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鋼鐵企業(yè)電氣設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)(鋼廠電氣設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)淺析)

2022年07月12日 13:57:24行業(yè)資訊2244

  鋼廠電氣設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)淺析

  1 引言

  在現(xiàn)代化鋼廠中,電氣設(shè)備故障是造成電氣火災(zāi)的重要原因,由其引發(fā)的各類停電事故也給鋼廠帶來了重大經(jīng)濟(jì)損失。導(dǎo)致電氣設(shè)備故障的原因多種多樣,如設(shè)備部件達(dá)到使用年限、設(shè)備電壓波動、設(shè)備操作不當(dāng)?shù)?。不同故障因素對電氣設(shè)備的損耗情況各不相同,要求企業(yè)及時采取相應(yīng)措施對設(shè)備進(jìn)行維護(hù),以保障日常生產(chǎn)順利運(yùn)行。

  近年來,隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)的快速發(fā)展,生產(chǎn)設(shè)備的智能運(yùn)維已逐漸成為研究熱點(diǎn)。電氣設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)采集并分析電氣設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù),可以對電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)測,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)維檢。本文將重點(diǎn)論述該技術(shù)在智慧鋼廠中的應(yīng)用。

  2 電氣設(shè)備運(yùn)維方案設(shè)計(jì)

  鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)采用的電氣設(shè)備種類繁多,其中應(yīng)用較為廣泛的主要是配電設(shè)備、電機(jī)設(shè)備、控制設(shè)備和輔助設(shè)備。

  1)配電設(shè)備

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

  2)電機(jī)設(shè)備

  鋼廠常用電機(jī)設(shè)備包括泵、閥、風(fēng)機(jī)、膠帶機(jī)、起重設(shè)備等。部分設(shè)備配有機(jī)旁操作箱和PLC控制接口,設(shè)備結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,對平時的維護(hù)要求也比較高,出現(xiàn)故障時有可能直接影響全廠生產(chǎn)運(yùn)行。

  3)控制設(shè)備

  控制與傳動設(shè)備是鋼廠生產(chǎn)運(yùn)行的“神經(jīng)元”,包括PLC、變頻器、軟啟動器等。其中,PLC負(fù)責(zé)全廠主要用電設(shè)備的計(jì)算機(jī)集中控制;變頻器主要應(yīng)用于電動機(jī)的調(diào)速控制;軟啟動器集成了軟啟動、軟停車和多種保護(hù)功能,主要應(yīng)用于大功率電機(jī)的啟??刂?。

  4)輔助設(shè)備

  輔助設(shè)備負(fù)責(zé)鋼廠主要生產(chǎn)工序外的輔助工作,包括空調(diào)、測溫儀、攝像頭、電子秤、通訊設(shè)備等。

  在日常生產(chǎn)運(yùn)行過程中,鋼廠電氣設(shè)備性能會逐漸退化,最后功能失效達(dá)到壽命終點(diǎn)。根據(jù)維保工作技術(shù)思路的差異,鋼廠電氣設(shè)備的維護(hù)策略可分為三個層次:響應(yīng)式維護(hù)、預(yù)防性維護(hù)和預(yù)測性維護(hù)。

  ?設(shè)備響應(yīng)式維護(hù)

  實(shí)時全方位監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),故障發(fā)生后快速定位故障位置,通過系統(tǒng)后臺自動派工,借助手機(jī)APP推送等方式第一時間通知維護(hù)人員,精準(zhǔn)告知故障情況,并發(fā)送維修指導(dǎo)文件。維修人員佩戴可穿戴式智能裝置,接受平臺遠(yuǎn)程運(yùn)維指導(dǎo),APP上傳維修日志,及時完成故障排除。系統(tǒng)內(nèi)嵌的數(shù)字化文檔保存了圖紙、程序和手冊,方便維保人員使用。

  ?設(shè)備預(yù)防性維護(hù)

  結(jié)合工廠生產(chǎn)計(jì)劃,制定設(shè)備維護(hù)的日、周、月、季度和年度規(guī)劃,提前創(chuàng)建維保工單,主動推送維護(hù)計(jì)劃,同時安排好維保人員,準(zhǔn)備好維護(hù)工具和材料,對電氣設(shè)備進(jìn)行檢查、維修、保養(yǎng)和部件更換。

  ?設(shè)備預(yù)測性維護(hù)

  實(shí)時監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù),根據(jù)數(shù)據(jù)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(yù)測維護(hù)模型,預(yù)估設(shè)備剩余壽命,提前制定運(yùn)維計(jì)劃。

  三類維護(hù)策略對比如表1所示。在具體維護(hù)實(shí)施過程中,綜合考慮不同電氣設(shè)備的故障頻率、故障風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)維成本,采取適宜的運(yùn)維措施。通過預(yù)防性維護(hù)和預(yù)測性維護(hù),可以有效降低故障搶修成本,延長設(shè)備使用壽命,進(jìn)而降低設(shè)備更換的采購成本。同時,由于電氣設(shè)備的可靠性得以提高,停電事故的出現(xiàn)概率及其帶來的經(jīng)濟(jì)損失也將顯著減小。

