《鋼鐵行業(yè) 設備狀態(tài)監(jiān)測與故障預警系統(tǒng)技術要求》

2YB/TXXXXX—XXXX本文件規(guī)定了鋼鐵行業(yè)設備狀態(tài)監(jiān)測與故障預警系統(tǒng)的系統(tǒng)架構、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲和系統(tǒng)功能組成等技術要求。本文件適用于鋼鐵行業(yè)工藝設備、主要輔助設備的狀態(tài)監(jiān)測與故障預警系統(tǒng)的建設和改造。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T6075.1機械振動在非旋轉部件上測量評價機器的振動第1部分：總則GB/T19873.1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/T19873.2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ISO/IECTR30166物聯(lián)網-工業(yè)物聯(lián)網3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1故障fault由于設備出現(xiàn)異?，F(xiàn)象或性能退化導致無法有效完成預定功能的設備狀態(tài)。3.2狀態(tài)監(jiān)測conditionmonitoring對設備運行中的物理狀態(tài)數(shù)據(jù)（如振動、溫度、壓力、轉速等）和物料尺寸、生產計劃、控制模型參數(shù)等影響設備功能精度及壽命的工藝過程數(shù)據(jù)進行實時采集和分析，結合狀態(tài)評價方法，對設備的實時工作狀態(tài)進行的監(jiān)查測量過程。3.3故障診斷faultdiagnosis通過設備的核心狀態(tài)數(shù)據(jù)（5.2.1）和相關重要數(shù)據(jù)（5.2.2），利用一系列分析方法，結合當前設備的異常現(xiàn)象，對設備故障的位置、類型、原因、程度等的確定過程。3.4故障預警faultpredicting根據(jù)設備的當前狀態(tài)和歷史變化過程，對一定時間范圍內設備的故障情況及狀態(tài)劣化趨勢進行預測和報警提示的過程。4系統(tǒng)架構4.1系統(tǒng)架構組成4.1.1圖1給出了鋼鐵行業(yè)設備狀態(tài)監(jiān)測與故障預警系統(tǒng)架構圖。整個系統(tǒng)分為設備層、平臺層和應用3YB/TXXXXX—XXXX層。設備層涵蓋鋼鐵冶金領域全工序關鍵設備，通過與原有系統(tǒng)交互及新增數(shù)據(jù)感知設備的方式采集設備狀態(tài)相關的數(shù)據(jù)，并上傳至平臺層，在平臺層對數(shù)據(jù)進行清洗降噪、特征提取和時空匹配，并分別存入各類設備主題數(shù)據(jù)庫，同時平臺層提供信號分析方法庫、故障診斷規(guī)則庫、設備故障診斷模型、設備壽命預測模型等多種分析工具及模型，以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析處理，形成相關結論，為構建狀態(tài)監(jiān)測和故障預警應用提供基礎。應用層基于設備層和平臺層的支撐，形成具備在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、智能報警、故障診斷等多種功能的設備狀態(tài)監(jiān)測與故障預警應用。4.1.2用于建立設備狀態(tài)主題數(shù)據(jù)庫的設備狀態(tài)數(shù)據(jù)應進行清洗、轉換、時空匹配、預處理等操作。4.1.3宜開發(fā)基于大數(shù)據(jù)分析的故障特征提取、設備故障診斷、設備壽命預測等多種模型，提供時域分析、頻域分析、精密分析、趨勢分析、過程監(jiān)測、狀態(tài)報警、故障診斷和規(guī)則推理等各類分析工具，支撐應用層對設備狀態(tài)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析、綜合、歸納和診斷，為設備管理系統(tǒng)中功能精度管理、維修維護管理、備件采購管理等提供有效的決策支持。