大连理工大学科技成果-智能起重机

智能装备——智能起重机大连理工大学电信学部控制科学与工程学院SchoolofControlScienceandEngineeringDalianUniversityofTechnology王孝良汇报提纲一、智能制造体系中的智能装备二、智能起重机的智能化功能三、支撑智能起重机智能化的新单元四、BC-2600智能装备IOT健康监测服务平台智能制造体系中的智能装备一.智能制造体系中的智能装备□智能制造是“中国制造2025”的核心；□智能装备——装备智能化是智能制造的基础与保障；

智能装备：拥有服务于“智能生产”系统（MES系统、智能控制系统）的自动化、智能化能力；拥有全面的状态信息、过程信息感知，具备自我健康认知——健康评估、故障预警与故障诊断能力；具备基于物联网的“全生命周期”智能运维、智能服务能力；智能制造——企业将实现从传统的“以产品为中心”向“以集

成服务为中心”转变。智能制造体系中的智能装备智能装备制造企业

智能装备使用企业

“全生命周期”数据跟踪，追溯，监测物联网“智能预警诊断”服务“云端”机器物联网远程监测诊断服务系统销售智能化产品智能化产品部件测试产品测试部件测试产品测试运行监测物联网感知端

运行监测物联网感知端“云端”智能装备物联网远程监测诊断服务系统智能制造体系中的智能装备智能装备——装备智能化的对象：目的：▪

智能、无人化制造能力的支撑—装备的智能生产、作业能力；▪

装备自身工作能力的有效性保障—装备的健康、运维智能保障；离散制造领域复杂对象：工业机器人、AGV车、数控加工中心、智能起重机、

智能港口机械、工程机械、大型窑炉等；简单对象：大型轴承、轧辊、减速机、卷取机、电机等；动力系统：机械传动系统、电气配电系统、液压系统、气动系等；流程制造领域复杂对象：水处理系统、化工加工流程、发酵系统等；简单对象：压缩机、鼓风机、离心泵、柱塞泵、屏蔽泵、管线、

大型专业阀门等;智能起重机的智能功能2.1生产的智能化功能▪环境自辨识；▪高精度预设轨迹自动运行；▪吊具高精度定位；▪物料自动抓取；▪闭环防摇控制；▪多车协同控制；▪网络化综合能力（调度、任务下置、调测、支持、服务）；2.2安全防护功能▪限载、限速、限位保护；▪环境风过速保护；

▪电气故障保护；

▪机械故障保护；

▪

网络控制的网络安全防护；

2.3智能感知功能机械系统智能感知与健康监测

▪

轴承运行状态感知与智能预警；

▪

减速机运行状态感知与智能预警；

▪

液压系统运行状态感知与智能预警；

▪

皮带系统运行状态感知与智能预警；

▪

钢丝绳系统运行状态感知与智能预警；电气系统智能感知与健康监测

▪

主要配电回路健康监测（漏电、打火）；

▪

电机健康监测（定子过热、绝缘）；智能起重机的智能功能智能起重机的智能功能2.4物联网智能服务功能

基于物联网的“全生命周期运维服务系统”——以智能感知为基础、具备装备的机械系统和电气系统健康评价、故障预警、故障诊断、“预测性运维”决策以及IOT服务能力。1.智能运维：（智能装备在“全生命周期”内具备的能力）

核心能力：▪基于设备运行机理与运行大数据的故障预警、报警;▪基于机理特征指标及趋势分析的设备健康评价；▪基于健康评价与预警分析的预测性运维决策；▪基于报警实时数据与设备基础数据的即时维修支持；▪应急处置作业过程记录与过程数据管理；▪智能装备制造企业IOT远程支持服务；智能起重机的智能功能2.故障处置与支持▪“故障录波”（故障时刻前、后的关键传感器数据）；▪基于手机APP设备信息远程监测的故障处置支持服务；▪运维支持人员的行为管理；▪基于手机APP的故障处置信息远程交互；▪故障处置过程的节点信息记录、管理；3.远程调测▪生产过程中的远程辅助调测；▪故障处置过程的远程辅助调测；▪安全监测智能化单元▪