  

鋼鐵企業(yè)電氣設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng).png


  3 智能運(yùn)維系統(tǒng)架構(gòu)

  鋼廠電氣設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)在應(yīng)用實(shí)施過程中主要包括現(xiàn)場硬件部署及平臺軟件設(shè)計(jì)。

  3.1系統(tǒng)硬件架構(gòu)

  智能運(yùn)維系統(tǒng)硬件由設(shè)備端、智能網(wǎng)關(guān)、服務(wù)端、客戶端、平臺中心看板等幾部分組成。

  現(xiàn)代化鋼廠的控制系統(tǒng)通常包含控制室PLC柜、傳動設(shè)備和現(xiàn)場設(shè)備,當(dāng)設(shè)備在運(yùn)行過程中發(fā)生異常時,控制系統(tǒng)可將運(yùn)行信息反饋給管理人員。因此,在數(shù)據(jù)采集層面,主要從鋼廠設(shè)備控制系統(tǒng)以及配備數(shù)據(jù)通訊接口的智能設(shè)備(如智能電表等)取數(shù)。此外,還需采集電氣室及現(xiàn)場設(shè)備音視頻監(jiān)控、溫濕度等環(huán)境信息,以輔助運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行決策。巡檢和運(yùn)維過程中,維保人員通過佩戴智能安全帽,與平臺系統(tǒng)智能交互,實(shí)現(xiàn)在線視頻及圖像傳輸、遠(yuǎn)程運(yùn)維指導(dǎo)等功能。借助超寬帶(Ultra Wide Band, UWB)定位技術(shù),可實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)區(qū)域人員高精度定位,確保運(yùn)維人員安全作業(yè)。

  設(shè)備端接入支持各類工業(yè)協(xié)議解析的智能網(wǎng)關(guān),其數(shù)據(jù)通過網(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(shè)備監(jiān)控過程中根據(jù)不同電氣設(shè)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(tǒng)狀態(tài)、給定方式、運(yùn)行方式、控制方式、運(yùn)行頻率、輸出電流、柜內(nèi)溫度等信號,通過在線監(jiān)測,及時發(fā)現(xiàn)短路、欠壓、過壓、溫度過高、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(shù)據(jù),以及電池組過壓、欠壓等信號,當(dāng)信號異常超限時推送報(bào)警。

  在人機(jī)交互方面,服務(wù)端將系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等需要展示的信息發(fā)布到平臺中心看板,并通過互聯(lián)網(wǎng)推送到PC端和移動端,供客戶瀏覽。

  3.2系統(tǒng)軟件架構(gòu)

  軟件系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集層、大數(shù)據(jù)平臺層和智能運(yùn)維應(yīng)用層組成,整體架構(gòu)如圖1所示。從圖1可知,數(shù)據(jù)采集層負(fù)責(zé)和各硬件系統(tǒng)進(jìn)行通信,獲取系統(tǒng)的各類實(shí)時數(shù)據(jù);大數(shù)據(jù)平臺層是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲與處理中心,它將采集層獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與預(yù)處理,并根據(jù)數(shù)據(jù)邏輯進(jìn)行關(guān)聯(lián),保存到歷史數(shù)據(jù)庫中,系統(tǒng)同時設(shè)置實(shí)時數(shù)據(jù)庫,以適應(yīng)高實(shí)時性數(shù)據(jù)處理需求;智能運(yùn)維應(yīng)用層主要分為智能分析和可視化應(yīng)用兩部分。

  

鋼鐵企業(yè)電氣設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng).png


  智能分析部分包含設(shè)備數(shù)字孿生、預(yù)測性維護(hù)和智能化巡檢技術(shù),以及基于專家經(jīng)驗(yàn)知識的遠(yuǎn)程專家診斷系統(tǒng)和設(shè)備維護(hù)專家?guī)?。其中,設(shè)備數(shù)字孿生技術(shù)對電氣設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化建模,實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵電氣設(shè)備三維模型和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的融合展示。基于機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測性維護(hù)技術(shù)實(shí)時監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù),通過時序模型、回歸分析、統(tǒng)計(jì)推斷等方法,對海量的設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可以訓(xùn)練出該類型設(shè)備的數(shù)據(jù)模型,并將該模型應(yīng)用于設(shè)備狀態(tài)和剩余壽命的預(yù)測中,實(shí)現(xiàn)從響應(yīng)式維護(hù)到預(yù)測性維護(hù)的轉(zhuǎn)變。智能化巡檢則根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果,自動生成巡檢計(jì)劃,對工作時間長、報(bào)警頻率高、壽命周期短的關(guān)鍵設(shè)備加大巡檢力度。對于數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)難以解決的設(shè)備運(yùn)維問題,引入工藝和電氣技術(shù)專家的團(tuán)隊(duì)力量,通過設(shè)立遠(yuǎn)程專家診斷系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的電氣設(shè)備在線診斷,并記錄專家運(yùn)維案例,對設(shè)備維護(hù)專家知識庫進(jìn)行及時更新。

