2YB/TXXXXX—XXXX本文件規定了鋼鐵行業設備狀態監測與故障預警系統的系統架構、數據采集、數據存儲和系統功能組成等技術要求。本文件適用于鋼鐵行業工藝設備、主要輔助設備的狀態監測與故障預警系統的建設和改造。2規范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T6075.1機械振動在非旋轉部件上測量評價機器的振動第1部分：總則GB/T19873.1機器狀態監測與診斷振動狀態監測第1部分：總則GB/T19873.2機器狀態監測與診斷振動狀態監測第2部分：振動數據處理、分析與描述ISO/IECTR30166物聯網-工業物聯網3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1故障fault由于設備出現異常現象或性能退化導致無法有效完成預定功能的設備狀態。3.2狀態監測conditionmonitoring對設備運行中的物理狀態數據（如振動、溫度、壓力、轉速等）和物料尺寸、生產計劃、控制模型參數等影響設備功能精度及壽命的工藝過程數據進行實時采集和分析，結合狀態評價方法，對設備的實時工作狀態進行的監查測量過程。3.3故障診斷faultdiagnosis通過設備的核心狀態數據（5.2.1）和相關重要數據（5.2.2），利用一系列分析方法，結合當前設備的異常現象，對設備故障的位置、類型、原因、程度等的確定過程。3.4故障預警faultpredicting根據設備的當前狀態和歷史變化過程，對一定時間范圍內設備的故障情況及狀態劣化趨勢進行預測和報警提示的過程。4系統架構4.1系統架構組成4.1.1圖1給出了鋼鐵行業設備狀態監測與故障預警系統架構圖。整個系統分為設備層、平臺層和應用3YB/TXXXXX—XXXX層。設備層涵蓋鋼鐵冶金領域全工序關鍵設備，通過與原有系統交互及新增數據感知設備的方式采集設備狀態相關的數據，并上傳至平臺層，在平臺層對數據進行清洗降噪、特征提取和時空匹配，并分別存入各類設備主題數據庫，同時平臺層提供信號分析方法庫、故障診斷規則庫、設備故障診斷模型、設備壽命預測模型等多種分析工具及模型，以實現對數據的分析處理，形成相關結論，為構建狀態監測和故障預警應用提供基礎。應用層基于設備層和平臺層的支撐，形成具備在線監測、數據分析、智能報警、故障診斷等多種功能的設備狀態監測與故障預警應用。4.1.2用于建立設備狀態主題數據庫的設備狀態數據應進行清洗、轉換、時空匹配、預處理等操作。4.1.3宜開發基于大數據分析的故障特征提取、設備故障診斷、設備壽命預測等多種模型，提供時域分析、頻域分析、精密分析、趨勢分析、過程監測、狀態報警、故障診斷和規則推理等各類分析工具，支撐應用層對設備狀態數據進行統計、分析、綜合、歸納和診斷，為設備管理系統中功能精度管理、維修維護管理、備件采購管理等提供有效的決策支持。4.1.4網絡架構應符合ISO/IECTR30166的要求，應具有遠程訪問接口，授權用戶可根據相應權限通過企業內部網遠程登錄和訪問本系統的功能。用戶訪問形式支持移動終端、PC機、工程師站等多種訪問方式。圖1鋼鐵行業設備狀態監測與故障預警系統架構圖4.2基本要求4.2.1設備對象鋼鐵行業設備狀態監測與故障預警系統中的設備對象覆蓋鋼鐵冶金生產行業涉及的各類冶煉設備、鑄造設備、軋制設備和精整設備等工藝設備和主要輔助設備。