在线状态监测系统技术实施方案

来源:   2021-01-25   浏览:1358

1. 项目背景

  石油化工冶金企业生产中的关键设备,对安全生产影响很大。在工业生产中,机泵群因受人为、环境及设备自身因素的影响,会经常出现各种故障,降低或失去预定的功能,甚至造成重大事故及巨大的经济损失。为保障现场关键设备安全稳定高效地运行,提高设备的运行效率,需要针对关键设备进行状态监测,通过对设备温度、压力、振动、噪声、转速、流量、油质油耗、电流、电压、泄漏、腐蚀、性能效率、工艺参数等进行在线监测、处理、分析,并考虑环境和介质因素, 获取反映设备在使用过程中的状态和故障征兆,实现对设备的性能状态分析、故障诊断预警和治理预防、健康综合管理。

  通过在线监测诊断系统的实施,达到以下目的:保证设备安全,防止突发事故;实施短信或微信推送报警预知维修,减少设备故障;保证设备精度,提高设备效率;提升管理水平,实现降本增效。

2. 项目目标

2.1.24h 连续监测关键动设备各部位振动速度、振动加速度、振动频率、转速、温度等运行数据并能存储海量数据(>10y),具有智能检索、查询、自动生成分析报告等功能,短期目标覆盖 A 类关键动设备,中期目标是覆盖 B 类运转设备。

2.2.前发现潜在故障:在故障初期阶段就智能诊断出设备出现的潜在故障和初期故障及对对部位、部件及故障性质(并能判断出是否为运行磨损、动不平衡、连接松动、流体激振、设备共振、基础问题、管路问题、汽蚀、喘振等类型);

2.3.能对故障智能综合分类管理:综合转速、轴承温度、润滑油温度、运行累计时间,智能分析出是正常磨损/寿命到期故障还是异常故障(如配件问题、装配问题、操作问题、介质问题等)。

2.4.智能推荐检修维护策略:智能分析后提供检修维护建议策略。

2.5.智能备件库存管理:与备件库存数据管理系统关联并警告库存不足,建议库存保有量和补货量。

2.6.智能生成启停运行数据报告/报表:自动统计设备启停数据、累计运行时间, 能按用户给定的条件生成设备运行数据统计分析报表。

2.7.与 SAP 系统智能联能:与 ERP SAP 系统的设备检修维护模块的维护工单内容、时间等信息实现交互、联动:

2.8.智能推荐 PM 时间:智能预设 ERP、SAP 系统下次各级别 PM 维护时间,并提前触发 ERP 提示或自动生成 PM 清单;

2.9.智能学习: 能智能学习同类设备,同型故障,不断自我提升智能诊断分析系统的能力;

2.10.智能共享:能使不同权限的人通过手机 APP、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑等多终端,同时访问该智能诊断分析系统,以掌握设备运行状态、故障诊断结果,且能自动接收智能诊断分析系统自动推送的诊断分析报告、潜在故障和初期故障预警,以便管理层及时组织精准维护,防止小问题拖动大故障。

2.11.智能综合监测和分析:具有将转速、轴承温度、油温融入智能化诊断分析的功能,特别是要融入能在不同转速下运行的透平、变频运转设备,和融入变速箱、有油温监测要求的设备。

2.12.最终实现“主要设备的预知性维护和一般设备的定期预防性维护相结合:

⚫对纳入预知性智能维护的关键运转设备能提前发现潜在和初期故障,并防止故障累积扩展成大故障后造成损失扩大;

⚫对非关键小型设备合理优化维护周期、内容;

⚫减少检修维护作业总频次,减少大型维护作业数量,既可以降低检修维护施工安全风险出现概率,防止过度维护损伤设备,防止过度维护造成备件成本过高,又可防止维护不足,防止故障和小故障拖成大故障,防止造成检安全风检和成本增加。

