工业设备在线监测故障预警解决方案2022
工业设备健康管理平台由机械类故障诊断和电动机故障诊断两个子系统组成，两个子系统既可独立运行也可以融合监测，其架构图如下：
本系统分为三层：传感层、采集层和分析处理层。
传感层：现场传感器，采集设备的状态信息。（如：冲击脉冲、振动、位移） 采集层：数据采集箱，将传感器采集的数据进行收集并做初步的滤波与算法处
理，信号提纯存储后将数据发送至软件平台。
分析处理层：上位系统，对数据进行处理分析，专家库比对，故障评估和故障预警等工作，并将最终结果向用户进行展示及推送。
系统拓扑图
4.1.1 冲击脉冲技术
振动监测是传统的设备状态监测手段，但由于振动监测技术必须要到设备故障明显化，也就是运动部件沿着损坏的轮廓运动时，故障征兆才能被检测的到。这是由振动传感器的物理特性所决定的。它除了不能对故障的严重程度、润滑状态做出判断之外，还经常会误诊、漏诊。因此，除振动监测技术外，我们还选用更适合早期故障检测的冲击脉冲技术。冲击脉冲技术具有的技术优势如下：
（1） 诊断准确性更高
冲击脉冲技术在 32KHz 频率范围区间内提取需要的信号，不受现场复杂的低频噪声影响，能够将有价值的信号从复杂的背景噪音中区分出来，从而得到清晰准确的设备状态。即使设备出现细微裂纹，也能及时发现。
（2） 突破转速极限
冲击脉冲技术能测量 1-20000（转/分钟）转速范围的设备状态；对普通振动无法检测的低转速设备效果依然显著。
（3） 早期预警
冲击脉冲技术捕捉材料失效过程中产生的高频率、低能量的应力波，即使在材料失效的第一阶段，也可以通过内部谐振将其放大，在故障开始的第一阶段发出预警，预警时间可达 3-8 个月。
（4） 润滑管理
冲击脉冲技术可以准确评估油膜状况 ，从而对设备润滑情况进行评估，得到 A、B、C、D 四种状态代码：
CODE A 良好的轴承CODE B 润滑不良
CODE C 干摩擦，有损坏的危险CODE D 伤 害
4.1.2 高清振动加速度包络技术
振动监测是设备状态监测基础的组成部分，可通过振动量值的大小和频谱信号分析引起振动的原因，如：不平衡、不对中、松动和共振等基础故障；但现场工况错综复杂，存在强烈的噪声干扰（如环境噪声、设备噪声等，属于低频率高能量的信号），如何在这些强干扰的噪声中提取有用的故障信号，我们采用高清振动加速度包络解调技术，可比传统振动技术更精准的定位设备基础故障。
高清振动技术由模数转换、数字包络、包络滤波器、整流、高清阶次追踪、低通滤波器、取样、征兆增强、随机冲击抑制、高清实峰等模块组成。
使用高清振动技术可以有效的增加齿轮和轴承故障的预警时间。早期故障检测的重点是从传感器采集的信号中寻找高频成分，传感器的可用频率范围至少为 10kHz。高清振动技术是一种基于趋势的方法，更关注的是变化量而不是绝对值。
本在线监测系统通过有线传感器与数据采集单元的配合，在无人干预的情况下，实现传感器网络的自组织。通过对冲击脉冲、振动信号进行采集，结合被测设备的工艺参数，进行数字信号处理，得到反映设备特征的状态参数，当
出现参数异常时，系统可自动进行提醒，同时触发报警状态下的诊断分析功能， 服务器完成数据的存储、展示以及网络的相关配置工作。用户可通过 WEB 浏览
器远程查看设备运行状况，既可做趋势分析，考察设备长期状况的变化，也可
做频谱分析，具体分析故障的原因。设备技术管理人员、相关领导都可以通过
相应的权限管理查看设备状态。云平台、客户端、局域网共享等多种部署方式， 满足不同应用场景需求。
4.2.1 系统看板
本在线监测系统提供丰富的图表展现功能，用户可一目了然的了解工厂、车间、设备及测点的运行状态。主界面展示机组的实时开停机状态、报警统计图表、采集单元及传感器状态信息展示和机组实时评价结果展示等内容。
用户可根据想要了解的内容进入分厂、车间、设备或单个测点对应的界面查看。从整体统计到局部统计再到单独设备的详细情况，都可快速得到想要的结果。
4.2.2 基础分析功能
