冶金电气自动化设备故障诊断及维护

王继超，李 超，马来存，董志刚，孙彦阔

（天津市新天钢联合特钢有限公司，天津 301500）

0 引言

冶金行业属于基础型产业之一，在我国经济领域扮演着重要角色。伴随我国工业现代化格局的逐步形成，对钢铁企业提出了更高要求，不仅是强调节能环保意识，更需要注重技术革新，推动行业的转型升级。因此，电气自动化设备的有机融入，大幅提升了钢铁企业生产质量和效益，适应了新时代的发展要求。但电气自动化设备具有技术密集型属性，其中涉及诸多的自动化产品，在高负荷、高密度、复杂化的使用场景中，难免会产生诸多故障问题，极易给企业生产造成影响。因此在电气自动化设备使用过程中，需加强各类电气自动化设备故障的诊断与维护，降低冶金企业面临的生产风险，进一步发挥电气自动化设备的价值，推动冶金行业的整体发展。

本文介绍了冶金企业电气自动化设备常见故障类型，以烧结生产线电气自动化设备故障诊断和维护策略为例，探索了冶金电气自动化设备安全稳定运行之道。通过建立有效防范意识、制定科学维护机制、优化故障维护体系，保障了冶金企业的安全高效生产和发展。

1 电气自动化设备常见故障类型

烧结厂是典型的冶金类生产企业，在日常生产中涉及诸多电气自动化设备应用及管理问题。由于烧结生产系统电气自动化设备系统庞大、构成复杂，在实际生产运行中出现各类故障问题是不可避免的。电气自动化系统故障主要包括关联性故障非和关联性故障。

1.1 关联性故障

关联性故障属于常见类型，主要指设备在运行环节，受到系统不合理设计或者结构、性能不全等因素影响，导致多环节、多机构、多设备的关联故障问题。其通常又可分为固有性故障和随机性故障。

顾名思义，固有性故障即在设备设计生产阶段便存在的先天性故障，主要是受技术水平、生产工艺及应用方案等限制，难以在短期内实现有效解决的故障；随机性故障则具有较强的偶然性，并且会增加故障检测与处理难度，但通常而言，该故障主要源于程序编制失误或者参数设置问题，在确定故障后的处理相对比较简单。因此在设备的使用过程中，应加强设备的科学操作，可大幅避免故障的产生机率。另外，当设备内部的润滑液压系统、中控回路电气系统或机械等关键部位产生故障问题时，极易诱发电气自动化系统关联性事故，如硬件故障、内部构件问题等。

1.2 非关联性故障

通常而言，冶金企业电气自动化设备的非关联性故障，一般是指设备在运输、安装或使用过程中，电气自动化设备受到直接破坏所导致的故障问题，如撞击、设备硬件损坏、线路问题等。简言之，电气自动化系统非关联性故障是电气自动化设备在非系统自身设计或者安装结构原因所引发的故障问题，而是由于外部不确定因素或者人为因素所导致的故障。因此，在烧结厂电气自动化设备应用中，只要严格按照要求，完善电气自动化设备运输、安装和操作方法，将有助于降低非关系性故障产生机率。

2 冶金企业电气自动化设备故障诊断方法

2.1 提取设备故障特征

电气自动化设备故障诊断涉及诸多内容，包括状态监测、识别判断、预测未来等。尤其是在实施自动化设备故障诊断时，必须要掌握诱发故障产生的异常情况、故障部位及危险程度，并加以预判。在电气自动化设备故障诊断过程中，要观察电气自动化设备故障是否与生产功能有关，特别是加强对各项指标的关注和监测，如震动、异响、升温等情况，掌握设备的位置、压力、转速等信号，为设备故障的识别和判断提供依据。因此，只有有效掌握设备故障的特征表现，才能真正缩短设备故障诊断时间，提升故障维护的整体效率，降低设备故障对生产作业系统的影响。

2.2 实施故障诊断分类

故障诊断通常可以划分为简易故障诊断和精确故障诊断。简易故障诊断是借助现场操作人员、设备维保人员等，结合设备的故障表现，利用简单的观察判断故障所在，实现现场的高效诊断。一方面，现场人员通常能够从故障设备的运行声音、外形变化、运行状态等判断故障，并采用有效的方法处理。如：听设备运行声音，可判断电机轴承是否损坏；闻设备味道，判断设备是否出现短路、烧焦问题；摸设备表面，可判断设备是否存在高温过热现象等。精确故障诊断则通常应用于复杂故障处理之中，即利用技术专家或者自动化检测技术等，对电气自动化设备实施综合检测和诊断，大幅缩小故障排除范围，快速判断故障的类型、部位及形成处理方案。

