CN111912644A - 一种基于5g的水泥厂产线综合在线状态监测系统和监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于5G的水泥厂产线综合在线状态监测系统和监测方法，通过对设备油液的化学和物理性能进行监测来评估设备的运行状况，其特征在于，包括：油液监测模块，所述油液监测模块安装在产线中需要监测的设备油箱管路中，所述油液监测模块包括传感器和数据采集单元；所述传感器和数据采集单元安装在数据采集箱内；数据分析模块，数据采集单元收集传感器的检测数据并传送至所述数据分析模块，所述数据分析模块对各种检测数据进行存储和分析诊断。本发明的基于5G的水泥厂产线综合在线状态监测系统和监测方法克服了线下监测滞后、不能反应实际工况的问题，从而提高企业了对设备潜在故障的预判能力。

Description

一种基于5G的水泥厂产线综合在线状态监测系统和监测方法

技术领域

本发明涉及一种水泥厂产线监测系统和方法，尤其是一种基于5G的水泥厂产线综合在线状态监测系统和监测方法。

背景技术

目前水泥企业发展迅速，其产线有大量的关键设备。如果长期运行中，设备的很多潜在故障特征不能及时发现，就会导致设备的停机、维修，轻者造成无法完成生产任务，重者有可能造成重大的生产安全事故。

通常情况下，厂企采用人工巡检方式，或者定期对水泥厂关键设备油液的化学和物理性能进行化验和分析，来判断设备的运行状况。如微量磨损金属含量趋势能反映设备(轴承)的磨损状况；清洁度是否达标、是否吸收有溶解水、氧化是否加速直接影响抗燃油系统的做功精度以及是否会出现紧急停机。

然而，润滑油难免会受到各种因素的影响，如水的污染，机械杂质，以及其它外界污染物的进入；同时，油液本身在高温、高压、重载的运行工况下也会氧化变质。严重时会导致机组烧瓦、大轴弯曲、转子动静磨擦甚至整机损坏等恶性事故的发生。

而如上所述的外界或内部产生的水和污染物短期内聚集或突然增加，设备的早期磨损故障，通过常规检验是不可能预测的。并且检测报告具有较大的滞后性，不能反映实际的工况。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于5G的水泥厂产线综合在线状态监测系统，该检测系统克服了线下监测滞后、不能反应实际工况的问题，从而提高企业了对设备潜在故障的预判能力。

为实现上述目的，本发明一种基于5G的水泥厂产线综合在线状态监测系统，通过对设备油液的化学和物理性能进行监测来评估设备的运行状况，包括：

油液监测模块，所述油液监测模块安装在产线中需要监测的设备油箱管路中，所述油液监测模块包括传感器和数据采集单元；所述传感器和数据采集单元安装在数据采集箱内；

数据分析模块，数据采集单元收集传感器的检测数据并传送至所述数据分析模块，所述数据分析模块对各种检测数据进行存储和分析诊断。

进一步，在原始油管为金属管路的情况下采用旁路加泵在线取油方式进行油液监测；将油液监测模块接入油路循环系统，利用油泵构建带压的进油口、出油口回路，所述数据采集箱接在进油口和出油口中间，里面的各种传感器来检测油液的状态，检测信息通过5G或网线TCP/IP发送到数据分析模块。

进一步，所述在线状态监测系统包括回转窑润滑油液监测器、立磨减速机齿轮油监测器、立磨润滑站油液监测器、球磨机油液监测器和立磨液压站油液监测器，所使用的传感器包括油液水分检测传感器、油液粘度检测传感器、油液磨损分析传感器和油液污染度检测传感器。

进一步，根据不同设备的特性选择不同的传感器进行油液监测，具体为：在回转窑润滑油液监测器内安装有油液磨损分析传感器、油液粘度检测传感器、油液水分检测传感器；在立磨减速机齿轮油监测器内安装有油液磨损分析传感器、油液粘度检测传感器、油液水分检测传感器；在立磨润滑站油液监测器内安装有油液磨损分析传感器、油液粘度检测传感器、油液水分检测传感器；在球磨机油液监测器内安装有油液磨损分析传感器、油液粘度检测传感器、油液水分检测传感器；在立磨液压站油液监测器内安装有污染度检测传感器、油液粘度检测传感器、油液水分检测传感器。