过载监测与保护；▪

过速监测与保护；▪

环境风速过速与保护；▪

主梁形变异常与保护；▪

主结构位置异常（倾角、限位）监测与保护；▪

报警关联“故障数据录波”（报警黑匣子）；2.机械系统健康感知单元▪

主轴承振动监测、健康评价与故障预警；▪

吊载减速机状态监测、健康评价与故障预警；▪

皮带传动系统状态监测与故障诊断；▪

液压系统健康监测、故障预警与诊断；支撑智能起重机智能化的新单元电气系统健康感知单元▪配电回路负荷监测与异常感知；▪配电回路漏电、电弧监测与预警、报警；▪电机健康感知与预警、报警（漏电、“马保功能”）；4.健康评价、预警与运维服务软件平台（详见后文）支撑智能起重机智能化的新单元BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的组成如图2-1所示BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的功能面向装备使用企业的功能：

面向自动控制系统的功能:

▪机械系统、电气系统运行状态实时监测；▪综合数据分析；▪故障预警与报警诊断；▪运行数据管理与基础数据查询；

面向设备运维系统的功能：

▪机械系统、电气系统运行状态监测；▪基于运行特征的健康趋势分析；

▪基于“损耗统计”规律和当前特征的预测性

运维决策；

▪故障预警与报警诊断；

▪故障事件处置过程监管；

▪易损部件的基础数据档案管理和备品管理；BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的功能面向装备制造企业的功能：（具体功能是基于产品的地区、分类、型号、时间、事件展开的）▪设备运行状态远程监测、部件运行时间累计；

▪运行数据统计及“同类大数据”分析；

▪基于机理与特征的故障预警与远程支持；

▪基于部件运行“大数据”、故障“大数据”

的运维支持服务；

▪故障处置支持服务；

▪数据管理与统计分析；

BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术2.核心技术▪智能感知配套技术▪故障预警与诊断技术▪数据分析与事件管理技术▪健康评价与运维决策技术▪网络安全防护技术2.1智能感知配套技术包括：智能装备、系统核心机械单元运行状态参数的智能感知、

电气单元和配电系统运行状态参数的智能感知BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术2.1.1大型机械装备机械系统运行状态感知1.智能轴承（大型机械设备、风力发电等主轴承）

智能感知单元：BC-JX/M-108-I2/4/8通道一体化高速同步数据采集单元，具备

，振动（3轴加速度）、温度、转速数据的高速

同步采集功能，支持多方法、本地/远程报警功

能；

sensor：BC-JX/Sen-100系列振动加速度/温度一体化传感器；

示意图：BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术2.智能轧辊（轧钢系统主受力轧辊）轧辊智能感知单元：BC-JX/MW-500X\Y\Z3轴电涡流、3轴振动、1路温度,LAN光线

网络接口；电池供电低功耗无线轧辊温度感知单元：BC-JX/MW-500-I卷曲单元电池供电低功耗无线感知单元：BC-JX/MW-500-II

示意图：BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术3.智能轴减速机（大型机械设备传动单元）埋入式减速机智能感知单元：BC-JX/M-208-I2/4/8/16通道一体化高速同步振动（3轴加速度）、温度、

转速数据的同步采集功能，支持齿轮故障本地报警功能；SENSOR：BC-JX/M-208-I系列小型埋入式3轴振动加速度传感器；

示意图：BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术4.智能压缩机（流程工艺的主动力环节）压缩机机智能感知单元：

2/4/8/16通道一体化高速同步振动（3轴加速度）、温度、

转速数据的同步采集功能，支持齿轮故障本地报警功能；SENSOR：BC-JX/M-208-I系列小型埋入式3轴振动加速度传感器；

示意图：BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术5.智能鼓风机（气体流程工艺的主动力环节）鼓风机机智能感知单元：

