《冶金设备智能运维数据采集与感知》

1本文件规定了冶金设备智能运维相关数据采集与感知的基本要求，明确了采集参数设置、采集方式选择及采集过程实现应满足的技术要求。本文件适用于冶金设备智能运维相关数据采集方案制定、系统集成设计、产品选型和安装运维等业务的实施指导，为分析处理、状态监测、故障诊断等应用提供高质量的数据供应。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本（包括所有的修改单）适用GB/T6075.1-2012机械振动在非旋转部件上测量评价机器的振动第1部分：总则GB/T7665传感器通用术语GB/T11348.1-1999旋转机械转轴径向振动的测量和评定第1部分：总则GB/T14412-2005机械振动与冲击加速度计的机械安装GB/T16839.1-2018热电偶第1部分：电动势规范和允差GB/T19870-2018工业检测型红外热像仪GB/T20840.8-2007互感器第8部分：电子式电流互感器GB/T30121-2026工业铂热电阻及铂感温元件GB/T30831.1-2014机器状态监测与诊断热成像第1部分：总则GB/T32818冶炼设备术语GB/T33223轧制设备术语GB/T33905.3智能传感器第3部分：术语GB/T35141-2017插入式红外辐射测温仪技术规范GB/T37686—2019物联网感知对象信息融合模型GB/T42127—2022智能制造工业数据采集规范GB/TXXXXX.1—XXXX冶金设备智能运维第1部分：总则JB/T7490-2007霍尔电流传感器JJG134-2023磁电式速度传感器检定规程JJG233-2008压电加速度计检定规程JJG644-2003振动位移传感器检定规程23术语和定义GB/T7665、GB/T32818、GB/T33223、GB/T33905.3、GB/T37686、GB/T42127和GB/TXXXXX.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。感知对象sensingobject通过感知层设备采集信息的冶金设备实体。[来源：GB/T37686－2019，3.1，有修改]传感器transducer/sensor能感受被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。注1：传感器通常由敏感元件(sensingelement)和转换元件(transducingelement)组成。注2：敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。注3：转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号注4：当输出为规定的标准信号时，则称为变送器(transmitter)。注5：英文单词中的斜线符号“/”，表示其前后的词通用。[来源：GB/T7665－2026，3.1.1]智能传感器intelligentsensor用于采集并发送感知对象的状态量，并具有与外部系统双向通信手段、接收和处理外部命令的传[来源：GB/T33905.3－2017，3.2，有修改]数据采集器dataacquisitionunit获取传感器、变送器及其他物理信号源的原始信号，依照一定的规则转化并输出电子数据的装感知层设备perceptionlayerdevice用于采集设备智维数据的传感器、数据采集器、智能传感器等设备的总称。数据采集datacollection获取传感器、变送器及其他物理信号源、控制器、监测系统、管理系统和企业信息或业务管理系统中数据的过程。[来源：GB/T42127－2022，3.1.1，有修改]结合指定区域内冶金设备的分层分类及维修策略确定，针对不同类别的设备配置相适应的数据采集策略，包括采集参数、采集方式的选定，明确数据采集过程应遵循的技术规范，提出感知层设备的3应用功能、性能指标要求，为采集系统的设计、集成与安装、运维提供指导，实现冶金设备全生命周期运维数据的精准获取，为数据处理与分析、状态监测与故障诊断提供可靠的数据源。