其中冶煉設備主要包括高爐、轉爐、電弧爐，以及原料存儲和轉運設備，燒結、球團或焦爐設備，鐵液預處理和鋼液爐外精煉設備等；鑄造設備主要包括板坯、方（矩）坯、圓（管）坯、異型坯連鑄成套設備等；軋制設備主要包括板材、管材、型4YB/TXXXXX—XXXX材和線材各類熱軋機、冷軋機成套設備等；精整設備主要包括各種軋材的后步處理和深加工成套設備，如縱、橫剪切線成套設備、連續酸洗機組、連續退火機組、熱鍍機組、電鍍機組、有機涂層等涂鍍層和復合材料生產成套設備，以及拉絲制繩設備等。4.2.2設備狀態感知傳感器類型可包括振動傳感器、位移傳感器、位置傳感器、溫度傳感器、轉速傳感器、扭矩傳感器、電流傳感器、絕緣傳感器、流量傳感器、壓力傳感器、液位傳感器、聲音傳感器、圖像傳感器等。傳感器可檢測的物理參數和測量精度應能準確反映鋼鐵行業設備的工作狀況及其控制系統的效果。4.2.3數據通訊設備狀態監測與故障預警系統與外部系統的通訊應能支持多種主流協議的接入，可識別多種數據交換格式，實現所有相關系統和設備數據的采集，實現向工單系統、設備管理系統等系統的數據交互。4.2.4數據分析流程鋼鐵行業設備狀態監測與故障預警系統數據分析應按以下流程：a)設置合理的數據采集參數和通訊接口，完成設備狀態數據與工藝過程數據、內外在質量數據的數據獲取；b)對數據進行清洗、轉換、特征提取、時空匹配，并存入數據庫；c)應對單一特征值進行分析，對特征值變化趨勢進行分析，對同類設備的狀態監測數值進行比對分析，對設備不同工況下數據進行比對分析，進行設備狀態預警；d)應開發專用模型對設備的狀態進行分析、仿真、診斷等；e)應結合設備狀態數據與工藝過程數據、內外在質量數據，分析設備狀態對產品質量的影響；f)應結合故障與維修履歷，根據設備當前狀態給出維修建議。4.2.5系統安全性設備狀態監測與故障預警系統的設計應考慮數據訪問的安全性，并保障在與外部系統的通訊時，不對外部原有系統造成不良影響。5數據采集技術要求5.1基本要求5.1.1數據采集系統基礎架構及功能宜參照GB/T38619的要求設計，且針對鋼鐵行業特點，通過數據采集軟件或平臺，獲取鋼鐵生產過程的設備狀態數據、生產工藝數據、產品質量等數據信息。宜在現有生產過程控制系統及相關系統基礎上，根據需要完善相關的檢測儀表及系統功能。5.1.2各數據采集系統之間應時間同步。5.2數據采集范圍5.2.1設備狀態監測核心數據在確定設備狀態數據采集范圍時，應根據設備類別，選擇能有效表征設備工作特點的物理量，包括但不限于以下類型：a)風機類、水泵類、齒輪箱類：轉速、載荷，各軸承座振動、溫度等；b)載荷軸類：軸承溫度，傳動扭矩等；c)電氣類：電機轉速、電流，各軸承座振動、溫度，定子溫度，電機絕緣狀態，軸端位移等；變壓器振動、溫度、局部放電狀態等；高壓電氣柜母排溫度、觸頭溫度等；電纜溫度、絕緣狀態等；d)剪切類：剪刃平行度、剪切軌跡，軸承座振動、溫度等；e)液壓類：各管路壓力，油箱液位，泵體、閥體、液壓缸、蓄能器等部件的工作狀態；5YB/TXXXXX—XXXXf)高溫反應及儲運容器類：容器壁殼溫度、熱流，容器壓力，冷卻系統壓力及流量等；g)支撐、基座類：振動、溫度、應力與應變等。設備編碼等設備相關的基礎信息數據。