2/4/8/16通道一体化高速同步振动（3轴加速度）、温度、

转速数据的同步采集功能，支持齿轮故障本地报警功能；SENSOR：BC-JX/M-208-I系列小型埋入式3轴振动加速度传感器；

示意图：BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术6.智能制冷机（流程工艺的主动力环节）制冷机智能感知单元：

2/4/8/16通道一体化高速同步振动（3轴加速度）、温度、

转速数据的同步采集功能，支持齿轮故障本地报警功能；SENSOR：BBC-JX/M-208-I系列小型埋入式3轴振动加速度传感器；

示意图：BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术7.智能机器人（智慧柔性加工系统）机器人物联网感知端：BC-RB/M-100-I物联网网安接入单元：BC-RB/WAN-SAF-100-ISENSOR：

示意图：BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术2.2.2大型工程机械机械、液压系统运行状态感知（机械转转部件、智能化单元同2.2.1）1.智能液压缸

液压缸智能感知单元：BC-JX/MC-100-Ⅰ由缸内油压、行程感知单元和缸外感应供电一体化单元组

成，与智能液压系统主机单元采用CAN-bus现场总线通讯模

式组网通讯。

sensor：

示意图：BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术2.智能液压站

智能液压系统主机单元：BC-JX/MC-200-Ⅰ

感知油箱的油温、泵工作状态、各油路压力，基于CAN-BUS总

线实时感知液压缸的之际状态。。

sensor：

示意图：BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术2.1.3智慧油田1.智慧管线智慧管线RTU：BC-GW/PIPE-100-ⅠGPS授时同步采集压力、管道噪声、管线端设备状态

（DI）、变频器频率；管网噪声感知sensor：BC-GW/PSen-100-Ⅰ

示意图：BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术2.智慧注水柱塞泵智能感知单元：BC-GW/PUMP-100-Ⅰ3通道3轴振动加速度、缸体温度、2路4-20

毫安信号（泵出口压力、泄漏微流量）；

示意图：BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术2.1.4智慧土木工程结构体1.智慧码头

码头基础智能感知端：BC-TJ/MT-100-Ⅰ

码头独立沉箱体的倾斜、沉降、缝隙参数采集。具备2

路倾角、4路缝隙、1组沉降（RS-485，多参数）信息

感知，zigbee数据通讯；

码头系泊智能感知端：BC-TJ/MT-200-Ⅰ

泊位状态、沉箱受力感知。2路应力、2路接近状态，

zigbee数据通讯；

码头分区物联网终端：BC-TJ/MT-W-100-Ⅰ

Zigbee无线传感器网络中继“码头基础智能感知端”、

“码头系泊智能感知端”信息，并具备4路AI和1路RS-

485(32对象、MODBUS)，上行信道：GPRS/4G

Sensor：

示意图：BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术2.1.4智慧土木工程结构体2.智慧边坡智慧山体感知单元：BC-AQ/M-200-Ⅰ

内置倾角、微位移监测、振弦式锚索力SENSOR，

电池供电、报警触发式通讯，支持NB/GPRS/4G;

Sensor：

示意图：BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术2.1.4智慧土木工程结构体3.智慧桥梁智慧桥梁专用感知单元：BC-AQ/M-100-Ⅰ

内置倾角、微位移监测、振弦式锚索力SENSOR，

电池供电、报警触发式通讯，支持NB/GPRS/4G;

Sensor：

示意图：BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术2.1.4智慧土木工程结构体4.智慧隧道智慧隧道专用感知单元：BC-TJ/AQ-100-Ⅰ

内置倾角、微位移监测、振弦式锚索力SENSOR，

电池供电、报警触发式通讯，支持NB/GPRS/4G;

Sensor：

示意图：BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术2.1.4智慧土木工程结构体5.智慧路基

智慧高铁路基专用感知单元：BC-TJ/AQ-100-Ⅰ

内置倾角、微位移监测、振弦式锚索力SENSOR，

电池供电、报警触发式通讯，支持NB/GPRS/4G;