⚫优化维护作业人员构成、备品备件管理,提高经济及安全运行价值,保障装置高质量安全平稳运行。

⚫预留与工人其它生产维护系统的硬件和软件数据接口和数据交互能力。

⚫具有良好的安全管控能力。

3. 总体设计方案

3.1.需求分析

根据前期的调研和沟通情况,为了实现设备的预知维修和故障诊断,需要对以下关键设备进行监测。设备列表如表 3.1 所示:

3.1  设备列表

序号车间名称设备名称型号
1XX 车间高压贫砚胺液泵P-010602-1B

3.2. 编制依据

本方案根据相关 ISO 标准、国家标准、企业标准、行业标准以及现场调研情况进行编制,具体标准如下。

GB/T 19873.1-2005《机器状态监测与诊断 振动状态监测 第 1 部分:总则》

GB/T 19873.2-2009《机器状态监测与诊断 振动状态监测 第 2 部分:振动数据处理、分析与描述》

GB/T 13824-2015《对振动烈度测量仪的要求》

ISO 13379-1:2012 机器状态监测和数据分析诊断技术 第 1 部分:通用指南

ISO 13381-1:2015 机器状态监测与诊断预测 第 1 部分:通用指南

ISO 10816-3《机械振动-用在非旋转部件上测量法评定机械振动.第 3 部分:

现场测量时,额定功率大于 15kw,额定速度在 120r/min 和 15000r/min 之间的工业机械》

ISO 20816-1:2016《机械振动.机械振动的测量和评定.第 1 部分:一般指南》 GB/T 11457-2006《信息技术 软件工程术语》

GB/T 3797-2005《电气控制设备》

GB/T 2887 《电子计算机场地通用规范》

SL 583-2012《泵站计算机监控与信息系统技术导则》

3.3. 拓扑图

  本系统的拓扑结构如图 3.1 所示。

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系统拓扑结构图(需要更换)

3.4. 系统组成

3.4.1. 软件功能介绍

  在线设备监测预知维修系统提供了丰富的功能,不但能够实时监测设备运行状态,预警可能发生的故障,而且能对设备的健康进行实时评价和智能诊断,为设备预知维护、维修提供了有力保障。

  在线设备监测预知维修系统功能清单如表 3.1 所示:

  表 3.1 在线设备监测预知维修系统功能清单

模块名称

功能

 

状态监测

提供机组、棒图、列表、启停等监测;

实时报警,提供实时报警功能

 

 

 

 

基本分析

 

 

 

振动分析

波形分析

频谱分析

波形频谱图

故障频谱分析

倒频谱分析

自相关分析

包络谱分析

细化谱分析

Wigner 分布

短时 FFT 分析

 

趋势分析

根据选取的时间段查看数值历史趋势; 历史数据的波形、频谱、阶比谱分析 振动数据选定谐波的历史趋势;

 

 

综合评价

实时评价

显示机组的评价状态

历史评价

根据选取的时间段,对设备历史数据、评价结果、评价报表、原始数据进行分析查看

综合评价模型

风机、电机、减速机等综合的评价模型信息

评价模型绑定

机组绑定评价模型设置,否则无法评价

智能诊断

专家自诊断

实时智能故障分析自诊断;诊断报告;故障自动提

醒并报告推送

诊断配置

手机 APP

手机 APP

提供监测、评价、综合分析和设置功能

系统设置

组织机构、用户权限等设置

基础设置

机组、测点等相关设置

3.4.1.1. 状态监测模块:

  系统提供的机组监测界面,提供三维图立体展示功能,用户可通过功能树切换机组,用户可通过通道颜色,确认某测点是报警还是危险(报警:黄色;危险: 红色)。如图所示

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图 3.2 机组监测

  系统提供的列表监测界面,以数据列形式显示,用户可通过通道颜色,确认某测点是报警还是危险,还支持导出报表功能;支持右键直接关联“振动分析” 和“趋势分析”并选择打印。 如图所示