分析模块是在线监测系统的核心模块，它具有全面的有针对性的分析诊断功能，包括：趋势图、频谱图、时域分析、频域分析、轴心轨迹合成与分解、伯德图、极坐标图、Nyquist 图、瞬态分析、包络分析、基于部件故障的综合状态评价、轴承与齿轮故障评价方法、瀑布图等，能显示多个时间，多个变量的趋势。
6.1.1 造粒挤出机
6.1.2 抽油机
6.1.3 压缩机
6.1.4 注水泵
主要应用有电动机、风机、泵类、减速机、传送带、原料处理机、卸船机、 堆取料机、给矿机、滚筒干燥机、辊磨机、环冷机、混料机、连铸机，起重机， 轧机，退火机械等。
6.2.1 高炉布料齿轮箱
6.3.1 立磨
6.3.2 辊压机
6.3.3 回转窑
主要应用：主轴、齿轮箱、发电机等。
主要应用：传送带、削片机、切屑分级机、鼓风机、螺旋输送机、精制机、压 力筛、搅拌器、毛毡辊、撒布辊、吸水辊、扬克缸、干燥机、真空泵、修整机、 以及各种泵类、风机、齿轮箱等。
6.7.1 
网部
6.8.1 提升机
6.8.2 主风机
6.8.3 刮板机
主要的应用有：卸煤机、输送带、斗轮机、磨煤机、空预器、涡轮机、水泵、风机、减速机、电动机等。
6.9.1 磨煤机
6.9.2 输送机
船舶、港口、烟草、机加工、重型机械、制药、食品加工等，囊括所有制造业。
8.1 开滦集团XX 矿主通风机
因设备管理需要，用户单位选用中嵌科技机械故障在线监测产品，2020 年
9 月份进行安装实施，系统正式上线运行后，每月定期出具诊断报告。
2021 年 1 月份，冲击脉冲趋势开始上升，故障征兆拟合后得到结论，出现早期轴承外环损伤，但设备仍可继续使用三个月以上。
2021 年 1 月 13 日正逢设备计划停机，检修班组对轴承进行拆解，得到故障验证。此案例充分展示了冲击脉冲的早期预警功能，用户单位随时了解设备运转状态，避免因故障停机产生的安全隐患。保障了井下 800 名工作人员的正常生产。
2021 年 3 月份冲击脉冲趋势升高，通过圆坐标分析技术，输出轴齿轮出现
早期损伤，进入红色预警阶段后，管理人员随时监测设备故障恶化情况，于 34
天后产线计划检修其间，对齿轮进行更换。
设备拆解后，发现齿轮产生打齿故障，与圆坐标分析的故障结论完全吻合。此案例展现了对于齿轮箱类存在复杂啮合信号的设备，冲击脉冲技术、高清振
动技术和圆坐标分析方法的准确性。
8.2 国家管网XX 液化天然气低压泵
此用户于 2021 年 8 月选用 E-Guard 系列电动机故障监测系统，对
17 台泵组进行电动机监测。
2022 年 1 月中旬其中一台低压泵电动机产生可疑谐波，系统报警。用户一
键生成诊断报告，此时为早期预警阶段，年底为保生产，决定 3 月上旬春节过后再停机检修。
春节过后，生产保障任务完成，用户对设备进行检修，设备拆解后发现电机定子绝缘出现问题，导致输出端轴承长期被电弧灼伤。此案例证明电动机电气故障在线监测系统的可靠性与故障识别的准确性，得到了用户单位的认可。
1） 避免突发性故障停机给企业带来的经济损失和安全隐患；
2） 通过在线方式采集设备运行数据，判断当前设备状态，精准定位故障部位， 预估受损部件剩余寿命，将维护维修决策由定期维修和临时抢修转变成基于设备状态的预测性维修，可有效降低非计划停机次数，保障连续生产；
3） 避免“过剩维修”，防止因不必要的拆卸使设备精度降低，延长设备寿命；
4） 明确指出故障类型与故障点，指导维修工作，降低维修成本，延长设备使用寿命；
5） 减少维修时间，提高生产效率和经济效益；
6） 超长预警时间，给配件采购留出足够的周期，减少备品备件库存，增加库存周转率；
7） 减少设备次生灾害的发生。
1） 生产安全受控：应用设备智能监测系统，通过对设备状态的判断和预测，最大限度的降低安全事故风险。
2） 促进企业向智能化、数字化转型：设备故障智能预警系统提供大数据、智
能算法和人工智能等先进的技术，为企业实现设备智能化、生产管理智能化、经营管理的智能化提供平台及技术支撑，加快企业向智能化、数字化、自动 化的转型升级。
3） 可靠的生产保障，提升企业竞争力。
