鋼鐵企業(yè)電氣設備智能運維系統(鋼廠(chǎng)電氣設備智能運維系統淺析)

　　鋼廠(chǎng)電氣設備智能運維系統淺析

　　1 引言

　　在現代化鋼廠(chǎng)中，電氣設備故障是造成電氣火災的重要原因，由其引發(fā)的各類(lèi)停電事故也給鋼廠(chǎng)帶來(lái)了重大經(jīng)濟損失。導致電氣設備故障的原因多種多樣，如設備部件達到使用年限、設備電壓波動(dòng)、設備操作不當等。不同故障因素對電氣設備的損耗情況各不相同，要求企業(yè)及時(shí)采取相應措施對設備進(jìn)行維護，以保障日常生產(chǎn)順利運行。

　　近年來(lái)，隨著(zhù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數據、人工智能等新興技術(shù)的快速發(fā)展，生產(chǎn)設備的智能運維已逐漸成為研究熱點(diǎn)。電氣設備智能運維系統采集并分析電氣設備的相關(guān)數據，可以對電氣設備的運行狀態(tài)進(jìn)行監控和預測，實(shí)現精準維檢。本文將重點(diǎn)論述該技術(shù)在智慧鋼廠(chǎng)中的應用。

　　2 電氣設備運維方案設計

　　鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節采用的電氣設備種類(lèi)繁多，其中應用較為廣泛的主要是配電設備、電機設備、控制設備和輔助設備。

　　1)配電設備

　　配電設備是鋼廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中用電管理的重要部分，對全廠(chǎng)生產(chǎn)用電安全有著(zhù)顯著(zhù)影響。它主要分為高中壓配電和低壓配電兩大部分，包括變壓器、高中壓開(kāi)關(guān)柜、低壓開(kāi)關(guān)柜、照明配電箱、檢修電源箱、開(kāi)關(guān)箱、直流屏等。

　　2)電機設備

　　鋼廠(chǎng)常用電機設備包括泵、閥、風(fēng)機、膠帶機、起重設備等。部分設備配有機旁操作箱和PLC控制接口，設備結構相對復雜,對平時(shí)的維護要求也比較高,出現故障時(shí)有可能直接影響全廠(chǎng)生產(chǎn)運行。

　　3)控制設備

　　控制與傳動(dòng)設備是鋼廠(chǎng)生產(chǎn)運行的“神經(jīng)元”，包括PLC、變頻器、軟啟動(dòng)器等。其中，PLC負責全廠(chǎng)主要用電設備的計算機集中控制;變頻器主要應用于電動(dòng)機的調速控制;軟啟動(dòng)器集成了軟啟動(dòng)、軟停車(chē)和多種保護功能，主要應用于大功率電機的啟?？刂?。

　　4)輔助設備

　　輔助設備負責鋼廠(chǎng)主要生產(chǎn)工序外的輔助工作，包括空調、測溫儀、攝像頭、電子秤、通訊設備等。

　　在日常生產(chǎn)運行過(guò)程中，鋼廠(chǎng)電氣設備性能會(huì )逐漸退化，最后功能失效達到壽命終點(diǎn)。根據維保工作技術(shù)思路的差異，鋼廠(chǎng)電氣設備的維護策略可分為三個(gè)層次：響應式維護、預防性維護和預測性維護。

　　?設備響應式維護

　　實(shí)時(shí)全方位監測設備運行狀態(tài)，故障發(fā)生后快速定位故障位置，通過(guò)系統后臺自動(dòng)派工，借助手機APP推送等方式第一時(shí)間通知維護人員，精準告知故障情況，并發(fā)送維修指導文件。維修人員佩戴可穿戴式智能裝置，接受平臺遠程運維指導，APP上傳維修日志，及時(shí)完成故障排除。系統內嵌的數字化文檔保存了圖紙、程序和手冊，方便維保人員使用。

　　?設備預防性維護

　　結合工廠(chǎng)生產(chǎn)計劃，制定設備維護的日、周、月、季度和年度規劃，提前創(chuàng )建維保工單，主動(dòng)推送維護計劃，同時(shí)安排好維保人員，準備好維護工具和材料，對電氣設備進(jìn)行檢查、維修、保養和部件更換。

　　?設備預測性維護

　　實(shí)時(shí)監測設備運行數據，根據數據變化趨勢及變量間相關(guān)關(guān)系，利用人工智能算法建立預測維護模型，預估設備剩余壽命，提前制定運維計劃。

　　三類(lèi)維護策略對比如表1所示。在具體維護實(shí)施過(guò)程中，綜合考慮不同電氣設備的故障頻率、故障風(fēng)險和運維成本，采取適宜的運維措施。通過(guò)預防性維護和預測性維護，可以有效降低故障搶修成本，延長(cháng)設備使用壽命，進(jìn)而降低設備更換的采購成本。同時(shí)，由于電氣設備的可靠性得以提高，停電事故的出現概率及其帶來(lái)的經(jīng)濟損失也將顯著(zhù)減小。

　　3 智能運維系統架構

　　鋼廠(chǎng)電氣設備智能運維系統在應用實(shí)施過(guò)程中主要包括現場(chǎng)硬件部署及平臺軟件設計。

　　3.1系統硬件架構

　　智能運維系統硬件由設備端、智能網(wǎng)關(guān)、服務(wù)端、客戶(hù)端、平臺中心看板等幾部分組成。

　　現代化鋼廠(chǎng)的控制系統通常包含控制室PLC柜、傳動(dòng)設備和現場(chǎng)設備，當設備在運行過(guò)程中發(fā)生異常時(shí)，控制系統可將運行信息反饋給管理人員。因此，在數據采集層面，主要從鋼廠(chǎng)設備控制系統以及配備數據通訊接口的智能設備(如智能電表等)取數。此外，還需采集電氣室及現場(chǎng)設備音視頻監控、溫濕度等環(huán)境信息，以輔助運維系統進(jìn)行決策。巡檢和運維過(guò)程中，維保人員通過(guò)佩戴智能安全帽，與平臺系統智能交互，實(shí)現在線(xiàn)視頻及圖像傳輸、遠程運維指導等功能。借助超寬帶(Ultra Wide Band, UWB)定位技術(shù)，可實(shí)現危險區域人員高精度定位，確保運維人員安全作業(yè)。