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 3.3 列表监测

3.4.1.2. 实时报警

  振动信号是反应机械设备运行状态好坏的最灵敏、最直接的信号,因此除了对一般信号的阈值报警外,上海测振依据 ISO/TC108(机械振动与冲击委员会) 等相关标准,针对不同设备不同工况设立相应的阈值报警。除此之外,在参考标准体系基础上,还设计了一系列的智能报警,如:窄带报警、频段报警、包络值报警、无量纲报警、三西格玛报警。最终形成一套以振动总值报警为主,各种智能报警为辅的智能报警体系。

  系统提供的实时报警界面,分两个区域显示左侧区域是设备树,用户可根据设备左侧颜色,确认某机组是报警还是危险(正常:绿色;报警:黄色;危险: 红色),右侧区域是某机组的报警列表,根据左侧选择的部门或机组不同,显示不同的内容,支持右键直接关联“振动分析”和“趋势分析”和“查看详情”。如图所示

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 3.4 实时报警

  系统支持设备报警的统一管理,报警的处理方式包括:

  (1) 上报缺陷。报警经过现场确认和初步评估为缺陷的可以选择上报缺陷, 通过缺陷的消缺流程处理报警。

  (2) 报警已处理。对于一些紧急的报警,现场已经进行了紧急处理该报警已处理,或该报警通过其他报警或缺陷的处理一并处理过的可以选择报警已处理。

  (3) 不予处理。对于一些误报的报警选择不予处理。

3.4.1.3. 基本分析

  振动分析是在线监测子系统核心模块,包括单通道分析方法如功能如:波形图,频谱图,自相关,倒频谱,功率谱,包络分析,波形频谱图等, 还包含瞬态分析方法如短时 FFT,WIGNER 分布等。其多通道分析方法提供了全矢谱分析、轴心轨迹、轴心位置图等。

  针对设备测点的振动信号,提供了专业的振动分析方法,包括:波形分析、频谱分析、故障频率分析、波形频谱分析、包络分析、自相关分析、功率谱分析、倒频谱分析、魏格纳分析、短时 FFT 分析、多频谱分析等。

波形频谱图是故障分析常用的分析方法,波形频谱图为用户提供了深度分析故障的途径,为用户识别相关故障提供了依据。如图所示

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图3.5 波形频谱图 1

  系统提供故障频率分析功能,根据测点对应轴承型号,显示内圈、外圈、滚动体、保持架的特有频率,用户可查看对应的频谱图或包络谱图,根据所选子项, 系统会自动将对应特征频率标注在图谱上。如图所示

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图3.6 波形频谱图 2  

  系统提供包络分析功能,提供测点对应的频谱图和包络谱图,根据频谱图中所选范围,下方包络谱会进行对应的分段包络。如图所示

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3.7 包络图

  系统提供自相关分析功能。如图所示

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3.8 自相关分析 

  系统提供倒频谱分析功能,是对功率谱的对数值进行傅立叶逆变换的结果。该分析方法受传感器的测点位置及传输途径的影响小,能将原来频谱图上成族的边频带谱线简化为单根谱线,以便提取、分析原频谱图上肉眼难以识别的周期性信号。如图所示

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 3.9 倒频谱图

  系统提供功率谱分析功能,表示了信号功率随着频率的变化关系。如图所示

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3.10 功率谱图

  系统提供细化谱分析功能,通过采用频率细化技术来增加频谱图中某些频段上的频率分辨率,解决频谱图频率分辨率太低问题。如图所示

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 3.11 细化谱图

  系统提供 Wigner 分析功能,可以同时从时域和频域描述信号的特征,可以精确的定位信号的时频域结构。如图所示

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3.12 Wigner 分 析

  系统提供短时 FFT 分析功能,利用离散傅里叶变换的快速算法,可以将一个信号变换到频域。有些信号在时域上是很难看出特征的,但在变换到频域之后, 就很容易看出特征。如图所示

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3.13 短时 FFT 分析

  系统提供多频谱分析功能,用来显示测点在各种时间状态下的频谱变化,用户可自由选择任意时间点进行波形的对比。如图所示

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3.14 多频谱分析

3.4.1.4.趋势分析:对于设备监测数据的变化趋势,系统提供了趋势分析功能。进入到趋势分析界面,通过勾选页面树状结构的测量位置分析趋势图谱。支持单个测点的历史趋势分析,也支持多个测点的历史趋势变化对比分析。如图所示