进一步，所述数据分析模块安装于现场服务器上，运行专用的分析软件平台；该软件显示机组齿轮箱的磨损值、润滑油粘度和水分、磨损趋势和静态量的实时值，同时具备对轴承、齿轮箱等设备磨损和油液指标的分析功能，可以实时和离线地通过分析软件生成的数据特征值、谱图以及趋势曲线图，以列表或可视化界面方式得出机组当前的磨损状态和油液理化指标的实时动态，当检测数据超过报警阈值时发出智能诊断结果的文字报警或声光报警。

进一步，系统可以通过Internet接入，其动态数据刷新时间≤5min，可以通过5G/TCP/UDP/HTTP等多种方式实现现场信号分析功能，所述数据分析模块自动存储有关数据，形成历史数据库、变转速数据库、黑匣子数据库、特征数据库，数据库刷新周期≤1s，支持5G、RS485、Modbus、OPC和以太网通讯方式，可以与中控室DCS系统进行通讯。

另一方面，本申请提供一种基于5G的水泥厂产线综合在线状态监测方法，通过对设备油液的化学和物理性能进行监测来评估设备的运行状况，，包括以下步骤：

S1：在油箱的管路上采用旁路加泵的方式构件带压的进油口、出油口回路，将油液监测模块接入油路循环系统；

S2：通过油液监测模块中的各个传感器检测油液参数；

S3：数据采集单元收集各个传感器的检测数据，通过5G或网线TCP/IP发送到数据分析模块；

S4：数据分析模块对各种检测数据进行存储和分析诊断。

进一步，所述传感器包括油液水分检测传感器、油液粘度检测传感器、油液磨损分析传感器和油液污染度检测传感器；所述在线状态监测方法用于对回转窑润滑油液、立磨减速机齿轮油、立磨润滑站油液、球磨机油液和立磨液压站油液进行监测。

进一步，所述数据分析模块安装于现场服务器上，运行专用的分析软件平台；该软件显示机组齿轮箱的磨损值、润滑油粘度和水分、磨损趋势和静态量的实时值，同时具备对轴承、齿轮箱等设备磨损和油液指标的分析功能，可以实时和离线地通过分析软件生成的数据特征值、谱图以及趋势曲线图，以列表或可视化界面方式得出机组当前的磨损状态和油液理化指标的实时动态，当检测数据超过报警阈值时发出智能诊断结果的文字报警或声光报警。

进一步，所述数据分析模块对各种检测数据进行存储和分析诊断进一步包括以下步骤：

S10：进入现场服务器上运行的分析软件平台；

S20：选择设备编号以及选定的时间段，选择需要分析的参数类型，所述参数类型包括油液品质历史分析、油液水分历史分析、油液磨损历史分析；

S30：根据选项提取相关的检测数据，描绘历史图形以及进行趋势分析；

S40：当检测数据超过报警阈值时发出智能诊断结果的文字报警或声光报警；可借助于WEB进行远程监测诊断，定期形成设备状态的报告。

本发明的有益效果：

1、配备各种传感器，针对不同设备可以灵活优化组合。

2、数据采集器具有5G无线通讯通讯方式，远程监测控制变得非常容易。

3、该系统实现油品污染的实时在线监测,减少停机时间,保障生产力。

4、在线监测手段,减少离线采样，实现生产设备油液润滑系统的全自动监测。

5、实现早期诊断、预测，避免重大事故的发生，延迟换油周期。

6、能够为将来的设计、评估和系统分析获得历史数据及知识。

7、推行设备状态监测，实行设备视情维修，降低维修费用，合理使用设备。

8、安装简单灵活，如果有5G覆盖，就可以减少布线。

附图说明

图1为根据本发明优选实施例的水泥厂产线综合在线状态监测系统的油液监测方案拓扑图；

图2为根据本发明优选实施例的水泥厂产线综合在线状态监测系统中回转窑润滑油液监测的现场安装图；

图3为根据本发明优选实施例的水泥厂产线综合在线状态监测系统的历史数据查询和分析界面；

图4为根据本发明优选实施例的水泥厂产线综合在线状态监测系统的综合监控与报警实时显示画面。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1-4所示，本发明提供一种基于5G的水泥厂产线综合在线状态监测系统和监测方法。

水泥厂的水泥生产过程如下：

石灰石原料经皮带机输送进厂，经石灰石破碎机破碎后由皮带输送机输送至石灰石库，将石灰石、砂岩、铁粉、粉煤灰(工艺设计不同，可能原料有区别)按配比输送至原料磨，也称立磨或立式辊磨，粉磨后经斗升机输送至回转窑煅烧，熟料经篦冷机冷却，辊压机滚压，再将熟料、混合材、石膏等经输送机送至球磨机粉磨，成品入库，期间经过增湿塔降温除尘。