如企業中已有數字化交付系統，可通過與已有數字化交付系統交互的5.2.2設備狀態監測相關重要數據為更好地實現設備狀態數據的統計分析診斷，宜采集以下數據：a)與設備狀態分析相關的生產工藝、物料與產品質量數據，包括但不限于：生產計劃信息、訂單信息、物料信息（牌號、規格、重量、化學成分等）、物料跟蹤數據（物料ID及其在各設備/工序的開始和結束時刻等）、各工序的關鍵工藝過程參數（溫度、壓力、速度、載荷等）、產品質量數據（內部質量、表面質量、尺寸偏差等）；b)設備運維管理相關數據，包括但不限于：設備故障履歷、設備維修履歷，設備點檢記錄、設備點檢數據，備件數量、機旁庫信息、備件領用狀態，設備維修技術標準、點檢標準、給油脂標準和維修作業標準等數據。5.3傳感器類型選擇與采集參數設置5.3.1傳感器類型選擇總體要求傳感器類型及其防護等級、外形尺寸、測量范圍及靈敏度等傳感器參數的選擇，應充分考慮以下因a)現場環境溫度、濕度、粉塵、噪聲、強振、電磁干擾等因素；b)設備運動軌跡、安裝操作空間、是否影響設備維修操作、供電方式等因素；c)被測狀態量變化范圍、靈敏度、精度、重復度，測量方式（接觸式、非接觸式）等因素。5.3.2采集參數設置總體要求傳感器采集參數設置應充分考慮設備工況變化程度、被測物理量變化快慢等特點，合理設置采樣頻率、采樣時間、采樣間隔、觸發采集方式等傳感器采集參數。5.3.3傳感器安裝總體要求傳感器安裝位置及方式應充分考慮以下情況：a)應確保傳感器在長期工作中能準確、穩定、可靠地獲取相應的測量結果；b)應保障傳感器數據可穩定、有效地進行通訊與傳輸；c)充分考慮設備運行中的局部高溫、強振和形位變換等因素，避免出現傳感器損壞；d)應避免與設備維護等作業的干涉；e)應便于拆卸更換和后續維護。5.3.4數據傳輸方式總體要求傳感器的數據傳輸，應從供電持續性、相對性運動、數據精度等方面充分考慮設備狀態監測的需求，合理選擇有線或無線傳輸策略及供電方式。5.3.5需要特殊考慮的情況傳感器類型選擇與采集參數設置，還應結合具體情況進行考慮，包括但不限于以下類型：a)振動類傳感器：應滿足GB/T19873.1和GB/T6075.1相關要求。應充分考慮設備轉速變化與載荷變化的特點、故障頻率范圍、設備共振頻率范圍等因素，合理選擇傳感器的類型、頻率響應范圍等傳感器參數以及采樣時間、采樣頻率、頻率分辨率、采樣間隔和觸發方式等采樣參數。對于低速重載設備，加速度傳感器應具有較好的低頻響應特性，振動監測的最高分析頻率宜設為40KHz以上，頻率分辨率應滿足分析要求；對于變速變載設備，應根據設備轉速及載荷變6YB/TXXXXX—XXXX化的速率和范圍，選擇合適的采樣頻率進行30s以上的連續采集，并宜同步采集設備的轉速變化數據；b)扭矩傳感器：應充分考慮工作扭矩范圍和安全系數。應根據扭矩載荷的特點、現場安裝維護的條件選擇合適的安裝位置。扭矩傳感器宜采用無線數據傳輸方式，選擇通訊協議時應考慮主軸旋轉帶來的傳感器位置變化以及引起的信號干擾；c)轉速傳感器：應充分考慮設備轉速范圍、測量精度要求、傳感器安裝距離、現場油泥/鐵屑等環境因素對傳感器精度影響等；d)聲音傳感器：應充分考慮異響及噪聲的頻率范圍，宜選擇的頻響范圍為20Hz~20KHz；e)電氣絕緣傳感器：應考慮被測系統的中性點接地情況。5.4數據處理各類設備狀態采集系統獲取的多源異構數據，宜通過工業物聯網平臺傳輸到數據庫。宜對數據進行處理操作，包括數據清洗、數據轉換、時空匹配等。其中，對振動數據的處理應符合GB/T19873.2的規定。5.5數據通訊接口5.5.1數據通訊中以太網現場總線的各層協議規范宜滿足GB/T31230系列的相關標準要求，無線網絡數據通訊宜參照GB/T26790系列的相關標準要求，數據通訊網絡架構宜參照GB/T38619標準要求。