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智能化设备管理及监测诊断平台构建研究

2020-09-08 287 上传者：管理员

摘要：煤矿企业经过几十年的发展，机械自动化程度得到了很大提高，目前，在自动化控制技术、矿山通信技术、矿山信息管理系统等方面取得了显著进展，大大降低了工人的劳动强度，提高了煤矿生产效率。但是，在设备管理、健康监测、故障诊断方面依然存在着较大不足，矿山信息孤岛、规范标准缺乏、系统封闭等问题依然普遍存在。项目基于朗坤苏畅工业互联网平台，为临沂矿业集团有限责任公司下属古城煤矿和王楼煤矿建立智能化设备管理和监测诊断平台，通过建立设备台账、技术档案、设备备件、巡点检、预防性维护、设备检修的管理体系，将财务资产、备件物资与设备资产统筹管理。通过在设备上加装必要的振动、温度、转速等传感器，实现对设备运行状态的全面感知，应用专业的信号分析技术和故障诊断技术，实现煤矿重要机电设备的24小时连续状态监测、早期故障预警与故障诊断功能。项目的实施大大减轻了煤矿运维人员的劳动强度，预防和减少了设备故障的发生，提高了煤矿生产率，为煤矿企业创造了可观的经济效益。

关键词：
故障诊断
智能化
煤矿企业
状态监测
设备管理
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1、前言

1.1研究背景

2020年3月3日，国家发展改革委、国家能源局、应急部等八部委研究制定了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，提出了加快推进煤炭行业供给侧结构性改革，推动了智能化技术与煤炭产业融合发展，提升了煤矿智能化水平。

煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、等与现代煤炭开发设备深度融合，形成了全面感知、实时互联、远程诊断、分析决策、自主学习、动态预测的智能平台，实现了煤矿供电、采掘、运输、通风、压风、提升、排水等生产系统智能化运行，对于提升煤矿安全生产水平、保障煤炭稳定供应具有重要意义。

1.2临矿集团现状

山东能源临沂矿业集团有限责任公司（以下简称临矿集团）是全国煤炭企业50强和山东省重点工业企业之一，拥有全资、控股企业21家，从业人员2.28万人，后备矿产资源储量200亿吨以上的大型企业集团。

临矿集团下属煤矿都已基本完成生产自动化改造，实现了提升、送风、压风、排水、运输8大系统的生产过程集中监视、远程控制等功能，具备了继续开展设备远程监测和故障预警的基础，但同时，也普遍存在一些问题，如重要机电设备缺乏状态感知所必需的传感器，设备台账管理混乱，点巡检和设备定期维护工作开展不规范，故障事后维修导致损失大等，这些问题制约了煤矿开展设备状态监测、故障诊断以及健康管理工作，制约了少人值守、无人值守在煤矿的实施推广。

2、项目建设内容

2.1项目内容

临矿集团基于朗坤苏畅工业互联网平台，利用大数据、云计算、工业互联网技术，建设煤矿企业大数据中心，以大数据支撑产业布局和决策，实现设备实时监视、设备预警预测、故障诊断、振动故障分析，合理引导煤矿企业的设备运营决策、产能调控和战略转型，建立了从生产技术到决策管理的智能化的煤炭工业新生态，实现了煤矿企业安全、高效、绿色、可持续发展。

朗坤苏畅工业互联网平台是朗坤智慧依托在工业领域20余年的技术探索与储备、行业知识积淀，自主研发而来。平台通过物联网、大数据、云计算、人工智能以及5G等信息技术，致力于为资产密集型企业提供涵盖设备自主可控、可靠运行、安全生产、精益管理、设备优化、远程诊断、全生命周期管理的跨行业跨领域工业互联网平台的建设与运营。服务电力行业、石化行业、建材行业、煤矿行业、设备制造行业等实现数字化转型。

2.2设备实时监视

以高效、稳定的时序数据库保障设备数据实时展示，利用设备组态+实时数据预警的方式，实现数据报警精准定位异常位置，提升现场定位故障问题的效率。

主画面提供单泵画面、报警信息管理、运行报表管理等快捷按钮，单击可快速切换至对应画面，调取设备运行状态信息，实时查看报警信息，并查看整个矿井泵的运行信息及单台泵的日常运行信息，同时，支持多参数历史趋势的分析。

