在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)實(shí)施方案

1. 項(xiàng)目背景

石油化工冶金企業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，對安全生產(chǎn)影響很大。在工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)泵群因受人為、環(huán)境及設(shè)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(yù)定的功能，甚至造成重大事故及巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為保障現(xiàn)場關(guān)鍵設(shè)備安全穩(wěn)定高效地運(yùn)行，提高設(shè)備的運(yùn)行效率，需要針對關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，通過對設(shè)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(jìn)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(shè)備在使用過程中的狀態(tài)和故障征兆，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的性能狀態(tài)分析、故障診斷預(yù)警和治理預(yù)防、健康綜合管理。

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

2. 項(xiàng)目目標(biāo)

2.1.24h 連續(xù)監(jiān)測關(guān)鍵動設(shè)備各部位振動速度、振動加速度、振動頻率、轉(zhuǎn)速、溫度等運(yùn)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(bào)告等功能，短期目標(biāo)覆蓋 A 類關(guān)鍵動設(shè)備，中期目標(biāo)是覆蓋 B 類運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)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(shè)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(yùn)行磨損、動不平衡、連接松動、流體激振、設(shè)備共振、基礎(chǔ)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(yùn)行累計(jì)時(shí)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(hù)策略：智能分析后提供檢修維護(hù)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(guān)聯(lián)并警告庫存不足，建議庫存保有量和補(bǔ)貨量。

2.6.智能生成啟停運(yùn)行數(shù)據(jù)報(bào)告/報(bào)表：自動統(tǒng)計(jì)設(shè)備啟停數(shù)據(jù)、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間， 能按用戶給定的條件生成設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。

2.7.與 SAP 系統(tǒng)智能聯(lián)能：與 ERP SAP 系統(tǒng)的設(shè)備檢修維護(hù)模塊的維護(hù)工單內(nèi)容、時(shí)間等信息實(shí)現(xiàn)交互、聯(lián)動：

2.8.智能推薦 PM 時(shí)間：智能預(yù)設(shè) ERP、SAP 系統(tǒng)下次各級別 PM 維護(hù)時(shí)間，并提前觸發(fā) ERP 提示或自動生成 PM 清單；

2.9.智能學(xué)習(xí)： 能智能學(xué)習(xí)同類設(shè)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(jī) APP、平板電腦、筆記本電腦、臺式電腦等多終端，同時(shí)訪問該智能診斷分析系統(tǒng)，以掌握設(shè)備運(yùn)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(bào)告、潛在故障和初期故障預(yù)警，以便管理層及時(shí)組織精準(zhǔn)維護(hù)，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(yùn)行的透平、變頻運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，和融入變速箱、有油溫監(jiān)測要求的設(shè)備。

2.12.最終實(shí)現(xiàn)“主要設(shè)備的預(yù)知性維護(hù)和一般設(shè)備的定期預(yù)防性維護(hù)相結(jié)合：

?對納入預(yù)知性智能維護(hù)的關(guān)鍵運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備能提前發(fā)現(xiàn)潛在和初期故障，并防止故障累積擴(kuò)展成大故障后造成損失擴(kuò)大；

?對非關(guān)鍵小型設(shè)備合理優(yōu)化維護(hù)周期、內(nèi)容；

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

?優(yōu)化維護(hù)作業(yè)人員構(gòu)成、備品備件管理，提高經(jīng)濟(jì)及安全運(yùn)行價(jià)值，保障裝置高質(zhì)量安全平穩(wěn)運(yùn)行。

?預(yù)留與工人其它生產(chǎn)維護(hù)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(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)設(shè)備的預(yù)知維修和故障診斷，需要對以下關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測。設(shè)備列表如表 3.1 所示：

表 3.1 設(shè)備列表

本方案根據(jù)相關(guān) ISO 標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及現(xiàn)場調(diào)研情況進(jìn)行編制，具體標(biāo)準(zhǔn)如下。

3.2. 編制依據(jù)

GB/T 19873.1-2005《機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)器狀態(tài)監(jiān)測與診斷預(yù)測 第 1 部分：通用指南

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

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

ISO 20816-1:2016《機(jī)械振動.機(jī)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(shè)備》

GB/T 2887 《電子計(jì)算機(jī)場地通用規(guī)范》

SL 583-2012《泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控與信息系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》

3.3. 拓?fù)鋱D

本系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 3.1 所示。

系統(tǒng)拓?fù)浣Y(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(shè)備監(jiān)測預(yù)知維修系統(tǒng)提供了豐富的功能，不但能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)警可能發(fā)生的故障，而且能對設(shè)備的健康進(jìn)行實(shí)時(shí)評價(jià)和智能診斷，為設(shè)備預(yù)知維護(hù)、維修提供了有力保障。

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

表 3.1 在線設(shè)備監(jiān)測預(yù)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(jī)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(jī)組，用戶可通過通道顏色，確認(rèn)某測點(diǎn)是報(bào)警還是危險(xiǎn)（報(bào)警：黃色；危險(xiǎn)： 紅色）。如圖所示