2.3 制定科学诊断流程

由于烧结厂属于冶金企业生产的重要工艺环节，电气自动化设备所发挥的作用至关重要，若不制定有效的诊断流程，势必会影响企业的生产效率。通常情况下，电气自动化设备故障诊断，需要涉及数据采集处理、特征提取、状态监测、故障诊断及维修实施等流程。最后再由专家维护团队，针对设备故障问题实施诊断和维护，以大幅提升诊断的效率和维护质量。故障诊断及维护方法流程如图1所示。

图1 故障诊断及维护方法流程

3 冶金企业电气自动化设备故障维护策略

3.1 建立有效防范意识

随着我国各行业各领域基础建设的蓬勃发展，冶金企业所承担的任务愈发重要，而冶金企业电气自动化设备的良好状态是企业生产系统安全稳定运行的保障，因此必须切实解决好冶金企业电气自动化设备故障问题。通常而言，针对烧结厂电气自动化设备故障问题，应自上而下建立科学的防范意识和责任意识，即在电气自动化设备使用中，建立安全、科学、规范的操作流程，避免设备在使用中的操作错误、参数设置等引发的故障问题，从根本上保证设备的使用安全。

3.2 制定科学维护机制

电气自动化设备通常处于高负荷运行状态之中，要想长期保证设备的安全有效运行，规避设备故障问题的产生，则应当从根本上解决维护的问题，将各类故障风险隐患解决在萌芽状态。据此，在设备的使用中应制定日常维护机制、日常巡检机制与定期点检机制，确保在故障风险尚未形成阶段，落实故障隐患的就地解决，保证电气自动化设备的安全稳定运行。

当然，制定科学制度的同时，也必须要强调检测质量，即在日常的巡查、巡检过程中，必须要掌握电气自动化设备的技术性能和运行特点，判断设备运行是否符合标准，是否存在异常问题等，及时掌握、收集和反馈故障信息，以实施更加全面的诊断和维护工作，便于后续工作的开展。

3.3 优化故障维护体系

对于烧结厂而言，提升电气自动化故障诊断效率的关键在于预防，而实现故障维护体系的优化也是至关重要。尤其是做好故障维护体系的构建，即扎实落实设备的巡检与定期维护，建立电气自动化设备的维护档案，切实依据设备的维护保养要求，及时提供相应的保养、维护和换件等操作，使电气自动化设备始终保持良好的技术性能。另外，注重电气自动化设备使用环境的优化，即在日常的设备使用中，必须要遵循其使用场景的优化，要求设备在规定的范围内运行，避免超负荷运行，及时对污染物实施清理。此外，还应积极引入现代化电子监测元件和数据传感设备，实现对电气自动化设备的实时监测，第一时间发现异常问题并实施故障处理，达到省时、省力的效果。

列举维修实例。例如：烧结配料系统中，皮带秤的配料都是按照设定好的比例下料，皮带秤的设定与实际反馈值形成PID 调节。PID 调节分为三部分：比例P 控制，其控制器的输出与输入误差信号成比例关系，当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差；积分I控制，其控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系，积分项对误差取时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大，这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大，使稳态误差进一步减小，直到等于零，因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差；微分D 控制，其控制器的输出与输入误差信号的微分成正比关系，在微分控制中，自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳，解决的办法是使抑制误差的作用“超前”，而具有比例+微分(PD)的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调，因此对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。例如图2所示。

图2 比例+微分(PD)调节过程中的动态特性

而在烧结配料系统中，称重反馈波动比较大，需要采用调节PID 参数。PID 参数设定需要根据称重设备情况，经过系统运行调试摸索最佳调节参数，使得下料称重反馈快速趋于平稳，减小回差，保证下料平稳，如图3所示。

图3 PID调节过程中的动态特性

4 结语

本文以烧结生产线电气自动化设备故障诊断和维护为例，介绍了冶金企业电气自动化设备常见故障类型，探索了冶金企业电气自动化设备故障的解决之道，提出了冶金企业电气自动化设备故障诊断和维护策略，为冶金企业的安全高效生产和发展提供了可靠的保障。

总而言之，随着冶金行业的地位日益突显，对企业安全稳定生产的要求也愈发严格。尤其是烧结厂作为冶金企业重要的生产工序，对于电气自动化设备的依赖性更强，因此电气自动化设备的故障诊断和维护必须要适应环境的变化，注重提升自身设备故障诊断与维护能力，及时化解存在的各类风险问题。对于电气自动化设备维护和管理人员，应严格执行电气自动化设备运行、维护各项制度，确保在故障风险尚未形成阶段，落实故障隐患的就地解决，保证电气自动化设备的安全稳定运行。