寶鋼集團(tuán)設(shè)備運行狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)
項目單位：寶鋼精密鋼絲有限公司項目部
編制單位：上海測振自動化儀器有限公司
2015-3
目 錄
1 項目概況
寶鋼金屬有限公司是寶鋼集團(tuán)公司全資子公司之一，2013年一期項目完成，達(dá)到預(yù)期的車用鋼簾線產(chǎn)品及光伏產(chǎn)業(yè)用切割鋼絲產(chǎn)品。
按照當(dāng)年設(shè)計規(guī)劃的總體方案，一期規(guī)劃年產(chǎn)能5萬噸，其中切割鋼絲1萬噸，鋼簾線4萬噸。在規(guī)劃設(shè)計中考慮二期產(chǎn)能達(dá)到10萬噸，遠(yuǎn)期規(guī)模15萬噸以上的發(fā)展空間。
在一期工程當(dāng)中，為了適應(yīng)生產(chǎn)的需要，工藝設(shè)備配備了7套預(yù)處理+大拉機組、1套中間熱處理、24套中拉機組、4套表面再加熱處理機組、808套濕拉機組、490套捻股機組、10套倒絲機組。分別安裝在大拉預(yù)處理跨、中間熱處理跨、中拉跨、表面再加熱處理跨、水箱拉絲機跨、鋼簾線捻股跨。設(shè)備占有車間面超過5萬m2。
2 生產(chǎn)設(shè)備管理現(xiàn)狀及改造的必要性
2.1國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展趨勢
在2013年4月的漢諾威工業(yè)博覽會上，德國政府提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，其目的是為了提高德國工業(yè)的競爭力，在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機。 該戰(zhàn)略已經(jīng)得到德國科研機構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界的廣泛認(rèn)同?！肮I(yè)4.0”概念即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，旨在通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)與信息物理系統(tǒng)相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。
中國制造業(yè)在之前的20年當(dāng)中得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，隨著經(jīng)濟機構(gòu)的調(diào)整，中國的勞動力成本逐年在提高。有資料預(yù)測，中國制造業(yè)成本優(yōu)勢到2020年將不復(fù)存在。工業(yè)4.0的技術(shù)能夠幫助中國應(yīng)對生產(chǎn)力挑戰(zhàn)。未來的制造工業(yè)不僅僅是要制造過程智能化，設(shè)備系統(tǒng)管理也必將走向智能化。
隨著現(xiàn)代高新科技向各個行業(yè)的導(dǎo)入,特別是機電一體化、信息化技術(shù)在傳統(tǒng)生產(chǎn)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,企業(yè)經(jīng)營規(guī)模逐漸擴大。所以，進(jìn)一步強化管理的需求變得日益突出和迫切,企業(yè)管理信息化成為了一種發(fā)展趨勢。企業(yè)管理信息化的一個重要組成就是設(shè)備管理信息化，而設(shè)備管理信息化的基礎(chǔ)，就是對設(shè)備的智能化監(jiān)測。通過對現(xiàn)場設(shè)備在線監(jiān)測獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為企業(yè)信息化管理提供底層技術(shù)支撐平臺,通過提煉、挖掘,協(xié)助管理者及時修正、完善、優(yōu)化管理的制度、方法和手段,使管理更及時、更有效,從而提高生產(chǎn)率,增強企業(yè)的競爭能力。
設(shè)備運行狀態(tài)智能監(jiān)測是設(shè)備診斷技術(shù)的具體體現(xiàn)。20世紀(jì)隨著軍事、航天技術(shù)的發(fā)展，可靠性理論推動了設(shè)備診斷技術(shù)的迅速發(fā)展。20世紀(jì)70年代，隨著微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷進(jìn)步，設(shè)備診斷技術(shù)不斷地向著各領(lǐng)域推廣。同時，開始向智能化轉(zhuǎn)變。