4.1.4網絡架構應符合ISO/IECTR30166的要求，應具有遠程訪問接口，授權用戶可根據(jù)相應權限通過企業(yè)內部網遠程登錄和訪問本系統(tǒng)的功能。用戶訪問形式支持移動終端、PC機、工程師站等多種訪問方式。圖1鋼鐵行業(yè)設備狀態(tài)監(jiān)測與故障預警系統(tǒng)架構圖4.2基本要求4.2.1設備對象鋼鐵行業(yè)設備狀態(tài)監(jiān)測與故障預警系統(tǒng)中的設備對象覆蓋鋼鐵冶金生產行業(yè)涉及的各類冶煉設備、鑄造設備、軋制設備和精整設備等工藝設備和主要輔助設備。其中冶煉設備主要包括高爐、轉爐、電弧爐，以及原料存儲和轉運設備，燒結、球團或焦爐設備，鐵液預處理和鋼液爐外精煉設備等；鑄造設備主要包括板坯、方（矩）坯、圓（管）坯、異型坯連鑄成套設備等；軋制設備主要包括板材、管材、型4YB/TXXXXX—XXXX材和線材各類熱軋機、冷軋機成套設備等；精整設備主要包括各種軋材的后步處理和深加工成套設備，如縱、橫剪切線成套設備、連續(xù)酸洗機組、連續(xù)退火機組、熱鍍機組、電鍍機組、有機涂層等涂鍍層和復合材料生產成套設備，以及拉絲制繩設備等。4.2.2設備狀態(tài)感知傳感器類型可包括振動傳感器、位移傳感器、位置傳感器、溫度傳感器、轉速傳感器、扭矩傳感器、電流傳感器、絕緣傳感器、流量傳感器、壓力傳感器、液位傳感器、聲音傳感器、圖像傳感器等。傳感器可檢測的物理參數(shù)和測量精度應能準確反映鋼鐵行業(yè)設備的工作狀況及其控制系統(tǒng)的效果。4.2.3數(shù)據(jù)通訊設備狀態(tài)監(jiān)測與故障預警系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的通訊應能支持多種主流協(xié)議的接入，可識別多種數(shù)據(jù)交換格式，實現(xiàn)所有相關系統(tǒng)和設備數(shù)據(jù)的采集，實現(xiàn)向工單系統(tǒng)、設備管理系統(tǒng)等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。4.2.4數(shù)據(jù)分析流程鋼鐵行業(yè)設備狀態(tài)監(jiān)測與故障預警系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析應按以下流程：a)設置合理的數(shù)據(jù)采集參數(shù)和通訊接口，完成設備狀態(tài)數(shù)據(jù)與工藝過程數(shù)據(jù)、內外在質量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)獲?。籦)對數(shù)據(jù)進行清洗、轉換、特征提取、時空匹配，并存入數(shù)據(jù)庫；c)應對單一特征值進行分析，對特征值變化趨勢進行分析，對同類設備的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)值進行比對分析，對設備不同工況下數(shù)據(jù)進行比對分析，進行設備狀態(tài)預警；d)應開發(fā)專用模型對設備的狀態(tài)進行分析、仿真、診斷等；e)應結合設備狀態(tài)數(shù)據(jù)與工藝過程數(shù)據(jù)、內外在質量數(shù)據(jù)，分析設備狀態(tài)對產品質量的影響；f)應結合故障與維修履歷，根據(jù)設備當前狀態(tài)給出維修建議。4.2.5系統(tǒng)安全性設備狀態(tài)監(jiān)測與故障預警系統(tǒng)的設計應考慮數(shù)據(jù)訪問的安全性，并保障在與外部系統(tǒng)的通訊時，不對外部原有系統(tǒng)造成不良影響。5數(shù)據(jù)采集技術要求5.1基本要求5.1.