Sensor：

示意图：BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术2.2.故障预警与诊断技术

共性数据处理技术：FFT频谱、功率谱、倒谱、包络谱、EEMD谱、

细化普、P/R比、峭度、带通滤波、共振解调

分析等。2.2.1机械装备基础设备预警诊断技术⑴

轴承健康评价与故障诊断技术

测量参数：三轴振动加速度、轴承温度、轴承转速；

分析方法：频段噪声“参比”特征参数计算；

内环、外环缺陷“调制”噪声计算；

转速关联特征谱计算；

加权系数归一化健康评价；

诊断方法：基于故障特征参数的黄线/红线“阈值”判断；

调制噪声频谱分量突变判断；

核心特征参数趋势突变故障判断方法；BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术⑵

轧辊健康监测与故障预警诊断技术测量参数：轴承的三轴振动加速度、X、Y、Z三轴偏移轴转速；分析方法：基于空/满载状态的轴承健康评价(同上)；

基于轴旋转动态偏心率、轴向位移的；

轧制质量与轴旋转振动、位移特征的关联分析；诊断方法：轴承异常诊断、轧制品质预警诊断；软件界面图：BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术⑶

齿轮箱健康监测与故障预警诊断技术测量参数：重要轴的3轴振动加速度、齿轮箱油温；分析方法：基于传动齿比的异常“调制噪声”特征的关联定位；

基于倒谱分析与“调制噪声”特征的齿轮异常分类；诊断方法：调制噪声频谱分量突变判断；

核心特征参数趋势突变故障判断方法；⑷

往复运动泵故障诊断技术（柱塞泵）测量参数：缸体的三轴振动加速度、微泄漏流量检测、刚体温度、

电机转速；分析方法：基于包络谱的无转速传感器二维EEMD谱特征异常分析

法；

基于翻斗流量计量的缸体泄漏分析；诊断方法：转速关联EEMD谱异常分量缸体阀异常诊断与微流量测

量密封异常诊断；BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术2.2.2配电系统的健康感知与早期预警分析技术⑴

配电回路“异变电流”感知与故障分析测量参数：三相母线电流和三相母线电压的1024点高速同步采样；分析方法：基于FFT的谐波电流组分异常分析法；

基于“零肩”波形鉴别的“电弧”检测方法；诊断方法：“电弧”特征超“阈值”预警/报警；

谐波组分异常越变超阈值预警/报警；⑵

非接触大电流母线“连接端”异常监测技术测量参数：“连接端”红外温度检测；母线电流检测诊断方法：温度越线预警、报警；

温度趋势越线报警；BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术2.3.数据分析与“事件”管理技术在设备运维监管过程中，BC-2800IOT软件平台将设备故障的发生及处置过程作为一件“全程监控”的“事件”来处置。该“事件”的管理内容包括：责任人的“事件响应”过程数据、处置措施数据、“事件分析数据”和“事件状态数据”。2.3.1面向过程监测的“事件数据分析”

“事件”责任人通过BC-2800IOT软件平台的“综合数据分析”功能辅助完成“事件分析数据”的生成与归档。具体内容与过程如下：▪

监测点“典型工况”数据（原始数据、特征数据）的提取、显示；▪“事件关联传感器”“录波数据”的提取、显示；▪

基于分析工具选择的“事件录波数据”比对分析、结果提取；▪

事件分析结论的录入（工作站电脑、手机APP操作界面）；BC-2800IOT智能装备健康监测与智能运维系统的核心技术2.3.2面向设备运维的“健康趋势数据分析”

设备运维责任人通过BC-2800IOT软件平台的“健康趋势数据分析”功能，获得设备“监管节点”核心部件单元（机械部件、电气部件）的预期“保养节点时间”、“维护节点时间”、“报废节点时间”；“健康趋势数据分析”方法：▪基于“寿命大数据”统计的寿命阈值设定；▪寿命时间约束的“磨损特征趋势”计算的运维决策；▪基于“寿命大数据”和“健康特征”趋势的“部件报废剩余

时间预估”；可选择的“分析工具”包括：▪

基于FFT和功率谱的特征频谱提取、比对与记录；▪

基于EEMD的特征分量计算、比对、记录；▪P