期间需要使用的关键设备有：破碎机、圆形堆取料机、皮带机、斗升机、立磨、主电机、风机、回转窑、磨煤机、篦冷机、增湿塔、辊压机、球磨机等等。

水泥厂的立磨、立磨主减速机、回转窑及球磨机需要进行基于油液水分、品质和磨损的综合监测，使得对设备的潜在故障能够进行预判。

图1示出了所述水泥厂产线综合在线状态监测系统的构成和油液监测系统的方案拓扑图，在重点监测设备中使用的油液等设置相应的监测传感器，包括回转窑润滑油液监测、立磨减速机齿轮油监测、立磨润滑站油液监测、球磨机油液监测、立磨液压站油液监测，在原始油管为金属管路的情况下采用旁路加泵在线取油方式进行油液监测。油液监测模块安装在回油端，油液监测模块内含油液水分检测传感器、油液粘度检测传感器、油液磨损分析传感器、油液污染度检测传感器等其他类型传感器。针对不同设备的油液检测，采用不同的传感器组合。传感器的信号最终汇集到数据采集单元。

数据采集单元和各个传感器、有线数据模块和5G无线数据模块集成到一起，组成数据采集箱，安装在主机架上，主要完成传感器的信号采集，并通过网络口或者5G传送至就地显示系统，就地显示系统也可以通过工业总线或者5G无线传输至厂区中控室。

数据分析部分架设在中控室，主要进行数据存储、分析诊断和数据显示。

本方案举例拟对水泥厂的立磨、立磨主减速机、回转窑及球磨机进行基于油液水分、品质和磨损的综合监测。

回转窑润滑系统油液监测的现场安装图如图2所示，油液监测使用润滑系统的油箱10中部的预留口做取油口1，在油箱10顶部打口做回油口2进行安装。利用DN19的金属编制油管6将油液监测模块100接入油路循环系统已有的测压管接头、滤油机口和其它有三通阀或外部连接孔接口，利用精滤自带油泵3之间存在的压差，即可构建带压的进油口、出油口回路。数据采集箱7接在进油口和出油口中间，里面的各种传感器来检测油液的状态，最后汇总的信息通过5G或者网线(TCP/IP)发送出去。不管是回转窑还是立磨、立磨减速机及球磨机的油液检测现场安装都是一致的，不再一一赘述。

其中，油液监测模块100包括依次连接在管路上的油液磨损分析传感器101、油液粘度检测传感器102和油液水分检测传感器103，数据采集箱7连接各个传感器并实时采集油液磨损分析传感器101、油液粘度检测传感器102和油液水分检测传感器103的检测数据，检测数据通过5G网络信号或者网线(TCP/IP)发送到客户端20，并在客户端进行数据分析与处理，根据分析结果确定油液状态是否符合标准，如果出现数据偏差，则分析故障原因并给出相应的处理方式。

不同设备上需要分析的数据并不完全相同，因此，可进行不同传感器的替换，例如油液磨损分析传感器101可替换为污染度检测传感器或其他传感器或传感器的组合；具体地，在回转窑润滑油液监测器内安装有油液磨损分析传感器101(也称为金属磨粒检测传感器)、油液粘度检测传感器102、油液水分检测传感器103；在立磨减速机齿轮油监测器内安装有油液磨损分析传感器、油液粘度检测传感器、油液水分检测传感器；在立磨润滑站油液监测器内安装有油液磨损分析传感器、油液粘度检测传感器、油液水分检测传感器；在球磨机油液监测器内安装有油液磨损分析传感器、油液粘度检测传感器、油液水分检测传感器；在立磨液压站油液监测器内安装有污染度检测传感器、油液粘度检测传感器、油液水分检测传感器。

其中，油液磨损分析传感器(或称为金属磨粒检测传感器)用于检测油中铁磁性颗粒以及非铁磁性颗粒的大小与数量，并能自行设计大小区间，检测原理为电磁感应原理，不受油中气泡影响，大多数机器失效期的磨粒特征尺寸,多在20um--200um之间。

油液粘度检测传感器(也称为品质检测传感器)用于检测油的介电常数和运动粘度，检测原理为音叉式谐振原理。粘度监测的警告量级是出厂油品的±10％，失效量级是出厂油品的±20％。