5采集参数5.1一般要求采集参数的确定应包括但不限于以下要求：a）应根据冶金设备易发故障统计结果，提炼其故障特征参数，以此为指导确定对识别故障有效性强、覆盖面广的参数种类：b）应结合指定区域设备重要程度评定结果，选定与设备重要等级相匹配的参数种类，以获得最优c）应评估与采集参数相匹配的监测诊断技术手段应用成熟度，优先选择成熟度高的监测诊断技术d）根据采集参数配置方案，匹配相对应的监测技术手段，在对该监测技术手段应用成熟度分析的基础上，确定目标设备的数据采集参数配置方案；e）根据数据应用效果反馈，对采集参数配置做适当的优化调整。5.2采集方案推荐根据冶金设备易发异常或故障统计、采集参数采集需求及相关技术手段应用成熟度分析，针对不同类别设备常用的监测诊断方法见表1。设备类别易发状态异常或故障类型主要采集参数常用监测诊断方法机械类设备磨损、断裂、变形、松动、过热、腐蚀、异常振动、异常噪音、卡滞、泄漏、精度下降等振动、温度、噪声、图像、声纹、电流、油品理化性能、磨粒指标、应变等振动监测、噪声监测、温度监测、图像监测、声纹监测、电流监测、应力监测、润滑监测等电气类设备绝缘劣化、短路、过载、漏电、失压、过压、发热、噪声异常、精度下降等电流、电压、温度、噪声、绝缘、油品理化性能、磨粒指标电流监测、电压监测、温度监测、噪声监测、绝缘监测、润滑监测等仪表类设备短路、漏电、发热、精度下降等电流、电压、温度电流监测、电压监测、温度监测常见冶金设备智能运维采集参数配置参见附录A。6.1分类采集方式一般分为自动采集和人工采集。在冶金设备运维领域，通过集成运行装置或系统进行自动采集的方式也称为在线监测，人工采集主要是由业务人员按照技术规范进行数据采集的方式。46.2自动采集一般面向产线重要、关键设备，通过在设备指定部位部署传感器（如振动、温度、电流传感器等），接入数据采集装置或打通数据接口与运行控制、业务管理等相关系统相联，实时采集设备动态运行参数或过程管理数据，实现对设备运行状态进行连续监测和异常状态识别。自动监测应满足但不a）应合理配置监测系统方案，有效设置监测参数，对设备易发异常状态事件特征量的采集能力；b）传感与采集终端设备应适应冶金现场高温、高粉尘、强震动及强电磁干扰等恶劣工况的硬件防c）支持冶金生产现场通用工业通信协议，实现与相关联的生产控制、业务管理等相关系统数据的高效采集，支持设备状态与工艺过程数据的同步采集；d）应具有对设备状态、工艺过程、能源消耗、质量控制等多类型数据的自动采集、精准获取与稳定传输能力，满足状态判断的需求；e）应保证数据采集的实时性、连续性和完整性，确保设备运行过程中所采集多维数据的时效性、f）数据采集活动应与设备底层自动化控制系统及安全连锁保护系统实施严格的物理或电气隔离，严禁对安全连锁回路进行任何未经授权的改装或接入。6.3人工采集6.3.1数字点检一般面向产线需把握劣化趋势的设备，依托移动终端（如智能点检仪、平板）和数字化系统，将传统人工点检的内容（如外观检查、参数记录、异常标记等）转化为标准化电子数据上传至设备管理业务系统。通过预设点检路线、任务清单和判定标准，确保点检数据的规范性和可追溯性，并对异常状态发出预警。数字点检应满足但不限于以下要求：a）根据目标设备维修技术标准及同类设备运维履历分析，确定数字点检标准设置；b）合理配置数字化点检工器具和业务信息系统，具备数字点检全过程数据采集和管理能力；c）提供点检数据趋势分析、异常状态自动预警等功能，支持判定标准的动态优化调整，并对状态点检数据的异常主动识别和预警推送；d）应具有对异常状态数据追溯、点检过程跟踪及点检结果有效性统计分析等能力，满足数据点检过程效能持续提升的需求。6.3.2精密检测主要面向高精度设备或关键零部件，采用专业检测仪器（如激光对中仪、激光三维扫描仪、油液分析仪等）进行周期性精密测量，获取设备微观或宏观状态以及重要精度指标数据（如磨损量、间隙值、油液污染物含量等），为判断设备状态劣化程度、优化工艺控制、保障产品质量提供支持。