宝钢集团设备运行状态智能监测系统
项目单位：宝钢精密钢丝有限公司项目部
编制单位：上海测振自动化仪器有限公司
2015-3
目 录
1 项目概况
宝钢金属有限公司是宝钢集团公司全资子公司之一，2013年一期项目完成，达到预期的车用钢帘线产品及光伏产业用切割钢丝产品。
按照当年设计规划的总体方案，一期规划年产能5万吨，其中切割钢丝1万吨，钢帘线4万吨。在规划设计中考虑二期产能达到10万吨，远期规模15万吨以上的发展空间。
在一期工程当中，为了适应生产的需要，工艺设备配备了7套预处理+大拉机组、1套中间热处理、24套中拉机组、4套表面再加热处理机组、808套湿拉机组、490套捻股机组、10套倒丝机组。分别安装在大拉预处理跨、中间热处理跨、中拉跨、表面再加热处理跨、水箱拉丝机跨、钢帘线捻股跨。设备占有车间面超过5万m2。
2 生产设备管理现状及改造的必要性
2.1国内外相关技术发展趋势
在2013年4月的汉诺威工业博览会上，德国政府提出“工业4.0”战略，其目的是为了提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。 该战略已经得到德国科研机构和产业界的广泛认同。“工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命，旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统与信息物理系统相结合的手段，将制造业向智能化转型。
中国制造业在之前的20年当中得到了突飞猛进的发展，随着经济机构的调整，中国的劳动力成本逐年在提高。有资料预测，中国制造业成本优势到2020年将不复存在。工业4.0的技术能够帮助中国应对生产力挑战。未来的制造工业不仅仅是要制造过程智能化，设备系统管理也必将走向智能化。
随着现代高新科技向各个行业的导入,特别是机电一体化、信息化技术在传统生产领域的广泛应用,企业经营规模逐渐扩大。所以，进一步强化管理的需求变得日益突出和迫切,企业管理信息化成为了一种发展趋势。企业管理信息化的一个重要组成就是设备管理信息化，而设备管理信息化的基础，就是对设备的智能化监测。通过对现场设备在线监测获取基础数据,为企业信息化管理提供底层技术支撑平台,通过提炼、挖掘,协助管理者及时修正、完善、优化管理的制度、方法和手段,使管理更及时、更有效,从而提高生产率,增强企业的竞争能力。
设备运行状态智能监测是设备诊断技术的具体体现。20世纪随着军事、航天技术的发展，可靠性理论推动了设备诊断技术的迅速发展。20世纪70年代，随着微电子技术、传感器技术和计算机技术的不断进步，设备诊断技术不断地向着各领域推广。同时，开始向智能化转变。
就钢铁行业而言，在现代化的钢铁企业，带钢、棒材和线材的热轧工艺过程和设备的在线监测技术已经逐步被推广，为重要的传动齿轮、轴承等零件的早起失效诊断、避免重大事故发生、提高成材率和产品质量提供了有力的技术保障。为解放点检劳动力、减少人力资源成本创造了有力的条件。
在国内线材制品领域，智能化制造体系建设工作还没有起步。
2.2设备管理现状和改造的必要性
在国内线材制品领域，智能化制造体系建设工作还没有起步。宝钢金属要在线材制品领域独占鳌头，在智能化制造体系建设势在必行。
在智能化制造体系建设包括了多个方面，其中，设备在线监测智能化是一个重要的信息基础。从设备管理现状来看：
（1）一期工程的工艺设备配备了1344台套，设备占有车间面超过5万m2，设备数量多，分布面积大，点检工作强度大，点检质量肯定受到影响。
（2）车间设备多，噪音大，单凭点检耳朵的经验根本不能判断设备机械故障所在，更谈不上对设备关键零件失效的预判断。这个结果不仅仅影响的生产计划性，更重要的直接影响着生产质量的一贯制。
（3）同规格设备多，如果掌握了主要零件的失效规律，就可以控制连带失效零件数量，对提高设备管理质量、降低备件成本至关重要。
解决以上困难，实现以上期望的方法在哪里呢？这就是我们本项目所建议的“设备运行状态智能监测系统”，通俗点讲，就是集中监测的设备“心电图”系统，项目成立的必要性显而易见。
3项目主要内容
