设备状态实时监控体系的构建及应用

作者:北京现代汽车有限公司沧州分公司 刘胜 慕温周 韩彬彬 朴泳君(韩) 罗艳路 胡浩 文章来源:AI《汽车制造业》 点击数:6 发布时间:2018-10-28
随着工业4.0进程的推进,设备自动化、智能化程度越来越高,通过构建设备状态实时监控体系可以及时、全面并准确地获取现场数据,然后经过智能终端和平台软件的分析,提前预知设备隐患并做出对策,从而降低前期人工点检投入、减少设备维修成本,实现智能化、预防性保全的目的。
设备状态实时监控体系的构建及应用

设备实时监控体系是一套智能型、信息化的设备管理工具,通过对现场设备运行状态的实时监控,在管理者与现场保全人员之间构建起实时的信息通道。通过收集和分析现场设备运行信息,事先预防设备故障、提高生产运转率并降低维修保全费用。该体系包含以下几个子系统:机器人实时监控系统(RMS)、驱动部振动实时检测系统、电流监控系统、PLC(可编程逻辑控制器)程序自动备份系统以及远程维护支援系统。

机器人实时监控系统

以焊装车间为例,现代化车间均采用自动化、柔性化流水线方式生产,机器人是实现高自动化率的重要设备,它承担着搬运、焊接、涂胶以及检测等功能。机器人的运行状况直接影响着车身精度及车间运转率。焊装车间机器人数量及分布如图1所示。

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一座标准化焊装车间内一般需要300台左右机器人协同工作,每台机器人由控制器、伺服电动机、减速器以及电缆等部件组成。为保证设备运转率,前期需要投入大量人力对所有机器人的各个模块进行预防点检,耗时很长且效果较差,常常出现故障后紧急维修进而影响生产的状况。现导入机器人实时监控系统,通过网络整合工厂内机器人及控制器状态信息进行中央集中式管理,利用PC实时监控机器人状态和异常报警讯息进而预知设备故障(编码器和电路板温度异常、电动机负荷过载、减速机扭力异常以及平衡缸失压警告等);提前管理部品寿命(减速器寿命管理、电缆/电池/润滑油更换周期管理等);故障措施支援(电子维修菜单、自动报警预防及设备故障履历);以及管理设备信息(设备图面管理、设备及点检履历显示、备件现况、文件管理及程序管理等)。机器人实时监控系统的原理及功能如图2所示。

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驱动部振动实时检测系统

1.驱动部振动实时检测系统的原理

焊装车间MAINBUCK(总组工位)、D/L(升降机)及SHUTTLE(台车传送装置)等设备负责车身各组件的对接,其驱动部的运转状况和工作效率直接影响着生产线的节拍。驱动部的旋转部件在工作过程中会产生振动噪声,当旋转结构发生故障时振幅、频率与方向等数据会发生变化,驱动部振动实时检测系统通过振动传感器对信号进行采集、存储并通过网络传送至远程终端,最终由终端专用分析软件进行分析,根据设定的报警极限值得出机械振动是否超标、是否出现损坏,从而达到防患于未然的预防性保全目的,其工作原理如图3所示。

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驱动部缺陷类型有重量不均衡、润滑不良、联轴器不对中、螺栓松动、轴承缺陷以及齿轮啮合不良等,通过频谱可逆向追踪这些故障隐患因素,然后将数据信号分解成独立的频率成分,再将这些独立成分与设备缺陷进行关联,从而使管理者轻松获得现场故障信息。

2.驱动部振动实时检测系统的应用

驱动部振动实时检测系统提供了多种图形显示来帮助进行数据分析,包括趋势图、多级趋势图、故障诊断图、频谱图、时间波形图、3D图以及拓扑图,各种图形显示的可用性取决于所选的测量点类型。所有的图表信息均可实时显示,例如趋势图可显示随时间变化的振幅、速度、偏置、相位和其他轴上的过程数据。图4为轴承润滑状态的监控图形。

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3.电动机电流感应系统

电动机作为机械部件运动的主要动力源在自动化车间的作用不言而喻,减少电动机故障对保证车间运转率作用巨大。通过对焊装车间较大功率电动机(22kW及以上)加装i-EOCR(智能电流过载保护器),可监测和控制电动机启停、电压、电流和各开关、接触器工作状态;记录工作参数值、故障类别及报警值;与上位机通过以太网连接组成完整的测量监控网络,通过电流、负载率数据来分析制定点检和更换作业计划;并在电动机出现过电流、过载、欠流、缺相、堵转、短路、过电压、欠电压、漏电及三相不平衡状态时采取保护措施,系统恢复正常后自动重新启动,从而防止重大故障的发生。电动机电流感应系统工作原理如图5所示。

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4.PLC程序自动备份系统

在自动化设备中,有很多数字量和模拟量的控制装置,如电动机起停、电磁阀开闭、产品计数、温度、压力和流量的设定与控制等。而PLC(可编程逻辑控制器)是解决上述问题有效且便捷的工具。而在实际应用中由于火灾、停电、病毒以及设备维护作业会引起程序丢失或损坏,但因PLC程序语言复杂,信息量大,短时间内难以恢复进而影响车间运转率。通过引入程序危险管理系统,程序异常变更时自动备份并保存,然后提供程序变更报告,这样即可保证随时得到实时现场运转程序,而且可以查找修改前的备份程序,进而实现程序的智能化管理、短时间内解决程序故障。

5.远程维护支援系统

因国家产业政策的引导和劳动力成本的变化,越来越多的汽车公司在全国各地建立生产基地,将整车生产工厂、零部件配套基地与技术中心等研发部门进行分离。这时,总公司对生产工厂的管控和支援不足的忧虑日益迫切。远程维护支援系统则提供了解决方案:基于网络技术,通过建立远程维护支援系统进行实时信息共享,整合总公司技术专家和各设备厂家技术力量来解决生产基地出现的重大故障,避免因生产基地现场保全人员技术力量不足导致故障解决不彻底或耗时过长影响运转率的情况发生。远程维护支援系统构成如图6所示。

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图6  远程维护支援流程及系统构成

结论

通过构建设备状态实时监控体系,能够对关键设备信息、运转状况以及报警信息等进行实时监控和分析,进而对保全业务进行集约化管理。通过优化保全作业流程、提前预知故障以及控制备品在库量等手段有效地提高车间运转率并减少人工维护成本,最终将设备保全工作从传统的事后维修体制扭转为智能化、预防性保全体制,具有极大的推广利用价值。