油液水分检测传感器用于检测油中微水含量，检测原理为薄膜电容原理。研究表明，减少润滑油的含水量，可以显著延长滚动轴承的疲劳寿命。Timken研究结果表明：含水量400ppm水分的油品比含100ppm水分的油品使轴承寿命降低48％；SKF研究结果表明：含500ppm水分的油品比含100ppm水分的油品使轴承寿命降低50％。一般情况下，油品水分含量的警告量级为大于新油的0.1％，失效量级为大于新油的0.3％。

传感器的性能参数如下：

现场服务器上运行专用的分析软件平台。该软件显示机组齿轮箱的磨损值、润滑油粘度和水分、磨损趋势和静态量的实时值，同时具备对轴承、齿轮箱等设备磨损和油液指标的分析功能。可以实时和离线地通过分析软件生成的数据特征值、谱图以及趋势曲线图等，以列表或可视化界面等方式得出机组当前的磨损状态和油液理化指标的实时动态。

系统可自动存储有关数据，形成历史数据库(分别设有时、天、周、月、年数据库)、变转速数据库、黑匣子数据库、特征数据库等，数据库刷新周期≤1s。它支持5G、RS485、Modbus、OPC和以太网通讯方式，可以与中控室DCS系统进行通讯。

系统支持设置测点报警阈值，同时可以实现智能诊断结果的文字报警。

系统可进行油液品质历史分析、油液水分历史分析、油液磨损历史分析；通过软件或计算机程序会对一段时间的润滑油粘度、密度、介电常数以及流经采集站的油液温度进行趋势分析；可以对一段时间的润滑油水含量、水活性以及流经采集站的油液温度进行趋势分析；可以对一段时间的齿轮箱不同磨粒大小的进行趋势分析。

进行分析时，需要选择各个设备对应的设备编号以及选定时间段，描绘历史图形。可以分析该设备的一段时间内的数据变化。历史数据查询和分析界面如图3所示。

油液智能在线监测参数数据可通过互联网络实现远程诊断，并建立了多参数跨平台模块化的综合大数据处理系统，公司技术专家可提供更专业化的润滑磨损实时诊断服务，如图4所示的综合监控与报警实时显示画面。

系统具有远程数据分析诊断功能，系统可以通过Internet接入，其动态数据刷新时间≤5min，可以通过5G/TCP/UDP/HTTP等多种方式实现现场信号分析功能。借助于WEB进行远程监测诊断，能够定期形成设备状态的报告，对出现异常的设备，可以组织有关专家通过视频会议进行诊断。

系统具有数据管理功能，数据记录的存储策略使用多种采样触发方式的数据采集技术：等时间触发、报警触发等方式,使得没有多余的与诊断无关的信息存储，即有诊断价值的数据多保留，无诊断价值的数据少保留。

中心服务器配有Raid5数据自动备份功能。定期通过远程登陆的方式来检查数据备份的情况，发现问题及时处理。

系统具有用户数据查询功能，系统为开放的数据库结构，有相应权限的系统用户可以任意查询机组数据，查询的方式分为：按时间查询、按趋势查询、按报警查询、按数据的不同类型查询等。

Claims (10)

1.一种基于5G的水泥厂产线综合在线状态监测系统，通过对设备油液的化学和物理性能进行监测来评估设备的运行状况，其特征在于，包括：

油液监测模块，所述油液监测模块安装在产线中需要监测的设备油箱管路中，所述油液监测模块包括传感器和数据采集单元；所述传感器和数据采集单元安装在数据采集箱内；

数据分析模块，数据采集单元收集传感器的检测数据并传送至所述数据分析模块，所述数据分析模块对各种检测数据进行存储和分析诊断。

2.根据权利要求1所述的水泥厂产线综合在线状态监测系统，其特征在于，在原始油管为金属管路的情况下采用旁路加泵在线取油方式进行油液监测；将油液监测模块接入油路循环系统，利用油泵构建带压的进油口、出油口回路，所述数据采集箱接在进油口和出油口中间，里面的各种传感器来检测油液的状态。

3.根据权利要求1或2所述的水泥厂产线综合在线状态监测系统，其特征在于，所述在线状态监测系统包括回转窑润滑油液监测器、立磨减速机齿轮油监测器、立磨润滑站油液监测器、球磨机油液监测器和立磨液压站油液监测器，所使用的传感器包括油液水分检测传感器、油液粘度检测传感器、油液磨损分析传感器和油液污染度检测传感器；数据采集单元和各个传感器、有线数据模块和5G无线数据模块集成到一起，组成数据采集箱，安装在主机架上，主要完成传感器的信号采集，并通过网络口或者5G传送至就地显示系统，就地显示系统也可以通过工业总线或者5G无线传输至厂区中控室。