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基礎架構及功能宜參照GB/T38619的要求設計，且針對鋼鐵行業(yè)特點，通過數(shù)據(jù)采集軟件或平臺，獲取鋼鐵生產過程的設備狀態(tài)數(shù)據(jù)、生產工藝數(shù)據(jù)、產品質量等數(shù)據(jù)信息。宜在現(xiàn)有生產過程控制系統(tǒng)及相關系統(tǒng)基礎上，根據(jù)需要完善相關的檢測儀表及系統(tǒng)功能。5.1.2各數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間應時間同步。5.2數(shù)據(jù)采集范圍5.2.1設備狀態(tài)監(jiān)測核心數(shù)據(jù)在確定設備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集范圍時，應根據(jù)設備類別，選擇能有效表征設備工作特點的物理量，包括但不限于以下類型：a)風機類、水泵類、齒輪箱類：轉速、載荷，各軸承座振動、溫度等；b)載荷軸類：軸承溫度，傳動扭矩等；c)電氣類：電機轉速、電流，各軸承座振動、溫度，定子溫度，電機絕緣狀態(tài)，軸端位移等；變壓器振動、溫度、局部放電狀態(tài)等；高壓電氣柜母排溫度、觸頭溫度等；電纜溫度、絕緣狀態(tài)等；d)剪切類：剪刃平行度、剪切軌跡，軸承座振動、溫度等；e)液壓類：各管路壓力，油箱液位，泵體、閥體、液壓缸、蓄能器等部件的工作狀態(tài)；5YB/TXXXXX—XXXXf)高溫反應及儲運容器類：容器壁殼溫度、熱流，容器壓力，冷卻系統(tǒng)壓力及流量等；g)支撐、基座類：振動、溫度、應力與應變等。設備編碼等設備相關的基礎信息數(shù)據(jù)。如企業(yè)中已有數(shù)字化交付系統(tǒng)，可通過與已有數(shù)字化交付系統(tǒng)交互的5.2.2設備狀態(tài)監(jiān)測相關重要數(shù)據(jù)為更好地實現(xiàn)設備狀態(tài)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析診斷，宜采集以下數(shù)據(jù)：a)與設備狀態(tài)分析相關的生產工藝、物料與產品質量數(shù)據(jù)，包括但不限于：生產計劃信息、訂單信息、物料信息（牌號、規(guī)格、重量、化學成分等）、物料跟蹤數(shù)據(jù)（物料ID及其在各設備/工序的開始和結束時刻等）、各工序的關鍵工藝過程參數(shù)（溫度、壓力、速度、載荷等）、產品質量數(shù)據(jù)（內部質量、表面質量、尺寸偏差等）；b)設備運維管理相關數(shù)據(jù)，包括但不限于：設備故障履歷、設備維修履歷，設備點檢記錄、設備點檢數(shù)據(jù)，備件數(shù)量、機旁庫信息、備件領用狀態(tài)，設備維修技術標準、點檢標準、給油脂標準和維修作業(yè)標準等數(shù)據(jù)。5.3傳感器類型選擇與采集參數(shù)設置5.3.1傳感器類型選擇總體要求傳感器類型及其防護等級、外形尺寸、測量范圍及靈敏度等傳感器參數(shù)的選擇，應充分考慮以下因a)現(xiàn)場環(huán)境溫度、濕度、粉塵、噪聲、強振、電磁干擾等因素；b)設備運動軌跡、安裝操作空間、是否影響設備維修操作、供電方式等因素；c)被測狀態(tài)量變化范圍、靈敏度、精度、重復度，測量方式（接觸式、非接觸式）等因素。5.3.2采集參數(shù)設置總體要求傳感器采集參數(shù)設置應充分考慮設備工況變化程度、被測物理量變化快慢等特點，合理設置采樣頻率、采樣時間、采樣間隔、觸發(fā)采集方式等傳感器采集參數(shù)。5.3.3傳感器安裝總體要求傳感器安裝位置及方式應充分考慮以下情況：a)應確保傳感器在長期工作中能準確、穩(wěn)定、可靠地獲取相應的測量結果；b)應保障傳感器數(shù)據(jù)可穩(wěn)定、有效地進行通訊與傳輸；c)充分考慮設備運行中的局部高溫、強振和形位變換等因素，避免出現(xiàn)傳感器損壞；d)應避免與設備維護等作業(yè)的干涉；e)應便于拆卸更換和后續(xù)維護。