图2煤机设备实时监视

2.3设备预警预测

健康状态预警画面显示矿侧机电设备及其部件的实时健康指标信息、历史健康趋势和未来一定时间段的健康走势预测走势，并在此基础上给出健康评价，并提供运行建议和指导。

图3健康状态预警画面

2.4设备故障诊断

基于煤矿企业现有自动化监控系统和转动设备外加振动传感器、采集器的基础上，充分利用现有生产监测数据、振动监测数据、巡点检数据、日常维护数据以及定期检测和维修历史记录，基于设备工况机理模型分析、振动机理模型分析、大数据模型分析，实现设备故障诊断、劣化趋势分析和异常预警预测的功能，保障矿侧供电、提升、排水、压风、通风、主运输、综采等七大系统的设备安全可靠运行，减少突发故障带来的运行危害及经济损失，提高设备可用率，减低煤矿设备运维成本，为煤矿生产创造经济价值。

图4设备故障诊断

2.5振动故障分析

振动分析提供10多种专业的振动监测分析图谱，采用Web动态页面的方式展现出来，方便集团机电处和矿侧专业技术人员对每台设备的状态进行监测，对设备故障进行分析诊断。提供的专业分析图谱包括设备总貌图、振动列表、趋势图、波形图、频谱图、三维谱图、阶比谱图、包络波形图、包络谱图、倒频谱图等。

2.6移动应用

实现矿井系统健康状态监测（含视频）、关键指标、故障诊断结论、报警预警信息分级定向推送等功能，同时，支持在移动端快速填写处理设备故障记录，上次处理过程快照。

图5移动应用系统

3、项目实施效果

平台站在设备全生命周期整体的角度，真正做到了状态感知网络化、故障诊断智能化、专业资源共享化、设备管理协同化。帮助企业实现生产安全，减人增效，提高安全效益、管理效率、经济效益和社会效益。

(1）更经济：实现井下运维少人值守、无人值守，减员增效；减少井下设备因过修、欠修导致的材料费用和检修成本不合理投入；优化设备运行工况，大幅节约设备能耗。

(2）更安全：24小时监测井下设备重要运行参数是否异常，并及时预警，防患于未然；缩短危险区域作业时间，降低人身安全风险，防止因设备非计划停运造成的重大事故。

(3）更高效：精准定位设备故障部位与原因，缩短检修工期；提高设备运行可靠性，全面保障煤矿产能；实现检修资源集中调度，提升检修资源的可利用率；基于劣化趋势的备件预测，让备件储备更加合理。

(4）更先进：数据采集：基于物联网的设备数据采集，无须人工干预，让数据连续、精准、可靠；数据智能：内置专家系统，实现煤机设备的智能诊断；知识复用：将传统煤机设备运维人才培养成IT和OT融合的复合型人才。

4、创新亮点

更丰富的设备知识库：平台覆盖了煤矿生产七大系统设备故障知识库，包含385个工况机理规则、28类大数据规则、18类振动机理模型。平台提供的不仅仅是软件应用，更是经过实践验证的专家知识。

更加精准的诊断能力：区别于传统的设备故障诊断技术，平台融合了设备故障机理模型+AI建模技术+专业诊断技术，实现煤矿行业设备故障预测模型的快速构建，从而保障了故障预警、定性、定位、危害性评估、运维指导的准确性和全面性。

更强大的煤矿数据管理能力：平台能够实现井上+井下数据毫秒级采集；300多种主流工业接口协议，即插即用式设备接入，实现数据向平台的统一汇集。平台具备毫秒级数据存储，配套专业工业场景时序数据库TrendDB，拥有PB级工业设备数据存储应用实践，支持分布式、毫秒级精度、百万级并发处理能力，50:1高保真压缩比，保障数据高质量存储。

更领先的煤机设备建模平台：平台打造“煤矿行业—煤矿工厂—生产线—设备—部件”的数字化建模平台，基于强大的内置规则引擎内核，实现函数解析及规则的可视化交互建模，帮助机电专家通过拖拉拽的形式，轻松实现专业知识封装、固化。

5、展望

目前，项目已经完成古城、王楼煤矿设备实时监视、设备预警预测、故障诊断、振动故障分析等模块的建设，指导煤矿有效开展设备管理、设备异常预警、故障诊断及设备检修等工作，为煤矿企业提高设备可靠性、开展设备状态检修及降本增效发挥了重要作用。

项目将对进一步开展煤矿设备智能故障预警预测和故障诊断相关建设，通过大数据技术，积累设备运行历史样本，开展基于机器学习的设备故障诊断，同时，将故障诊断结论与设备维修决策相关联，由诊断结论直接生成维修决策建议和设备备品备件采购建议，实现设备监测、诊断、维修管理的闭环管理。

崔希国,王统海,陈亚华,乔鹏飞,张亮.山东能源临沂矿业集团有限责任公司打造智能化设备管理及监测诊断平台[J].中国设备工程,2020(17):150-152.