圖 3.2 機(jī)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(rèn)某測點(diǎn)是報(bào)警還是危險(xiǎn)，還支持導(dǎo)出報(bào)表功能；支持右鍵直接關(guān)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(shí)時(shí)報(bào)警

振動信號是反應(yīng)機(jī)械設(shè)備運(yùn)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(bào)警外，上海測振依據(jù) ISO/TC108（機(jī)械振動與沖擊委員會） 等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，針對不同設(shè)備不同工況設(shè)立相應(yīng)的閾值報(bào)警。除此之外，在參考標(biāo)準(zhǔn)體系基礎(chǔ)上，還設(shè)計(jì)了一系列的智能報(bào)警，如：窄帶報(bào)警、頻段報(bào)警、包絡(luò)值報(bào)警、無量綱報(bào)警、三西格瑪報(bào)警。最終形成一套以振動總值報(bào)警為主，各種智能報(bào)警為輔的智能報(bào)警體系。

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

圖 3.4 實(shí)時(shí)報(bào)警

系統(tǒng)支持設(shè)備報(bào)警的統(tǒng)一管理，報(bào)警的處理方式包括：

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

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

(3) 不予處理。對于一些誤報(bào)的報(bào)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(guān)，倒頻譜，功率譜，包絡(luò)分析，波形頻譜圖等， 還包含瞬態(tài)分析方法如短時(shí) 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(shè)備測點(diǎn)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(luò)分析、自相關(guān)分析、功率譜分析、倒頻譜分析、魏格納分析、短時(shí) 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(guān)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(diǎn)對應(yīng)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(yīng)的頻譜圖或包絡(luò)譜圖，根據(jù)所選子項(xiàng)， 系統(tǒng)會自動將對應(yīng)特征頻率標(biāo)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(luò)分析功能，提供測點(diǎn)對應(yīng)的頻譜圖和包絡(luò)譜圖，根據(jù)頻譜圖中所選范圍，下方包絡(luò)譜會進(jìn)行對應(yīng)的分段包絡(luò)。如圖所示

圖 3.7 包絡(luò)圖

系統(tǒng)提供自相關(guān)分析功能。如圖所示

圖 3.8 自相關(guān)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(jìn)行傅立葉逆變換的結(jié)果。該分析方法受傳感器的測點(diǎn)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(guān)系。如圖所示

圖 3.10 功率譜圖

系統(tǒng)提供細(xì)化譜分析功能，通過采用頻率細(xì)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(xì)化譜圖

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

圖 3.12 Wigner 分 析

系統(tǒng)提供短時(shí) FFT 分析功能，利用離散傅里葉變換的快速算法，可以將一個(gè)信號變換到頻域。有些信號在時(shí)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(shí) FFT 分析

系統(tǒng)提供多頻譜分析功能，用來顯示測點(diǎn)在各種時(shí)間狀態(tài)下的頻譜變化，用戶可自由選擇任意時(shí)間點(diǎn)進(jìn)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(shè)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(jìn)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(gè)測點(diǎn)的歷史趨勢分析，也支持多個(gè)測點(diǎn)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(chǔ)功能

系統(tǒng)基礎(chǔ)功能是用于維護(hù)系統(tǒng)基礎(chǔ)信息的功能，主要包括組織機(jī)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(bào)表、選擇報(bào)表自動存儲以及短信推送報(bào)警 系統(tǒng)操作日志等功能。

3.4.2.移動應(yīng)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(shí)間不限空間的掌握設(shè)備運(yùn)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(gè)人信息三個(gè)板塊。APP 主要定義為數(shù)據(jù)瀏覽終端，減少操作相關(guān)功能。增加移動審批頁面，移除其他操作功能，具備機(jī)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(jī)組報(bào)警數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)的報(bào)警準(zhǔn)確率、評價(jià)的機(jī)組可用情況以及設(shè)備開停機(jī)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)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(shè)計(jì)，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(dá) 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(lán)牙、WIFF鏈接巡檢測試；

?兩路轉(zhuǎn)速輸入，支持轉(zhuǎn)速關(guān)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(fēng)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(dǎo)軌方式固定，墻壁固定，多種固定方式

?防爆等級 ExibIIBT4

4.測點(diǎn)布置

本次監(jiān)測設(shè)備，測點(diǎn)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(xì)清單

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

6.遠(yuǎn)程故障診斷服務(wù)

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(jià)值，提供國際認(rèn)證的故障診斷培訓(xùn)以及定期的故障診斷服務(wù)。故障診斷服務(wù)體系與內(nèi)容：

7.工程實(shí)施

本項(xiàng)目的工程實(shí)施由本公司負(fù)責(zé)，系統(tǒng)使用方配合完成。具體實(shí)施內(nèi)容及責(zé)任如表 7.1 所示。

表 7.1 項(xiàng)目實(shí)施內(nèi)容及責(zé)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(luò) IP 資源的分配。