就鋼鐵行業(yè)而言，在現(xiàn)代化的鋼鐵企業(yè)，帶鋼、棒材和線材的熱軋工藝過程和設(shè)備的在線監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)逐步被推廣，為重要的傳動齒輪、軸承等零件的早起失效診斷、避免重大事故發(fā)生、提高成材率和產(chǎn)品質(zhì)量提供了有力的技術(shù)保障。為解放點檢勞動力、減少人力資源成本創(chuàng)造了有力的條件。
在國內(nèi)線材制品領(lǐng)域，智能化制造體系建設(shè)工作還沒有起步。
2.2設(shè)備管理現(xiàn)狀和改造的必要性
在國內(nèi)線材制品領(lǐng)域，智能化制造體系建設(shè)工作還沒有起步。寶鋼金屬要在線材制品領(lǐng)域獨占鰲頭，在智能化制造體系建設(shè)勢在必行。
在智能化制造體系建設(shè)包括了多個方面，其中，設(shè)備在線監(jiān)測智能化是一個重要的信息基礎(chǔ)。從設(shè)備管理現(xiàn)狀來看：
（1）一期工程的工藝設(shè)備配備了1344臺套，設(shè)備占有車間面超過5萬m2，設(shè)備數(shù)量多，分布面積大，點檢工作強度大，點檢質(zhì)量肯定受到影響。
（2）車間設(shè)備多，噪音大，單憑點檢耳朵的經(jīng)驗根本不能判斷設(shè)備機械故障所在，更談不上對設(shè)備關(guān)鍵零件失效的預(yù)判斷。這個結(jié)果不僅僅影響的生產(chǎn)計劃性，更重要的直接影響著生產(chǎn)質(zhì)量的一貫制。
（3）同規(guī)格設(shè)備多，如果掌握了主要零件的失效規(guī)律，就可以控制連帶失效零件數(shù)量，對提高設(shè)備管理質(zhì)量、降低備件成本至關(guān)重要。
解決以上困難，實現(xiàn)以上期望的方法在哪里呢？這就是我們本項目所建議的“設(shè)備運行狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)”，通俗點講，就是集中監(jiān)測的設(shè)備“心電圖”系統(tǒng)，項目成立的必要性顯而易見。
3項目主要內(nèi)容
3.1 改造內(nèi)容
3.1.1 改造工程建設(shè)原則
根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營現(xiàn)狀，我們確定分期“設(shè)備運行狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)”工程建設(shè)的原則如下：
（1）節(jié)約投資，從小規(guī)模試點到大規(guī)模推廣；
（2）不影響或少影響生產(chǎn)計劃；
（3）減少對車間原有設(shè)施的變動；
（4）設(shè)備采購立足國產(chǎn)化，減少后續(xù)系統(tǒng)運行成本；
（5）采用分階段實施模式，實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)全廠智能化。
3.1.2 實施范圍
從設(shè)備的可行性可必要性來分析?！霸O(shè)備運行狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)”的實施范圍如表1：
3.1.3技術(shù)方案
針對以上設(shè)備監(jiān)測范圍和車間設(shè)備布置特點，本項目所建議的“設(shè)備運行狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)”主要由設(shè)備振動監(jiān)測裝置、監(jiān)測數(shù)據(jù)收集傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理設(shè)備三部分組成。
該方案的主要特點就是無需在車間敷設(shè)大量線纜，安裝方便，智能網(wǎng)絡(luò)安全可靠。
（1）振動監(jiān)測裝置
監(jiān)測裝置是系統(tǒng)工作最重要的環(huán)節(jié)，隨著技術(shù)發(fā)展的不斷完善，用于捕捉機械設(shè)備狀態(tài)的傳感器大致分為幾類：溫度傳感器、壓力傳感器、噪音傳感器、應(yīng)力應(yīng)變傳感器、振動傳感器。在傳感器的實際選擇中應(yīng)根據(jù)設(shè)備零件的明顯失效形式來選擇。
