在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)實施方案

1. 項目背景

石油化工冶金企業(yè)生產(chǎn)中的關鍵設備，對安全生產(chǎn)影響很大。在工業(yè)生產(chǎn)中，機泵群因受人為、環(huán)境及設備自身因素的影響，會經(jīng)常出現(xiàn)各種故障，降低或失去預定的功能，甚至造成重大事故及巨大的經(jīng)濟損失。為保障現(xiàn)場關鍵設備安全穩(wěn)定高效地運行，提高設備的運行效率，需要針對關鍵設備進行狀態(tài)監(jiān)測，通過對設備溫度、壓力、振動、噪聲、轉(zhuǎn)速、流量、油質(zhì)油耗、電流、電壓、泄漏、腐蝕、性能效率、工藝參數(shù)等進行在線監(jiān)測、處理、分析，并考慮環(huán)境和介質(zhì)因素， 獲取反映設備在使用過程中的狀態(tài)和故障征兆，實現(xiàn)對設備的性能狀態(tài)分析、故障診斷預警和治理預防、健康綜合管理。

通過在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)的實施，達到以下目的：保證設備安全，防止突發(fā)事故；實施短信或微信推送報警預知維修，減少設備故障；保證設備精度，提高設備效率；提升管理水平，實現(xiàn)降本增效。

2. 項目目標

2.1.24h 連續(xù)監(jiān)測關鍵動設備各部位振動速度、振動加速度、振動頻率、轉(zhuǎn)速、溫度等運行數(shù)據(jù)并能存儲海量數(shù)據(jù)（>10y),具有智能檢索、查詢、自動生成分析報告等功能，短期目標覆蓋 A 類關鍵動設備，中期目標是覆蓋 B 類運轉(zhuǎn)設備。

2.2.前發(fā)現(xiàn)潛在故障：在故障初期階段就智能診斷出設備出現(xiàn)的潛在故障和初期故障及對對部位、部件及故障性質(zhì)（并能判斷出是否為運行磨損、動不平衡、連接松動、流體激振、設備共振、基礎問題、管路問題、汽蝕、喘振等類型）；

2.3.能對故障智能綜合分類管理：綜合轉(zhuǎn)速、軸承溫度、潤滑油溫度、運行累計時間，智能分析出是正常磨損/壽命到期故障還是異常故障（如配件問題、裝配問題、操作問題、介質(zhì)問題等）。

2.4.智能推薦檢修維護策略：智能分析后提供檢修維護建議策略。

2.5.智能備件庫存管理：與備件庫存數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)關聯(lián)并警告庫存不足，建議庫存保有量和補貨量。

2.6.智能生成啟停運行數(shù)據(jù)報告/報表：自動統(tǒng)計設備啟停數(shù)據(jù)、累計運行時間， 能按用戶給定的條件生成設備運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析報表。

2.7.與 SAP 系統(tǒng)智能聯(lián)能：與 ERP SAP 系統(tǒng)的設備檢修維護模塊的維護工單內(nèi)容、時間等信息實現(xiàn)交互、聯(lián)動：

2.8.智能推薦 PM 時間：智能預設 ERP、SAP 系統(tǒng)下次各級別 PM 維護時間，并提前觸發(fā) ERP 提示或自動生成 PM 清單；

2.9.智能學習： 能智能學習同類設備，同型故障，不斷自我提升智能診斷分析系統(tǒng)的能力；

2.10.智能共享：能使不同權(quán)限的人通過手機 APP、平板電腦、筆記本電腦、臺式電腦等多終端，同時訪問該智能診斷分析系統(tǒng)，以掌握設備運行狀態(tài)、故障診斷結(jié)果，且能自動接收智能診斷分析系統(tǒng)自動推送的診斷分析報告、潛在故障和初期故障預警，以便管理層及時組織精準維護，防止小問題拖動大故障。

2.11.智能綜合監(jiān)測和分析:具有將轉(zhuǎn)速、軸承溫度、油溫融入智能化診斷分析的功能，特別是要融入能在不同轉(zhuǎn)速下運行的透平、變頻運轉(zhuǎn)設備，和融入變速箱、有油溫監(jiān)測要求的設備。