  可視化應(yīng)用部分提供設(shè)備運(yùn)維系統(tǒng)的各種可視化運(yùn)維管理功能,可在PC端和移動端實(shí)現(xiàn),其人機(jī)界面包括運(yùn)維APP和平臺中心看板。其中,運(yùn)維APP可根據(jù)管理人員和運(yùn)維人員等不同角色配置不同的功能和權(quán)限,支持設(shè)備管理、報(bào)警管理、維護(hù)管理等多種功能。平臺中心看板主要實(shí)現(xiàn)運(yùn)維信息大屏幕展示功能,包括:1)設(shè)備管理:全廠電氣設(shè)備類型、數(shù)量、狀態(tài)信息、運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)備地圖等;2)報(bào)警管理:設(shè)備報(bào)警信息、專家在線情況、診斷結(jié)果、處理建議等;3)維護(hù)管理:顯示運(yùn)維信息,包括運(yùn)維人員在線情況、維保工單、運(yùn)維現(xiàn)場畫面、備件信息等。

  4 結(jié)語

  鋼廠電氣設(shè)備運(yùn)維管理工作是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,能夠降低設(shè)備故障幾率,有效保障鋼廠生產(chǎn)的順利運(yùn)行和企業(yè)員工的生命安全。本文介紹了現(xiàn)代化鋼廠電氣設(shè)備的智能運(yùn)維策略,采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù),創(chuàng)新集成智能產(chǎn)品,對設(shè)備智能運(yùn)維平臺架構(gòu)進(jìn)行了分析。與傳統(tǒng)運(yùn)維技術(shù)相比,該智能運(yùn)維系統(tǒng)的主要優(yōu)勢表現(xiàn)在:1)數(shù)字孿生技術(shù)為電氣設(shè)備智能運(yùn)維提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù),也是鋼廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要依托;2)融合專家經(jīng)驗(yàn)知識和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的智能運(yùn)維策略可以預(yù)測設(shè)備狀態(tài)變化趨勢,提前制定運(yùn)維計(jì)劃;3)借助智能安全帽、UWB定位等智能設(shè)備構(gòu)建遠(yuǎn)程運(yùn)維指導(dǎo)系統(tǒng),增強(qiáng)了即時運(yùn)維能力,提高了鋼廠安全監(jiān)管的實(shí)效性。


  來源:世界金屬導(dǎo)報(bào)

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國務(wù)院安委會辦公室關(guān)于-電氣火災(zāi)綜合治理2017年工作情況的通報(bào)

國務(wù)院安委會辦公室關(guān)于電氣火災(zāi)綜合治理2017年工作情況的通報(bào)安委辦〔2018〕4號各省、自治區(qū)、直轄市及新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)安全生產(chǎn)委員會,國務(wù)院安委會有關(guān)成員單位,有關(guān)中央企業(yè):根據(jù)《國務(wù)院安全生產(chǎn)委員會關(guān)于開展電氣火災(zāi)綜合治理工作的通知》(安委〔2017〕4號)和國務(wù)院安委會辦公室電氣火災(zāi)綜合治理...

煙臺市政協(xié)委員建言加快推進(jìn)煙臺智慧消防建設(shè)

煙臺市政協(xié)委員建言加快推進(jìn)煙臺智慧消防建設(shè)

智慧消防,就是借助和應(yīng)用大數(shù)據(jù)平臺、互聯(lián)網(wǎng)+、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控等新一代信息技術(shù),實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防控“智能化”、滅火指揮“一體化”、日常執(zhí)法“系統(tǒng)化”、社會監(jiān)管“全時化”等。對于煙臺市智慧消防的建設(shè),煙臺市政協(xié)委員王少健在本次“兩會”上提出了幾點(diǎn)建議。搭建“數(shù)據(jù)治火”智慧消防綜合治理平臺王少健表示:...

電氣火災(zāi)怎么防怎么救?

電氣火災(zāi)怎么防怎么救?

冬季是電氣火災(zāi)的高發(fā)期。據(jù)統(tǒng)計(jì),在已發(fā)生的火災(zāi)事故中,由于電氣原因引發(fā)的火災(zāi),占40%左右,并有上升趨勢?;鹪趺礋饋淼模慨?dāng)電氣線路使用年限長、絕緣老化、銅鋁導(dǎo)線聯(lián)結(jié)接觸不良、缺乏正常維護(hù)、發(fā)生漏電打火時,絕緣會被燒壞,引起火災(zāi)。電熱用具、照明燈具工作時靠近易燃物或用完后忘記切斷電源,如擱置在引燃基...