3.1 改造内容
3.1.1 改造工程建设原则
根据企业生产经营现状，我们确定分期“设备运行状态智能监测系统”工程建设的原则如下：
（1）节约投资，从小规模试点到大规模推广；
（2）不影响或少影响生产计划；
（3）减少对车间原有设施的变动；
（4）设备采购立足国产化，减少后续系统运行成本；
（5）采用分阶段实施模式，实现设备运行状态监测系统全厂智能化。
3.1.2 实施范围
从设备的可行性可必要性来分析。“设备运行状态智能监测系统”的实施范围如表1：
3.1.3技术方案
针对以上设备监测范围和车间设备布置特点，本项目所建议的“设备运行状态智能监测系统”主要由设备振动监测装置、监测数据收集传输系统和数据处理设备三部分组成。
该方案的主要特点就是无需在车间敷设大量线缆，安装方便，智能网络安全可靠。
（1）振动监测装置
监测装置是系统工作最重要的环节，随着技术发展的不断完善，用于捕捉机械设备状态的传感器大致分为几类：温度传感器、压力传感器、噪音传感器、应力应变传感器、振动传感器。在传感器的实际选择中应根据设备零件的明显失效形式来选择。
对于我们的拉丝、捻股设备而言，环境噪音大，而且设备零件常见的失效形式主要是轴承失去精度直至损坏。所以，温度传感器、应力应变传感器和振动传感器应该是可行的选项。
经过排除式的分析，自然就形成了本建议书中的最佳方案，就是采用振动传感器。
振动传感器的形式也有好几种，我们所采用的是CZ9300压电振动变送器。该种传感器，拾取“惰性”也小，很灵敏。一体式封装，配置带铠甲的导线，适合于有油和水的工作环境。如图片：
主要技术参数如下：
输出电流：DC.4-20mA
测量范围：0-20mm/s
相应频率：5-1000HZ
适合的环境温度：-10-+70℃
供电电压：DC.24V
壳体材料：不锈钢
设备监测传感器数量见表2：
(2) 监测数据收集传输系统
监测数据收集传输系统采用ZigBee无线串口通讯系统，通过过该系统将前端振动传感器敏感被测设备的振动幅值传至无线发射设备，以无线通讯方式将振动幅值量以数字量形式传输至后端对外输出设备。收集数据后送入后部数据处理系统。
该系统具有如下特点和主要技术参数：
具有中继路由和终端设备功能，无线传输能力强大
最大视距传输距离达到：2000m，发射功率：25bdm
4G DSSS直序扩频技术按扰能力强
最高波特率：＞38400bps
可以实现目标地址发送
网络能力强大，可以设置：65535个网络ID
适合工业级环境，适合环境温度：-10-+85℃
工作湿度：10-90%不结露
输入电压：DC5-24V
串口形式：TCP/IP
(2) 数据处理设备
a.主要设备选择
后部数据处理设备采用19”高亮度LED显示屏的无风扇低功耗工业平板电脑，采用 Intel® 低功耗处理器，主板采用大量优质固态电容、密封式电感、低温 MOS 管等高规格器件，适应工业现场等较为恶劣的环境。前面板达 IP65 防护等级。
环境要求：工作温度：-10℃～70℃
湿热工作: 20～80%RH
工控机界面直接显示每台设备运行状态的基本参数（振动（mm/s））。
B．软件功能
工控机中软件采用Labview软件进行编辑，具有人机交互界面，界面中具有如下功能：
可同时显示每个振动传感器的数据、图像；
可选择单个传感器的数据图像并予以放大显示；
可在屏幕中显示振动状态“正常”， 当某运行值超过设定报警或危险值时，对应显示变为黄色或红色提示
可对数据历史记录进行自动存储，并改变存储路径，可以手动操作读取数据和保存数据
可选择软件“开始”、“停止”等状态
每路传感器连接是否正常提示
具有后期扩展条件
4项目实施计划
5.1总体规划
考虑投资、受益及技术风险问题，建议在不影响生产的情况下进行分步展开工程建设。初步划分四个阶段：
（1）试 验 阶 段：2015年5月前完成试点设备监测建设；
（2）实施第一阶段：2015年8月前总结试点经验，完成第一批设备监测系统建设；
（3）实施第二阶段：2015年10月前完成第二批设备监测系统建设；
（4）实施第三阶段：2015年12月前完成其余的全部设备监测系统建设，形成设备管理智能化基础系统之一。