2.12.最終實現(xiàn)“主要設備的預知性維護和一般設備的定期預防性維護相結(jié)合：

?對納入預知性智能維護的關鍵運轉(zhuǎn)設備能提前發(fā)現(xiàn)潛在和初期故障，并防止故障累積擴展成大故障后造成損失擴大；

?對非關鍵小型設備合理優(yōu)化維護周期、內(nèi)容；

?減少檢修維護作業(yè)總頻次，減少大型維護作業(yè)數(shù)量，既可以降低檢修維護施工安全風險出現(xiàn)概率，防止過度維護損傷設備，防止過度維護造成備件成本過高，又可防止維護不足，防止故障和小故障拖成大故障，防止造成檢安全風檢和成本增加。

?優(yōu)化維護作業(yè)人員構(gòu)成、備品備件管理，提高經(jīng)濟及安全運行價值，保障裝置高質(zhì)量安全平穩(wěn)運行。

?預留與工人其它生產(chǎn)維護系統(tǒng)的硬件和軟件數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)交互能力。

?具有良好的安全管控能力。

3. 總體設計方案

3.1.需求分析

根據(jù)前期的調(diào)研和溝通情況，為了實現(xiàn)設備的預知維修和故障診斷，需要對以下關鍵設備進行監(jiān)測。設備列表如表 3.1 所示：

表 3.1 設備列表

本方案根據(jù)相關 ISO 標準、國家標準、企業(yè)標準、行業(yè)標準以及現(xiàn)場調(diào)研情況進行編制，具體標準如下。

3.2. 編制依據(jù)

GB/T 19873.1-2005《機器狀態(tài)監(jiān)測與診斷 振動狀態(tài)監(jiān)測 第 1 部分：總則》

GB/T 19873.2-2009《機器狀態(tài)監(jiān)測與診斷 振動狀態(tài)監(jiān)測 第 2 部分：振動數(shù)據(jù)處理、分析與描述》

GB/T 13824-2015《對振動烈度測量儀的要求》

ISO 13379-1:2012 機器狀態(tài)監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析診斷技術(shù) 第 1 部分：通用指南

ISO 13381-1:2015 機器狀態(tài)監(jiān)測與診斷預測 第 1 部分：通用指南

ISO 10816-3《機械振動-用在非旋轉(zhuǎn)部件上測量法評定機械振動.第 3 部分：

現(xiàn)場測量時，額定功率大于 15kw，額定速度在 120r/min 和 15000r/min 之間的工業(yè)機械》

ISO 20816-1:2016《機械振動.機械振動的測量和評定.第 1 部分：一般指南》 GB/T 11457-2006《信息技術(shù) 軟件工程術(shù)語》

GB/T 3797-2005《電氣控制設備》

GB/T 2887 《電子計算機場地通用規(guī)范》

SL 583-2012《泵站計算機監(jiān)控與信息系統(tǒng)技術(shù)導則》

3.3. 拓撲圖

本系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)如圖 3.1 所示。

系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)圖(需要更換)

3.4. 系統(tǒng)組成

3.4.1. 軟件功能介紹

在線設備監(jiān)測預知維修系統(tǒng)提供了豐富的功能，不但能夠?qū)崟r監(jiān)測設備運行狀態(tài)，預警可能發(fā)生的故障，而且能對設備的健康進行實時評價和智能診斷，為設備預知維護、維修提供了有力保障。

在線設備監(jiān)測預知維修系統(tǒng)功能清單如表 3.1 所示:

表 3.1 在線設備監(jiān)測預知維修系統(tǒng)功能清單

3.4.1.1. 狀態(tài)監(jiān)測模塊：

系統(tǒng)提供的機組監(jiān)測界面，提供三維圖立體展示功能，用戶可通過功能樹切換機組，用戶可通過通道顏色，確認某測點是報警還是危險（報警：黃色；危險： 紅色）。如圖所示

圖 3.2 機組監(jiān)測

系統(tǒng)提供的列表監(jiān)測界面，以數(shù)據(jù)列形式顯示，用戶可通過通道顏色，確認某測點是報警還是危險，還支持導出報表功能；支持右鍵直接關聯(lián)“振動分析” 和“趨勢分析”并選擇打印。 如圖所示

