(yīng)高實時性數(shù)據(jù)處理需求;智能運維應(yīng)用層主要分為智能分析和可視化應(yīng)用兩部分。
智能分析部分包含設(shè)備數(shù)字孿生、預(yù)測性維護和智能化巡檢技術(shù),以及基于專家經(jīng)驗知識的遠(yuǎn)程專家診斷系統(tǒng)和設(shè)備維護專家?guī)臁F渲?,設(shè)備數(shù)字孿生技術(shù)對電氣設(shè)備進行數(shù)字化建模,實現(xiàn)關(guān)鍵電氣設(shè)備三維模型和監(jiān)控數(shù)據(jù)的融合展示?;跈C器學(xué)習(xí)的預(yù)測性維護技術(shù)實時監(jiān)測設(shè)備運行數(shù)據(jù),通過時序模型、回歸分析、統(tǒng)計推斷等方法,對海量的設(shè)備數(shù)據(jù)進行分析,可以訓(xùn)練出該類型設(shè)備的數(shù)據(jù)模型,并將該模型應(yīng)用于設(shè)備狀態(tài)和剩余壽命的預(yù)測中,實現(xiàn)從響應(yīng)式維護到預(yù)測性維護的轉(zhuǎn)變。智能化巡檢則根據(jù)生產(chǎn)計劃和設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果,自動生成巡檢計劃,對工作時間長、報警頻率高、壽命周期短的關(guān)鍵設(shè)備加大巡檢力度。對于數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)難以解決的設(shè)備運維問題,引入工藝和電氣技術(shù)專家的團隊力量,通過設(shè)立遠(yuǎn)程專家診斷系統(tǒng),實現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的電氣設(shè)備在線診斷,并記錄專家運維案例,對設(shè)備維護專家知識庫進行及時更新。
可視化應(yīng)用部分提供設(shè)備運維系統(tǒng)的各種可視化運維管理功能,可在PC端和移動端實現(xiàn),其人機界面包括運維APP和平臺中心看板。其中,運維APP可根據(jù)管理人員和運維人員等不同角色配置不同的功能和權(quán)限,支持設(shè)備管理、報警管理、維護管理等多種功能。平臺中心看板主要實現(xiàn)運維信息大屏幕展示功能,包括:1)設(shè)備管理:全廠電氣設(shè)備類型、數(shù)量、狀態(tài)信息、運行數(shù)據(jù)、設(shè)備地圖等;2)報警管理:設(shè)備報警信息、專家在線情況、診斷結(jié)果、處理建議等;3)維護管理:顯示運維信息,包括運維人員在線情況、維保工單、運維現(xiàn)場畫面、備件信息等。
4 結(jié)語
鋼廠電氣設(shè)備運維管理工作是一項系統(tǒng)工程,能夠降低設(shè)備故障幾率,有效保障鋼廠生產(chǎn)的順利運行和企業(yè)員工的生命安全。本文介紹了現(xiàn)代化鋼廠電氣設(shè)備的智能運維策略,采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進技術(shù),創(chuàng)新集成智能產(chǎn)品,對設(shè)備智能運維平臺架構(gòu)進行了分析。與傳統(tǒng)運維技術(shù)相比,該智能運維系統(tǒng)的主要優(yōu)勢表現(xiàn)在:1)數(shù)字孿生技術(shù)為電氣設(shè)備智能運維提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù),也是鋼廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要依托;2)融合專家經(jīng)驗知識和機器學(xué)習(xí)技術(shù)的智能運維策略可以預(yù)測設(shè)備狀態(tài)變化趨勢,提前制定運維計劃;3)借助智能安全帽、UWB定位等智能設(shè)備構(gòu)建遠(yuǎn)程運維指導(dǎo)系統(tǒng),增強了即時運維能力,提高了鋼廠安全監(jiān)管的實效性。
來源:世界金屬導(dǎo)報
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