　　設備端接入支持各類(lèi)工業(yè)協(xié)議解析的智能網(wǎng)關(guān)，其數據通過(guò)網(wǎng)關(guān)傳輸至服務(wù)器，供服務(wù)端進(jìn)行處理。服務(wù)端在設備監控過(guò)程中根據不同電氣設備的具體特性變化趨勢進(jìn)行判斷。例如對于變頻器，采集系統狀態(tài)、給定方式、運行方式、控制方式、運行頻率、輸出電流、柜內溫度等信號，通過(guò)在線(xiàn)監測，及時(shí)發(fā)現短路、欠壓、過(guò)壓、溫度過(guò)高、面板故障、主回路跳閘等故障;對于直流屏，采集交流及直流模擬量數據，以及電池組過(guò)壓、欠壓等信號，當信號異常超限時(shí)推送報警。

　　在人機交互方面，服務(wù)端將系統業(yè)務(wù)數據、設備監控數據等需要展示的信息發(fā)布到平臺中心看板，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)推送到PC端和移動(dòng)端，供客戶(hù)瀏覽。

　　3.2系統軟件架構

　　軟件系統由數據采集層、大數據平臺層和智能運維應用層組成，整體架構如圖1所示。從圖1可知，數據采集層負責和各硬件系統進(jìn)行通信，獲取系統的各類(lèi)實(shí)時(shí)數據;大數據平臺層是整個(gè)系統的數據存儲與處理中心，它將采集層獲取的數據進(jìn)行數據轉換與預處理，并根據數據邏輯進(jìn)行關(guān)聯(lián)，保存到歷史數據庫中，系統同時(shí)設置實(shí)時(shí)數據庫，以適應高實(shí)時(shí)性數據處理需求;智能運維應用層主要分為智能分析和可視化應用兩部分。

　　智能分析部分包含設備數字孿生、預測性維護和智能化巡檢技術(shù)，以及基于專(zhuān)家經(jīng)驗知識的遠程專(zhuān)家診斷系統和設備維護專(zhuān)家庫。其中，設備數字孿生技術(shù)對電氣設備進(jìn)行數字化建模，實(shí)現關(guān)鍵電氣設備三維模型和監控數據的融合展示?；跈C器學(xué)習的預測性維護技術(shù)實(shí)時(shí)監測設備運行數據，通過(guò)時(shí)序模型、回歸分析、統計推斷等方法，對海量的設備數據進(jìn)行分析，可以訓練出該類(lèi)型設備的數據模型，并將該模型應用于設備狀態(tài)和剩余壽命的預測中，實(shí)現從響應式維護到預測性維護的轉變。智能化巡檢則根據生產(chǎn)計劃和設備運行狀態(tài)監測結果，自動(dòng)生成巡檢計劃，對工作時(shí)間長(cháng)、報警頻率高、壽命周期短的關(guān)鍵設備加大巡檢力度。對于數據驅動(dòng)技術(shù)難以解決的設備運維問(wèn)題，引入工藝和電氣技術(shù)專(zhuān)家的團隊力量，通過(guò)設立遠程專(zhuān)家診斷系統，實(shí)現遠程網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下的電氣設備在線(xiàn)診斷，并記錄專(zhuān)家運維案例，對設備維護專(zhuān)家知識庫進(jìn)行及時(shí)更新。

　　可視化應用部分提供設備運維系統的各種可視化運維管理功能，可在PC端和移動(dòng)端實(shí)現，其人機界面包括運維APP和平臺中心看板。其中，運維APP可根據管理人員和運維人員等不同角色配置不同的功能和權限，支持設備管理、報警管理、維護管理等多種功能。平臺中心看板主要實(shí)現運維信息大屏幕展示功能，包括：1)設備管理：全廠(chǎng)電氣設備類(lèi)型、數量、狀態(tài)信息、運行數據、設備地圖等;2)報警管理：設備報警信息、專(zhuān)家在線(xiàn)情況、診斷結果、處理建議等;3)維護管理：顯示運維信息，包括運維人員在線(xiàn)情況、維保工單、運維現場(chǎng)畫(huà)面、備件信息等。

　　4 結語(yǔ)

　　鋼廠(chǎng)電氣設備運維管理工作是一項系統工程，能夠降低設備故障幾率，有效保障鋼廠(chǎng)生產(chǎn)的順利運行和企業(yè)員工的生命安全。本文介紹了現代化鋼廠(chǎng)電氣設備的智能運維策略，采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數據、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，創(chuàng )新集成智能產(chǎn)品，對設備智能運維平臺架構進(jìn)行了分析。與傳統運維技術(shù)相比，該智能運維系統的主要優(yōu)勢表現在：1)數字孿生技術(shù)為電氣設備智能運維提供了基礎數據，也是鋼廠(chǎng)數字化轉型的重要依托;2)融合專(zhuān)家經(jīng)驗知識和機器學(xué)習技術(shù)的智能運維策略可以預測設備狀態(tài)變化趨勢，提前制定運維計劃;3)借助智能安全帽、UWB定位等智能設備構建遠程運維指導系統，增強了即時(shí)運維能力，提高了鋼廠(chǎng)安全監管的實(shí)效性。

　　來(lái)源：世界金屬導報