4.根据权利要求3所述的水泥厂产线综合在线状态监测系统，其特征在于，根据不同设备的特性选择不同的传感器进行油液监测，具体为：在回转窑润滑油液监测器内安装有油液磨损分析传感器、油液粘度检测传感器、油液水分检测传感器；在立磨减速机齿轮油监测器内安装有油液磨损分析传感器、油液粘度检测传感器、油液水分检测传感器；在立磨润滑站油液监测器内安装有油液磨损分析传感器、油液粘度检测传感器、油液水分检测传感器；在球磨机油液监测器内安装有油液磨损分析传感器、油液粘度检测传感器、油液水分检测传感器；在立磨液压站油液监测器内安装有污染度检测传感器、油液粘度检测传感器、油液水分检测传感器。

5.根据权利要求1或2所述的水泥厂产线综合在线状态监测系统，其特征在于，所述数据分析模块安装于现场服务器上，运行专用的分析软件平台；该软件显示机组齿轮箱的磨损值、润滑油粘度和水分、磨损趋势和静态量的实时值，同时具备对轴承、齿轮箱等设备磨损和油液指标的分析功能，可以实时和离线地通过分析软件生成的数据特征值、谱图以及趋势曲线图，以列表或可视化界面方式得出机组当前的磨损状态和油液理化指标的实时动态，当检测数据超过报警阈值时发出智能诊断结果的文字报警或声光报警。

6.根据权利要求5所述的水泥厂产线综合在线状态监测系统，其特征在于，系统可以通过Internet接入，其动态数据刷新时间≤5min，可以通过5G/TCP/UDP/HTTP等多种方式实现现场信号分析功能，所述数据分析模块自动存储有关数据，形成历史数据库、变转速数据库、黑匣子数据库、特征数据库，数据库刷新周期≤1s，支持5G、RS485、Modbus、OPC和以太网通讯方式，可以与中控室DCS系统进行通讯。

7.一种基于5G的水泥厂产线综合在线状态监测方法，通过对设备油液的化学和物理性能进行监测来评估设备的运行状况，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在油箱的管路上采用旁路加泵的方式构件带压的进油口、出油口回路，将油液监测模块接入油路循环系统；

S2：通过油液监测模块中的各个传感器检测油液参数；

S3：数据采集单元收集各个传感器的检测数据，通过5G或网线TCP/IP发送到数据分析模块；

S4：数据分析模块对各种检测数据进行存储和分析诊断。

8.根据权利要求7所述的基于5G的水泥厂产线综合在线状态监测方法，其特征在于，所述传感器包括油液水分检测传感器、油液粘度检测传感器、油液磨损分析传感器和油液污染度检测传感器；所述在线状态监测方法用于对回转窑润滑油液、立磨减速机齿轮油、立磨润滑站油液、球磨机油液和立磨液压站油液进行监测。

9.根据权利要求7或8所述的基于5G的水泥厂产线综合在线状态监测方法，其特征在于，所述数据分析模块安装于现场服务器上，运行专用的分析软件平台；该软件显示机组齿轮箱的磨损值、润滑油粘度和水分、磨损趋势和静态量的实时值，同时具备对轴承、齿轮箱等设备磨损和油液指标的分析功能，可以实时和离线地通过分析软件生成的数据特征值、谱图以及趋势曲线图，以列表或可视化界面方式得出机组当前的磨损状态和油液理化指标的实时动态，当检测数据超过报警阈值时发出智能诊断结果的文字报警或声光报警。

10.根据权利要求7或8所述的基于5G的水泥厂产线综合在线状态监测方法，其特征在于，所述数据分析模块对各种检测数据进行存储和分析诊断进一步包括以下步骤：

S10：进入现场服务器上运行的分析软件平台；

S20：选择设备编号以及选定的时间段，选择需要分析的参数类型，所述参数类型包括油液品质历史分析、油液水分历史分析、油液磨损历史分析；

S30：根据选项提取相关的检测数据，描绘历史图形以及进行趋势分析；

S40：当检测数据超过报警阈值时发出智能诊断结果的文字报警或声光报警；可借助于WEB进行远程监测诊断，定期形成设备状态的报告。

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