寶鋼集團設備運行狀態(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公司全資子公司之一，2013年一期項目完成，達到預期的車用鋼簾線產品及光伏產業(yè)用切割鋼絲產品。
按照當年設計規(guī)劃的總體方案，一期規(guī)劃年產能5萬噸，其中切割鋼絲1萬噸，鋼簾線4萬噸。在規(guī)劃設計中考慮二期產能達到10萬噸，遠期規(guī)模15萬噸以上的發(fā)展空間。
在一期工程當中，為了適應生產的需要，工藝設備配備了7套預處理+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。設備占有車間面超過5萬m2。
2 生產設備管理現狀及改造的必要性
2.1國內外相關技術發(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)革命中占領先機。 該戰(zhàn)略已經得到德國科研機構和產業(yè)界的廣泛認同。“工業(yè)4.0”概念即是以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命，旨在通過充分利用信息通訊技術和網絡空間虛擬系統(tǒng)與信息物理系統(tǒng)相結合的手段，將制造業(yè)向智能化轉型。
中國制造業(yè)在之前的20年當中得到了突飛猛進的發(fā)展，隨著經濟機構的調整，中國的勞動力成本逐年在提高。有資料預測，中國制造業(yè)成本優(yōu)勢到2020年將不復存在。工業(yè)4.0的技術能夠幫助中國應對生產力挑戰(zhàn)。未來的制造工業(yè)不僅僅是要制造過程智能化，設備系統(tǒng)管理也必將走向智能化。
隨著現代高新科技向各個行業(yè)的導入,特別是機電一體化、信息化技術在傳統(tǒng)生產領域的廣泛應用,企業(yè)經營規(guī)模逐漸擴大。所以，進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備管理信息化，而設備管理信息化的基礎，就是對設備的智能化監(jiān)測。通過對現場設備在線監(jiān)測獲取基礎數據,為企業(yè)信息化管理提供底層技術支撐平臺,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,從而提高生產率,增強企業(yè)的競爭能力。
設備運行狀態(tài)智能監(jiān)測是設備診斷技術的具體體現。20世紀隨著軍事、航天技術的發(fā)展，可靠性理論推動了設備診斷技術的迅速發(fā)展。20世紀70年代，隨著微電子技術、傳感器技術和計算機技術的不斷進步，設備診斷技術不斷地向著各領域推廣。同時，開始向智能化轉變。
就鋼鐵行業(yè)而言，在現代化的鋼鐵企業(yè)，帶鋼、棒材和線材的熱軋工藝過程和設備的在線監(jiān)測技術已經逐步被推廣，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、提高成材率和產品質量提供了有力的技術保障。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。
在國內線材制品領域，智能化制造體系建設工作還沒有起步。
2.2設備管理現狀和改造的必要性
在國內線材制品領域，智能化制造體系建設工作還沒有起步。寶鋼金屬要在線材制品領域獨占鰲頭，在智能化制造體系建設勢在必行。
在智能化制造體系建設包括了多個方面，其中，設備在線監(jiān)測智能化是一個重要的信息基礎。從設備管理現狀來看：
（1）一期工程的工藝設備配備了1344臺套，設備占有車間面超過5萬m2，設備數量多，分布面積大，點檢工作強度大，點檢質量肯定受到影響。
（2）車間設備多，噪音大，單憑點檢耳朵的經驗根本不能判斷設備機械故障所在，更談不上對設備關鍵零件失效的預判斷。這個結果不僅僅影響的生產計劃性，更重要的直接影響著生產質量的一貫制。
（3）同規(guī)格設備多，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量，對提高設備管理質量、降低備件成本至關重要。
解決以上困難，實現以上期望的方法在哪里呢？這就是我們本項目所建議的“設備運行狀態(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項目主要內容
3.1 改造內容
3.1.1 改造工程建設原則
根據企業(yè)生產經營現狀，我們確定分期“設備運行狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)”工程建設的原則如下：
（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計劃；
（3）減少對車間原有設施的變動；
（4）設備采購立足國產化，減少后續(xù)系統(tǒng)運行成本；
（5）采用分階段實施模式，實現設備運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)全廠智能化。
3.1.2 實施范圍
從設備的可行性可必要性來分析?！霸O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技術方案
針對以上設備監(jiān)測范圍和車間設備布置特點，本項目所建議的“設備運行狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)”主要由設備振動監(jiān)測裝置、監(jiān)測數據收集傳輸系統(tǒng)和數據處理設備三部分組成。
該方案的主要特點就是無需在車間敷設大量線纜，安裝方便，智能網絡安全可靠。
（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)，隨著技術發(fā)展的不斷完善，用于捕捉機械設備狀態(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、應力應變傳感器、振動傳感器。在傳感器的實際選擇中應根據設備零件的明顯失效形式來選擇。
對于我們的拉絲、捻股設備而言，環(huán)境噪音大，而且設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、應力應變傳感器和振動傳感器應該是可行的選項。
經過排除式的分析，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，配置帶鎧甲的導線，適合于有油和水的工作環(huán)境。如圖片：
主要技術參數如下：
?輸出電流：DC.4-20mA
?測量范圍：0-20mm/s
?相應頻率：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
設備監(jiān)測傳感器數量見表2：
(2) 監(jiān)測數據收集傳輸系統(tǒng)
監(jiān)測數據收集傳輸系統(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備的振動幅值傳至無線發(fā)射設備，以無線通訊方式將振動幅值量以數字量形式傳輸至后端對外輸出設備。收集數據后送入后部數據處理系統(tǒng)。
該系統(tǒng)具有如下特點和主要技術參數：
?具有中繼路由和終端設備功能，無線傳輸能力強大
?最大視距傳輸距離達到：2000m，發(fā)射功率：25bdm
?4G DSSS直序擴頻技術按擾能力強
?最高波特率：＞38400bps
?可以實現目標地址發(fā)送
?網絡能力強大，可以設置：65535個網絡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%不結露
?輸入電壓：DC5-24V
?串口形式：TCP/IP
(2) 數據處理設備
a.主要設備選擇
后部數據處理設備采用19”高亮度LED顯示屏的無風扇低功耗工業(yè)平板電腦，采用 Intel? 低功耗處理器，主板采用大量優(yōu)質固態(tài)電容、密封式電感、低溫 MOS 管等高規(guī)格器件，適應工業(yè)現場等較為惡劣的環(huán)境。前面板達 IP65 防護等級。
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備運行狀態(tài)的基本參數（振動（mm/s））。
B．軟件功能
工控機中軟件采用Labview軟件進行編輯，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據、圖像；
?可選擇單個傳感器的數據圖像并予以放大顯示；
?可在屏幕中顯示振動狀態(tài)“正?！?， 當某運行值超過設定報警或危險值時，對應顯示變?yōu)辄S色或紅色提示
?可對數據歷史記錄進行自動存儲，并改變存儲路徑，可以手動操作讀取數據和保存數據
?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、受益及技術風險問題，建議在不影響生產的情況下進行分步展開工程建設。初步劃分四個階段：
（1）試 驗 階 段：2015年5月前完成試點設備監(jiān)測建設；
（2）實施第一階段：2015年8月前總結試點經驗，完成第一批設備監(jiān)測系統(tǒng)建設；
（3）實施第二階段：2015年10月前完成第二批設備監(jiān)測系統(tǒng)建設；
（4）實施第三階段：2015年12月前完成其余的全部設備監(jiān)測系統(tǒng)建設，形成設備管理智能化基礎系統(tǒng)之一。