精密检测应满足但不限于以下要求：a）根据目标设备维修技术标准、工艺操作规程及功能精度保障需求分析，确定精密检测标准设b）编制精密检测作业指导书，规范设备功能精度的精密检测实施，确保精密检测数据的准确性；c）应具有精密检测数据趋势分析、异常状态预警等功能，结合设备服役履历和生产工艺运行的变化，对检测工艺及判定标准进行优化调整；5d）应具有对设备功能精度、生产运行、质量监控等方面发生异常事件的分析能力，梳理提炼与上述异常事件相关的检测需求，对精密检测方法设置及检测标准进行优化调整。6.4采集传输路线面向目标设备，根据三种采集方式的实施特点，部署相应的采集装置及模块，所采集数据按照应用流程接入智能运维平台对应的数据存储单元。数据采集传输路线见图1。图1数据采集传输路线图注：PDA：过程数据采集系统；HMI：人机界面；DCS：分散控制系统；PLC：可编程逻辑控制系统；PDS：过程数据诊断系统；MES：制造执行系统7采集过程要求7.1数据分类7.1.1业务属性冶金设备智能运维数据按照业务属性分为：a）运行状态数据：运行过程中涉及设备功能、精度和可靠性的测量数据，如：振动、温度、电b）工艺控制数据：运行过程中涉及工艺控制、质量控制、能耗管控、环境监测等相关的测量数据，如：液位、温度、电流、阀门开度、压力、流量、轧制力、速度等；c）管理过程数据：设备服役生命周期中涉及的业务管理数据，如：性能指标、点检标准、故障履历、检修履历、备品备件清单等。7.1.2数据结构6冶金设备智能运维数据按照数据结构分为：a）结构化数据：结构化数据以固定格式组织的数据，如：各类传感器采集信号的计算值、设备运行工艺参数值、产品质量性能表征值等数据；b）半结构化数据：半结构化数据有一定的组织形式但不固定，如：设备运行日志、操作记录、预c）非结构化数据：非结构化数据的数据结构不规则或不完整，如：监控视频图像、设备振动时频波形、故障图片等数据。7.2采集时机冶金设备运行工况复杂多变，主要可分为两类：一类是稳态运行，如：空分动力设备、液压液力设备、润滑系统设备和物料运输设备等在相对稳定的转速和负载下持续运行；另一类是非稳态运行，如：压延设备（轧机、挤压机等）、起重设备和机械主传动设备等转速或负载频繁发生变化的工况下稳态运行设备的采集时机可按设定的周期进行采集。非稳态运行设备的采集时机要求如下：a）针对振动、噪音、声纹、电流、电压和应力应变等敏感快变的参数，应区分不同运行工况进行数据采集，如起重机分别在空载或满载的工况下进行采集；b）对于温度、绝缘、油品理化性能和磨粒指标等对工况变化不敏感的参数，可忽略工况影响，按设定的周期进行采集。7.3采集过程设置数据采集过程的要求如下：a）对所采集的数据应标注采用技术方法名称、采集方式、测点名称、监测量名称定义（如振动速度值、振动位移值、电流有效值等）、计量单位和数据类型等属性信息；b）数据采集频次应符合参数类型及所关联的应用需求；c）振动、噪音、声纹、电流、电压和应力应变等动态信号类数据的采集，应根据设备运行特性及状态监测诊断目标对采集频率、长度等参数进行灵活设置和调整；d）图像类数据的采集方法和精度设置应符合监测对象的运行特点及状态异常特征；e）各种监测诊断技术手段所采集的数据应准确标注时间戳；f）对于通过打通通讯接口与相关业务系统相连采集数据的方式，应记录数据源系统的基本信息和g）感知层设备应具备自诊断功能，自动采集反映传感器、采集装置、传输网络等部件运行状态的参数，一旦发生运行异常，能及时输出报警信息。8.1传输形式8.1.1交互方式数据采集过程中，应采用以下交互方式：7a）单向上报传输：为主流传输形式，由终端设备、边缘网关主动向上层平台、采集系统上报数据，平台端无需实时应答。适用于大规模设备批量数据上传，流程简洁、资源占用低；b）双向问答传输：采用“请求－应答”交互模式，平台端或上位机下发数据查询、参数配置、设备控制指令，现场设备、网关接收指令后，执行操作并返回应答数据。主要适用于设备远程调试、参数修改、精准控制、定点数据查询等交互场景，应保障指令与应答数据一一对应，避免指令错乱、丢c）订阅推送传输：基于主题订阅机制，平台端订阅指定设备、指定数据点位，现场网关持续向订阅方推送实时数据。