圖 3.3 列表監(jiān)測

3.4.1.2. 實時報警

振動信號是反應機械設備運行狀態(tài)好壞的最靈敏、最直接的信號，因此除了對一般信號的閾值報警外，上海測振依據(jù) ISO/TC108（機械振動與沖擊委員會） 等相關標準，針對不同設備不同工況設立相應的閾值報警。除此之外，在參考標準體系基礎上，還設計了一系列的智能報警，如：窄帶報警、頻段報警、包絡值報警、無量綱報警、三西格瑪報警。最終形成一套以振動總值報警為主，各種智能報警為輔的智能報警體系。

系統(tǒng)提供的實時報警界面，分兩個區(qū)域顯示左側(cè)區(qū)域是設備樹，用戶可根據(jù)設備左側(cè)顏色，確認某機組是報警還是危險（正常：綠色；報警：黃色；危險： 紅色），右側(cè)區(qū)域是某機組的報警列表，根據(jù)左側(cè)選擇的部門或機組不同，顯示不同的內(nèi)容，支持右鍵直接關聯(lián)“振動分析”和“趨勢分析”和“查看詳情”。如圖所示

圖 3.4 實時報警

系統(tǒng)支持設備報警的統(tǒng)一管理，報警的處理方式包括：

(1) 上報缺陷。報警經(jīng)過現(xiàn)場確認和初步評估為缺陷的可以選擇上報缺陷， 通過缺陷的消缺流程處理報警。

(2) 報警已處理。對于一些緊急的報警，現(xiàn)場已經(jīng)進行了緊急處理該報警已處理，或該報警通過其他報警或缺陷的處理一并處理過的可以選擇報警已處理。

(3) 不予處理。對于一些誤報的報警選擇不予處理。

3.4.1.3. 基本分析

振動分析是在線監(jiān)測子系統(tǒng)核心模塊，包括單通道分析方法如功能如：波形圖，頻譜圖，自相關，倒頻譜，功率譜，包絡分析，波形頻譜圖等， 還包含瞬態(tài)分析方法如短時 FFT，WIGNER 分布等。其多通道分析方法提供了全矢譜分析、軸心軌跡、軸心位置圖等。

針對設備測點的振動信號，提供了專業(yè)的振動分析方法，包括：波形分析、頻譜分析、故障頻率分析、波形頻譜分析、包絡分析、自相關分析、功率譜分析、倒頻譜分析、魏格納分析、短時 FFT 分析、多頻譜分析等。

波形頻譜圖是故障分析常用的分析方法，波形頻譜圖為用戶提供了深度分析故障的途徑，為用戶識別相關故障提供了依據(jù)。如圖所示

圖3.5 波形頻譜圖 1

系統(tǒng)提供故障頻率分析功能，根據(jù)測點對應軸承型號，顯示內(nèi)圈、外圈、滾動體、保持架的特有頻率，用戶可查看對應的頻譜圖或包絡譜圖，根據(jù)所選子項， 系統(tǒng)會自動將對應特征頻率標注在圖譜上。如圖所示

圖3.6 波形頻譜圖 2

系統(tǒng)提供包絡分析功能，提供測點對應的頻譜圖和包絡譜圖，根據(jù)頻譜圖中所選范圍，下方包絡譜會進行對應的分段包絡。如圖所示

圖 3.7 包絡圖

系統(tǒng)提供自相關分析功能。如圖所示

圖 3.8 自相關分析

系統(tǒng)提供倒頻譜分析功能，是對功率譜的對數(shù)值進行傅立葉逆變換的結(jié)果。該分析方法受傳感器的測點位置及傳輸途徑的影響小，能將原來頻譜圖上成族的邊頻帶譜線簡化為單根譜線，以便提取、分析原頻譜圖上肉眼難以識別的周期性信號。如圖所示

圖 3.9 倒頻譜圖

系統(tǒng)提供功率譜分析功能，表示了信號功率隨著頻率的變化關系。如圖所示

圖 3.10 功率譜圖

系統(tǒng)提供細化譜分析功能，通過采用頻率細化技術(shù)來增加頻譜圖中某些頻段上的頻率分辨率，解決頻譜圖頻率分辨率太低問題。如圖所示

圖 3.11 細化譜圖

系統(tǒng)提供 Wigner 分析功能，可以同時從時域和頻域描述信號的特征，可以精確的定位信號的時頻域結(jié)構(gòu)。如圖所示

圖 3.12 Wigner 分 析

系統(tǒng)提供短時 FFT 分析功能，利用離散傅里葉變換的快速算法，可以將一個信號變換到頻域。有些信號在時域上是很難看出特征的，但在變換到頻域之后， 就很容易看出特征。如圖所示