對于我們的拉絲、捻股設(shè)備而言，環(huán)境噪音大，而且設(shè)備零件常見的失效形式主要是軸承失去精度直至損壞。所以，溫度傳感器、應(yīng)力應(yīng)變傳感器和振動傳感器應(yīng)該是可行的選項。
經(jīng)過排除式的分析，自然就形成了本建議書中的最佳方案，就是采用振動傳感器。
振動傳感器的形式也有好幾種，我們所采用的是CZ9300壓電振動變送器。該種傳感器，拾取“惰性”也小，很靈敏。一體式封裝，配置帶鎧甲的導(dǎo)線，適合于有油和水的工作環(huán)境。如圖片：
主要技術(shù)參數(shù)如下：
?輸出電流：DC.4-20mA
?測量范圍：0-20mm/s
?相應(yīng)頻率：5-1000HZ
?適合的環(huán)境溫度：-10-+70℃
?供電電壓：DC.24V
?殼體材料：不銹鋼
設(shè)備監(jiān)測傳感器數(shù)量見表2：
(2) 監(jiān)測數(shù)據(jù)收集傳輸系統(tǒng)
監(jiān)測數(shù)據(jù)收集傳輸系統(tǒng)采用ZigBee無線串口通訊系統(tǒng)，通過過該系統(tǒng)將前端振動傳感器敏感被測設(shè)備的振動幅值傳至無線發(fā)射設(shè)備，以無線通訊方式將振動幅值量以數(shù)字量形式傳輸至后端對外輸出設(shè)備。收集數(shù)據(jù)后送入后部數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
該系統(tǒng)具有如下特點和主要技術(shù)參數(shù)：
?具有中繼路由和終端設(shè)備功能，無線傳輸能力強大
?最大視距傳輸距離達(dá)到：2000m，發(fā)射功率：25bdm
?4G DSSS直序擴頻技術(shù)按擾能力強
?最高波特率：＞38400bps
?可以實現(xiàn)目標(biāo)地址發(fā)送
?網(wǎng)絡(luò)能力強大，可以設(shè)置：65535個網(wǎng)絡(luò)ID
?適合工業(yè)級環(huán)境，適合環(huán)境溫度：-10-+85℃
?工作濕度：10-90%不結(jié)露
?輸入電壓：DC5-24V
?串口形式：TCP/IP
(2) 數(shù)據(jù)處理設(shè)備
a.主要設(shè)備選擇
后部數(shù)據(jù)處理設(shè)備采用19”高亮度LED顯示屏的無風(fēng)扇低功耗工業(yè)平板電腦，采用 Intel? 低功耗處理器，主板采用大量優(yōu)質(zhì)固態(tài)電容、密封式電感、低溫 MOS 管等高規(guī)格器件，適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場等較為惡劣的環(huán)境。前面板達(dá) IP65 防護(hù)等級。
環(huán)境要求：工作溫度：-10℃～70℃
濕熱工作: 20～80%RH
工控機界面直接顯示每臺設(shè)備運行狀態(tài)的基本參數(shù)（振動（mm/s））。
B．軟件功能
工控機中軟件采用Labview軟件進(jìn)行編輯，具有人機交互界面，界面中具有如下功能：
?可同時顯示每個振動傳感器的數(shù)據(jù)、圖像；
?可選擇單個傳感器的數(shù)據(jù)圖像并予以放大顯示；
?可在屏幕中顯示振動狀態(tài)“正常”， 當(dāng)某運行值超過設(shè)定報警或危險值時，對應(yīng)顯示變?yōu)辄S色或紅色提示
?可對數(shù)據(jù)歷史記錄進(jìn)行自動存儲，并改變存儲路徑，可以手動操作讀取數(shù)據(jù)和保存數(shù)據(jù)
?可選擇軟件“開始”、“停止”等狀態(tài)
?每路傳感器連接是否正常提示
?具有后期擴展條件
4項目實施計劃
5.1總體規(guī)劃
考慮投資、受益及技術(shù)風(fēng)險問題，建議在不影響生產(chǎn)的情況下進(jìn)行分步展開工程建設(shè)。初步劃分四個階段：
（1）試 驗 階 段：2015年5月前完成試點設(shè)備監(jiān)測建設(shè)；
（2）實施第一階段：2015年8月前總結(jié)試點經(jīng)驗，完成第一批設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)；
（3）實施第二階段：2015年10月前完成第二批設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)；
（4）實施第三階段：2015年12月前完成其余的全部設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，形成設(shè)備管理智能化基礎(chǔ)系統(tǒng)之一。