主要适用于产线设备实时监控、设备状态实时大屏展示、故障实时预警等实时性场景，支持多客户端订阅同一数据源，应保障数据同步推送、实时更新。8.1.2频次分级数据采集过程中，应采用以下传输频次：a）实时传输模式：快变的设备状态数据、生产工艺控制数据、异常故障报警信息等核心业务数据，应采用高频实时推送，控制类数据时延≤100ms，监控告警数据时延≤500ms，无固定间隔，数据b）定时传输模式：缓变的设备状态（周期性检测）数据、能耗统计、生产产量、设备运行时长等常规统计数据。可根据业务需求设定分钟级、小时级等固定传输间隔，定时批量汇总上传，保障数据规整、便于统计分析；c）离线补传模式：人工采集数据或因网络中断、设备短暂离线期间在线采集产生的历史数据，应在网络恢复后，网关自动识别离线时段数据，按时间顺序批量补传，补传数据应标注离线标识与准确时间戳，不得覆盖、遗漏历史数据，补传优先级应低于实时数据传输。8.2通讯协议8.2.1一般要求通讯协议的选用应满足但不限于以下要求：a）应结合工业互联网层级（设备层、边缘层、平台层）、设备类型与业务场景，确定各类场景通b）应明确协议适配要求、使用规范与禁用规则，保障跨设备、跨系统、跨层级数据互通。8.2.2现场设备层通讯协议（设备－网关）本层级主要实现工业终端设备与边缘网关的数据对接，应适配工业现场总线、短距离工业通讯场景，优先选用工业通用标准化协议。本层级通讯协议的选用应满足但不限于以下要求：a）针对PLC、DCS、数控机床、工业控制器等工业控制设备的数据通讯，应统一采用Modbus（RTU/TCP）、Profinet、CANopen、EtherNet/IP协议。其中，小型设备、通用仪表优先使用Modbus（RTU/TCP），兼容性强、部署简单；b）针对中大型自动化生产线、高精度控制设备的数据通讯，应优先使用Profinet、EtherNet/IP，保障高速、高精度数据传输；c）对于温湿度、压力、振动、红外等各类工业传感器的数据通讯，应采用工业以太网或LoRa、ZigBee、蓝牙BLE等无线协议；d）对于低功耗、远距离、分散部署的传感器的数据通讯，应选用LoRa协议；e）对于车间密集型短距传感设备的数据通讯，应选用ZigBee协议；8f）对于近距离便携智能设备的数据通讯，应选用蓝牙BLE协议，禁止使用非标私有短距通讯协8.2.3边缘传输层通讯协议（网关－平台）本层级实现边缘网关与工业云平台、本地服务器的数据对接，应适配广域、局域网远程传输场景，分为实时物联网协议与通用互联网协议。本层级通讯协议的选用应满足但不限于以下要求：a）所有工业物联网数据上传、设备远程交互场景，应优先采用具有轻量化、低时延、支持发布/订阅模式特点的MQTT3.1.1/3.1.5协议，适配工业大规模设备并发传输；采用MQTT协议传输应统一主题命名规范，如按“厂区－车间－设备类型－设备编码－数据类型”层级定义，支持QOS0、QOS1、QOS2分级消息保障，时效性要求高（如预警、控制类）的数据，必须启用QOS1及以上级别，确保消息及时传达到位；b）对于业务平台（系统）数据对接、第三方系统数据交互、批量历史数据同步场景，应采用HTTP/HTTPS、RESTfulAPI等协议；系统间业务数据交互统一遵循RESTful接口规范，统一请求方式、返回格式、状态码定义；c）针对视频、图片、海量日志等大容量非结构化数据，应采用FTP/SFTP协议进行文件传输，优先使用加密SFTP协议，保障大文件传输稳定、断点续传，避免文件损坏、数据丢失。8.3传输质量保障要求数据传输过程中应保证数据的完整性、准确性和及时性，应符合但不限于以下的指标控制要求：a）可靠性指标控制范围：数据传输成功率≥99.95%、核心控制数据传输成功率100%，数据传输乱序、丢失、重复率≤0.01%、离线补传数据完整率100%；b）时延指标控制范围：控制类数据端到端时延≤100ms，实时监控告警数据时延≤500ms，常规工况数据时延≤2s，批量统计数据时延≤30s；c）容错机制控制范围：支持网络波动、设备短暂离线容错，自动重传失败数据包，重传次数可配置；支持数据本地缓存，网关本地缓存数据时长不低于7天，防止网络中断导致数据丢失。