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 3.15 趋势分析图

3.4.1.5.基础功能

  系统基础功能是用于维护系统基础信息的功能,主要包括组织机构管理、岗位管理、用户管理、数据字典、系统参数配置、功能位置配置、自动打印报表、选择报表自动存储以及短信推送报警 系统操作日志等功能。

3.4.2.移动应用

  随着工业互联网的推行,移动办公也成为了工厂管理人员急需的需求。手持终端 APP 能够让工厂的管理人员不限时间不限空间的掌握设备运行状态,给工厂管理人员的办公带来极大的方便。

  APP 主要分为看板、工作台、个人信息三个板块。APP 主要定义为数据浏览终端,减少操作相关功能。增加移动审批页面,移除其他操作功能,具备机组监测等功能。 移动端产品可支持 Android 和 IOS 版;主要功能包括:

  提供展现监测机组报警数据,对系统的报警准确率、评价的机组可用情况以及设备开停机信息进行数据统计和展现;

3.4.3.硬件组成

3.4.3.1.传感器

频响 0-20KHZ

灵敏度 100mv/g

温度范围:-40°--270°

防爆等级 ExiaIICT4

3.4.3.2.采集器

⚫技术参数:模块化设计,8/16/24 路 IEPE 加速度通道采集,或者缓变量采集;

⚫24Bit ADC 采集,24 通道全同步采样, 且采样率高达 102.4K;

⚫支持加速度温度一体式传感器;

⚫支持电涡流位移传感器;

⚫支持蓝牙、WIFF链接巡检测试;

⚫两路转速输入,支持转速关联采集;

⚫两路 RS485 接口,可连接DCS\PLC;

⚫自带两路音频采集;

⚫EMC 等级 4 级,满足风电温度等级;

⚫工业级 SD 卡接口,可移动插拔;

⚫体积小巧,159*120*57 mm;

⚫导轨方式固定,墙壁固定,多种固定方式

⚫防爆等级 ExibIIBT4

4.测点布置

  本次监测设备,测点布置示意图如图 4.1

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                             图 4.1 传感器安装位置

序号装置名称机泵种类机泵数量测点数量无线通讯站
1XX 车间高压贫砚胺液泵23

5.主要系统组件及数量:主要系统组件及数量如下表所示:

5.1 系统配置

产品名称规格型号生产厂家单位数量备注
在线状态监测预知维修系统CZ500测振1

5.2 详细清单

在线状态监测预知维修系统

eM3000

V5.0

测振1
操作系统Windows Server 2008微软2
隔爆箱定制


服务器R730Dell1

2 颗 E5-2603V4

6 核 1.7GHz

/32G/4T*3 块

/H730/750W 双

              备注:厂级局域网到数据采集器之间的网络(含硬件)由系统使用方提供。

6.远程故障诊断服务

  由于诸多工业现场缺乏专业的故障诊断工程师,上海测振为帮助客户发挥在线状态监测系统的最大价值,提供国际认证的故障诊断培训以及定期的故障诊断服务。故障诊断服务体系与内容:

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7.工程实施

 本项目的工程实施由本公司负责,系统使用方配合完成。具体实施内容及责任如表 7.1 所示。

表 7.1 项目实施内容及责任划分

工作内容使用方法上海测振备注
提供设备详细资料和现场资料负责

系统生产、组态与调试
负责
机柜、采集器现场就位协调负责
振动传感器的安装协调负责
系统供电和接地负责

中心服务器就位协调负责
现场调试组态、调试
负责
系统现场接电联合测试
负责
为系统提供 Internet 出口负责

系统试运行
负责
系统验收负责
系统运行 72 小时

      备注:系统使用方为该系统提供局域网支持,提供 RJ45 接口以太网接口,并为系统提供网络 IP 资源的分配。