5.3.4數(shù)據(jù)傳輸方式總體要求傳感器的數(shù)據(jù)傳輸，應從供電持續(xù)性、相對性運動、數(shù)據(jù)精度等方面充分考慮設備狀態(tài)監(jiān)測的需求，合理選擇有線或無線傳輸策略及供電方式。5.3.5需要特殊考慮的情況傳感器類型選擇與采集參數(shù)設置，還應結合具體情況進行考慮，包括但不限于以下類型：a)振動類傳感器：應滿足GB/T19873.1和GB/T6075.1相關要求。應充分考慮設備轉速變化與載荷變化的特點、故障頻率范圍、設備共振頻率范圍等因素，合理選擇傳感器的類型、頻率響應范圍等傳感器參數(shù)以及采樣時間、采樣頻率、頻率分辨率、采樣間隔和觸發(fā)方式等采樣參數(shù)。對于低速重載設備，加速度傳感器應具有較好的低頻響應特性，振動監(jiān)測的最高分析頻率宜設為40KHz以上，頻率分辨率應滿足分析要求；對于變速變載設備，應根據(jù)設備轉速及載荷變6YB/TXXXXX—XXXX化的速率和范圍，選擇合適的采樣頻率進行30s以上的連續(xù)采集，并宜同步采集設備的轉速變化數(shù)據(jù)；b)扭矩傳感器：應充分考慮工作扭矩范圍和安全系數(shù)。應根據(jù)扭矩載荷的特點、現(xiàn)場安裝維護的條件選擇合適的安裝位置。扭矩傳感器宜采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，選擇通訊協(xié)議時應考慮主軸旋轉帶來的傳感器位置變化以及引起的信號干擾；c)轉速傳感器：應充分考慮設備轉速范圍、測量精度要求、傳感器安裝距離、現(xiàn)場油泥/鐵屑等環(huán)境因素對傳感器精度影響等；d)聲音傳感器：應充分考慮異響及噪聲的頻率范圍，宜選擇的頻響范圍為20Hz~20KHz；e)電氣絕緣傳感器：應考慮被測系統(tǒng)的中性點接地情況。5.4數(shù)據(jù)處理各類設備狀態(tài)采集系統(tǒng)獲取的多源異構數(shù)據(jù)，宜通過工業(yè)物聯(lián)網平臺傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫。宜對數(shù)據(jù)進行處理操作，包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)轉換、時空匹配等。其中，對振動數(shù)據(jù)的處理應符合GB/T19873.2的規(guī)定。5.5數(shù)據(jù)通訊接口5.5.1數(shù)據(jù)通訊中以太網現(xiàn)場總線的各層協(xié)議規(guī)范宜滿足GB/T31230系列的相關標準要求，無線網絡數(shù)據(jù)通訊宜參照GB/T26790系列的相關標準要求，數(shù)據(jù)通訊網絡架構宜參照GB/T38619標準要求。5.5.2傳感器到對應采集設備間的無線通訊方式可采用無線局域網、遠距離無線電、藍牙、射頻通訊、窄帶物聯(lián)網等。5.5.3采集設備宜通過以太網完成數(shù)據(jù)通訊，對于溫度、濕度等緩變型數(shù)據(jù)宜采用主流串行通信協(xié)議、消息隊列遙測傳輸協(xié)議等方式進行上傳。對于振動、位移、扭矩等快變型數(shù)據(jù)的通訊協(xié)議可采用自定義的協(xié)議格式，且協(xié)議宜采用無狀態(tài)風格設計。5.5.4數(shù)據(jù)通訊接口應包含數(shù)據(jù)標識、測點ID、時間戳、校驗碼等內容。在此基礎上，對不同類別數(shù)據(jù)的通訊接口要求包括但不限于以下數(shù)據(jù)類型：a)快變型數(shù)據(jù)：如振動、扭矩、位移等相對快速變化的數(shù)據(jù)，宜包含采樣頻率、采樣時長、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)包編號、波形數(shù)據(jù)等；b)緩變型數(shù)據(jù)：如振動特征值、溫度、壓力、流量、液位等相對緩慢變化的數(shù)據(jù)，宜包含數(shù)量值總數(shù)、數(shù)據(jù)值名稱/編號、數(shù)據(jù)值等；c)報警類數(shù)據(jù)：應包含設備編碼、監(jiān)測點編號、監(jiān)測量數(shù)值、報警時間、報警級別、報警現(xiàn)象描述等，宜包含診斷結論，處理建議等內容。