9感知层设备9.1类别常用感知层设备主要包括振动感知设备、温度感知设备、电流感知设备、声纹感知设备和图像感9.2一般要求感知层设备的一般要求如下：--感知层设备选型、测量范围和使用环境要求应与感知目标设备实际匹配；--感知层设备安装位置应避开强磁场、强热源及剧烈振动源，当无法避开时、应采取相应的隔离或防护措施--用于高尘、潮湿环境（如轧机车间、水处理站）的感知层设备，防护等级不应低于IP65；--防爆区域应用的感知层设备应选择防爆型的传感器和防爆型数据采集；--感知层设备安装时，电源线和数据线应分开布线，不应交叉缠绕，防止电磁干扰；9--感知层设备的安装和使用不应干扰设备现有安全联锁保护系统，不应对安全联锁回路进行任何未经授权的改装或接入；运行前应进行“无安全连锁干扰风险”评估；--感知层设备应按照相关技术规程进行校验。9.3振动感知设备9.3.1振动测量方法及设备选型振动测量方法分为：----接触式测量方法：振动传感器安装在感知目标设备上，直接采集振动数据；----非接触式测量方法：测量旋转部件相对的位置变化，传感器与旋转部件不直接接触。振动测量方法和感知设备选型的要求如下：a）工况相对稳定的设备（风机、工业泵、稳态齿轮箱等及驱动电机）宜选择接触式振动测量方法。其对应的感知设备宜选择无线智能加速度传感器和配加速度传感器的智能采集装置，或有线加速度传感器和数据采集器；b）变速、变载和变工况设备（如压延机械传动设备、起重机传动设备、变速变载齿轮箱等及驱动电机）宜选择接触式振动测量方法。其对应的感知设备宜选择有线加速度传感器和振动采集器；c）大型滑动轴瓦支撑的设备（如压缩机、汽轮机等及驱动电机）的轴振动宜选择非接触式振动测量方法，其轴承座振动宜选择接触式振动测量方法。其对应的感知设备选型：轴振动宜选用电涡流式位移传感器和数据采集器，轴承座振动宜选择磁电式速度传感器和数据采集器。9.3.2性能要求传感器性能要求如下：a）有线加速度传感器和无线智能加速度传感器的灵敏度幅值频率响应应符合JJG233－2008中4.2的规定，灵敏度幅值线性度应符合JJG233－2008中4.3的规定；b）磁电式速度传感器的计量性能要求应符合JJG134－2023中第4章的规定；c）电涡流式位移传感器的计量性能要求应符合JJG644－2003中表1的规定。。数据采集设备性能要求如下：a）应具备采集振动值和振动波形的功能；b）应具备信号调理功能；c）能够接入模拟量（4mA～20mA、0～10V、-10V～10V等），可兼容不同品牌、不同类型传感d）应具备信号转换功能；e）应具备数据输出功能；f）应具备采集任务执行情况监控功能。9.4温度感知设备9.4.1温度测量方法及设备选型温度测量方法分为接触式测量方法和非接触式测量方法。根据目标设备环境温度，确定温度测量方法和感知设备选型，具体要求如下：a）安装环境温度在感知设备使用范围内，宜选择接触式测量方法。其对应的感知设备宜选择热电偶和数据采集器、铂热电阻和数据采集器、无线智能铂热电阻、配有热电偶或铂热电阻的智能采集装b）安装环境温度不在感知设备使用范围，宜选择非接触式测量方法测量目标设备表面温度。其对应的感知设备宜选择红外热成像仪等。c）工业炉窑内部温度测量宜选择非接触式测量方法。其对应的感知设备宜选择插入式红外辐射测9.4.2性能要求接触式温度感知设备的性能要求如下：a）铂热电阻的允差等级应符合表1的规定。若允差和有效温度范围与表1给出的不同，则需制造商和用户取得一致。推荐的特殊允差等级应是B级允差值的倍数或分数。不允许使用没有有效温度范围的允差等级。超出表1规定温度范围的铂热电阻的允差，由制造商和用户自行确定。b）热电偶允差应符合GB/T16839.1－2018中表12的规定；c）铂热电阻和热电偶输出标准电流或电压信号：4mA～20mA、0～10V等；d）数据采集器性能要求包括：·可接入传感器的模拟量信号（4mA～20mA、0～10V等），可兼容不同品牌及传感器；非接触式温度感知设备的性能要求如下：a）红外热成像仪设备性能要求包括：·环境温度在23℃士5℃时,测温的最大允许误差不应超过