5.5.2傳感器到對應采集設備間的無線通訊方式可采用無線局域網、遠距離無線電、藍牙、射頻通訊、窄帶物聯網等。5.5.3采集設備宜通過以太網完成數據通訊，對于溫度、濕度等緩變型數據宜采用主流串行通信協議、消息隊列遙測傳輸協議等方式進行上傳。對于振動、位移、扭矩等快變型數據的通訊協議可采用自定義的協議格式，且協議宜采用無狀態風格設計。5.5.4數據通訊接口應包含數據標識、測點ID、時間戳、校驗碼等內容。在此基礎上，對不同類別數據的通訊接口要求包括但不限于以下數據類型：a)快變型數據：如振動、扭矩、位移等相對快速變化的數據，宜包含采樣頻率、采樣時長、數據長度、數據包編號、波形數據等；b)緩變型數據：如振動特征值、溫度、壓力、流量、液位等相對緩慢變化的數據，宜包含數量值總數、數據值名稱/編號、數據值等；c)報警類數據：應包含設備編碼、監測點編號、監測量數值、報警時間、報警級別、報警現象描述等，宜包含診斷結論，處理建議等內容。6數據存儲要求6.1總體要求應根據數據的特征，選擇數據倉庫、數據湖、湖倉一體數據平臺等形式存儲設備狀態監測與故障預警相關數據。對于不同的數據應有不同的存儲策略，應具有批處理、流處理等數據加工處理能力，應具有較高的可配置性、較高的數據安全性。6.2存儲策略對于不同的特征數據宜設置不同的存儲策略。對振動、位移、扭矩等快變型數據宜采用索引加波形文件的形式存儲，對溫度、濕度、電流等緩變型數據宜在數據庫表中直接存儲，對中長期的數據宜進行壓縮存儲，節省存儲空間，提高數據訪問性能。7YB/TXXXXX—XXXX7平臺層功能組成平臺層應集成以下設備狀態監測與故障預警的通用模型和工具：a)信號分析方法庫：宜包括對各類狀態數據的降噪處理、相關分析、時域分析、頻域分析、統計分析、趨勢分析等方法工具；b)故障診斷規則庫：宜包括齒輪故障規則庫、軸承故障規則庫、軸類故障規則庫、電機故障規則庫、液壓故障規則庫等；c)設備故障診斷模型：宜包含各類設備常見故障的診斷模型，可根據特定設備的狀態數據進行分析處理，給出故障診斷結論，為科學評價設備狀態提供決策支持；d)設備壽命預測模型：可通過積累全生命周期的設備狀態數據，結合設備運維管理相關數據、設備狀態數據的變化趨勢和故障診斷結論，預測設備剩余壽命，為設備的科學運維提供決策支持；e)設備狀態與工藝質量聯動分析模型：可結合生產工藝、物料與產品質量數據，對設備工作狀態數進行綜合分析，為設備功能精度和服役狀態提供綜合診斷與評價手段。8應用層功能組成應用層宜包括以下功能：a)多層次監測：以曲線、表格、柱狀圖等豐富的表現形式，結合生產線或設備的結構示意圖，提供全線監測、機組監測、測點監測、特征值監測的逐級監測界面；b)歷史查詢：能根據指定監測測點、時間范圍等條件查詢設備狀態的歷史數據，支持主流格式的數據導出、數據備份和數據管理等功能；c)數據分析：能集成調用平臺層的各類信號分析方法，并展示分析結果，包括多變量數據趨勢分析、同比分析、環比分析和統計分析等功能；d)智能報警：根據設備狀態監測數據，結合設備自身特點、生產工藝、物料與產品質量數據等，構建智能報警指標體系，采用閾值報警、規則報警、趨勢報警等多種報警策略，用短信、微信、郵件、畫面、聲光等各種方式對設備工作狀態進行分級報警提示；e)故障診斷決策支持：結合設備狀態數據、生產工藝、物料與產品質量數據等，基于平臺層