6數(shù)據(jù)存儲要求6.1總體要求應根據(jù)數(shù)據(jù)的特征，選擇數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)湖、湖倉一體數(shù)據(jù)平臺等形式存儲設備狀態(tài)監(jiān)測與故障預警相關數(shù)據(jù)。對于不同的數(shù)據(jù)應有不同的存儲策略，應具有批處理、流處理等數(shù)據(jù)加工處理能力，應具有較高的可配置性、較高的數(shù)據(jù)安全性。6.2存儲策略對于不同的特征數(shù)據(jù)宜設置不同的存儲策略。對振動、位移、扭矩等快變型數(shù)據(jù)宜采用索引加波形文件的形式存儲，對溫度、濕度、電流等緩變型數(shù)據(jù)宜在數(shù)據(jù)庫表中直接存儲，對中長期的數(shù)據(jù)宜進行壓縮存儲，節(jié)省存儲空間，提高數(shù)據(jù)訪問性能。7YB/TXXXXX—XXXX7平臺層功能組成平臺層應集成以下設備狀態(tài)監(jiān)測與故障預警的通用模型和工具：a)信號分析方法庫：宜包括對各類狀態(tài)數(shù)據(jù)的降噪處理、相關分析、時域分析、頻域分析、統(tǒng)計分析、趨勢分析等方法工具；b)故障診斷規(guī)則庫：宜包括齒輪故障規(guī)則庫、軸承故障規(guī)則庫、軸類故障規(guī)則庫、電機故障規(guī)則庫、液壓故障規(guī)則庫等；c)設備故障診斷模型：宜包含各類設備常見故障的診斷模型，可根據(jù)特定設備的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行分析處理，給出故障診斷結論，為科學評價設備狀態(tài)提供決策支持；d)設備壽命預測模型：可通過積累全生命周期的設備狀態(tài)數(shù)據(jù)，結合設備運維管理相關數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)數(shù)據(jù)的變化趨勢和故障診斷結論，預測設備剩余壽命，為設備的科學運維提供決策支持；e)設備狀態(tài)與工藝質量聯(lián)動分析模型：可結合生產工藝、物料與產品質量數(shù)據(jù)，對設備工作狀態(tài)數(shù)進行綜合分析，為設備功能精度和服役狀態(tài)提供綜合診斷與評價手段。8應用層功能組成應用層宜包括以下功能：a)多層次監(jiān)測：以曲線、表格、柱狀圖等豐富的表現(xiàn)形式，結合生產線或設備的結構示意圖，提供全線監(jiān)測、機組監(jiān)測、測點監(jiān)測、特征值監(jiān)測的逐級監(jiān)測界面；b)歷史查詢：能根據(jù)指定監(jiān)測測點、時間范圍等條件查詢設備狀態(tài)的歷史數(shù)據(jù)，支持主流格式的數(shù)據(jù)導出、數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)管理等功能；c)數(shù)據(jù)分析：能集成調用平臺層的各類信號分析方法，并展示分析結果，包括多變量數(shù)據(jù)趨勢分析、同比分析、環(huán)比分析和統(tǒng)計分析等功能；d)智能報警：根據(jù)設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，結合設備自身特點、生產工藝、物料與產品質量數(shù)據(jù)等，構建智能報警指標體系，采用閾值報警、規(guī)則報警、趨勢報警等多種報警策略，用短信、微信、郵件、畫面、聲光等各種方式對設備工作狀態(tài)進行分級報警提示；e)故障診斷決策支持：結合設備狀態(tài)數(shù)據(jù)、生產工藝、物料與產品質量數(shù)據(jù)等，基于平臺層