圖 3.13 短時 FFT 分析

系統(tǒng)提供多頻譜分析功能，用來顯示測點在各種時間狀態(tài)下的頻譜變化，用戶可自由選擇任意時間點進行波形的對比。如圖所示

圖 3.14 多頻譜分析

3.4.1.4.趨勢分析

對于設備監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化趨勢，系統(tǒng)提供了趨勢分析功能。進入到趨勢分析界面，通過勾選頁面樹狀結(jié)構(gòu)的測量位置分析趨勢圖譜。支持單個測點的歷史趨勢分析，也支持多個測點的歷史趨勢變化對比分析。如圖所示

圖 3.15 趨勢分析圖

3.4.1.5.基礎功能

系統(tǒng)基礎功能是用于維護系統(tǒng)基礎信息的功能，主要包括組織機構(gòu)管理、崗位管理、用戶管理、數(shù)據(jù)字典、系統(tǒng)參數(shù)配置、功能位置配置、自動打印報表、選擇報表自動存儲以及短信推送報警 系統(tǒng)操作日志等功能。

3.4.2.移動應用

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的推行，移動辦公也成為了工廠管理人員急需的需求。手持終端 APP 能夠讓工廠的管理人員不限時間不限空間的掌握設備運行狀態(tài)，給工廠管理人員的辦公帶來極大的方便。

APP 主要分為看板、工作臺、個人信息三個板塊。APP 主要定義為數(shù)據(jù)瀏覽終端，減少操作相關功能。增加移動審批頁面，移除其他操作功能，具備機組監(jiān)測等功能。 移動端產(chǎn)品可支持 Android 和 IOS 版；主要功能包括：

提供展現(xiàn)監(jiān)測機組報警數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)的報警準確率、評價的機組可用情況以及設備開停機信息進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和展現(xiàn)；

3.4.3.硬件組成

3.4.3.1.傳感器

頻響 0-20KHZ

靈敏度 100mv/g

溫度范圍:-40°--270°

防爆等級 ExiaIICT4

3.4.3.2.采集器

?技術(shù)參數(shù):模塊化設計，8/16/24 路 IEPE 加速度通道采集，或者緩變量采集；

?24Bit ADC 采集，24 通道全同步采樣， 且采樣率高達 102.4K；

?支持加速度溫度一體式傳感器；

?支持電渦流位移傳感器；

?支持藍牙、WIFF鏈接巡檢測試；

?兩路轉(zhuǎn)速輸入，支持轉(zhuǎn)速關聯(lián)采集；

?兩路 RS485 接口，可連接DCS\PLC；

?自帶兩路音頻采集；

?EMC 等級 4 級，滿足風電溫度等級；

?工業(yè)級 SD 卡接口，可移動插拔；

?體積小巧，159*120*57 mm；

?導軌方式固定，墻壁固定，多種固定方式

?防爆等級 ExibIIBT4

4.測點布置

本次監(jiān)測設備，測點布置示意圖如圖 4.1

圖 4.1 傳感器安裝位置

5.主要系統(tǒng)組件及數(shù)量

主要系統(tǒng)組件及數(shù)量如下表所示：

表 5.1 系統(tǒng)配置

表 5.2 詳細清單

備注：廠級局域網(wǎng)到數(shù)據(jù)采集器之間的網(wǎng)絡（含硬件）由系統(tǒng)使用方提供。

6.遠程故障診斷服務

由于諸多工業(yè)現(xiàn)場缺乏專業(yè)的故障診斷工程師，上海測振為幫助客戶發(fā)揮在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的最大價值，提供國際認證的故障診斷培訓以及定期的故障診斷服務。故障診斷服務體系與內(nèi)容：

7.工程實施

本項目的工程實施由本公司負責，系統(tǒng)使用方配合完成。具體實施內(nèi)容及責任如表 7.1 所示。

表 7.1 項目實施內(nèi)容及責任劃分

備注：系統(tǒng)使用方為該系統(tǒng)提供局域網(wǎng)支持，提供 RJ45接口以太網(wǎng)接口，并為系統(tǒng)提供網(wǎng)絡 IP 資源的分配。