客運(yùn)索道因其地形適應(yīng)性強(qiáng)、環(huán)境破壞性小、建設(shè)成本低等優(yōu)點(diǎn)成為了山岳型風(fēng)景區(qū)、滑雪場(chǎng)不可或缺的交通方式。運(yùn)輸乘客的運(yùn)載工具往往吊掛在很高的半空中，因此安全性要求極高。這也要求索道設(shè)備具有很高的安全性及可靠性。

國(guó)內(nèi)山高坡陡、知名度較大且客運(yùn)索道速度快、運(yùn)量大的旅游景區(qū)主要采購(gòu)國(guó)外索道產(chǎn)品，設(shè)備陳舊、安全性差、舒適性低的設(shè)備仍在景區(qū)內(nèi)廣泛使用，超過(guò)1/3的索道已運(yùn)行十幾年。此外，多數(shù)索道的運(yùn)營(yíng)管理及設(shè)備管理相對(duì)落后，缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及科學(xué)的技術(shù)手段。

在“中國(guó)智造2025”與“兩化融合”的大背景下，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用為企業(yè)設(shè)備健康管理提供了新的技術(shù)支持。建設(shè)客運(yùn)索道設(shè)備健康管理系統(tǒng)，保證索道運(yùn)行設(shè)備的安全可靠，將成為客運(yùn)索道行業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。

客運(yùn)索道設(shè)備健康管理系統(tǒng)

客運(yùn)索道設(shè)備健康管理系統(tǒng)利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)解決客運(yùn)索道設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷、故障預(yù)測(cè)及維護(hù)保養(yǎng)等問(wèn)題，提高設(shè)備運(yùn)行安全性、可靠性，降低設(shè)備運(yùn)維成本及異常停機(jī)損失。保障索道運(yùn)行安全的同時(shí)，幫助索道管理者提供更高的運(yùn)營(yíng)效益。

系統(tǒng)介紹

客運(yùn)索道設(shè)備健康管理系統(tǒng)由感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)處理層及應(yīng)用層組成。感知層數(shù)據(jù)來(lái)源包括索道設(shè)備PLC控制器上傳的控制參數(shù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)自診斷故障以及外接傳感器、RFID等傳感技術(shù)獲取設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)信息，為保證故障診斷及故障預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，須保證數(shù)據(jù)的精度、實(shí)時(shí)性及有效性；傳輸層通過(guò)以太網(wǎng)、4G等通訊方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)到云存儲(chǔ)的傳輸，須滿足數(shù)據(jù)傳輸速度及通信的可靠性；數(shù)據(jù)處理層進(jìn)行數(shù)據(jù)的云端存儲(chǔ)及計(jì)算，利用機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)分析及人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障診斷及故障預(yù)測(cè)等任務(wù)，應(yīng)保證診斷及預(yù)測(cè)的及時(shí)性及準(zhǔn)確性；應(yīng)用層基于設(shè)備管理系統(tǒng)（EAM）體系架構(gòu)，以設(shè)備點(diǎn)檢管理、保養(yǎng)管理、維修管理、備件管理為設(shè)備管理的業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)，以智能的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷、故障預(yù)測(cè)結(jié)果為設(shè)備維護(hù)的決策依據(jù)。

索道設(shè)備感知技術(shù)

客運(yùn)索道屬于典型機(jī)電一體化系統(tǒng)，主要設(shè)備包括鋼絲繩、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)輪、迂回輪、液壓站、制動(dòng)系統(tǒng)、張緊裝置、支架、托壓索輪、運(yùn)載工具、抱索器、自動(dòng)控制系統(tǒng)、安全保護(hù)回路等。涉及的設(shè)備類型繁雜，需用多種感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。目前，索道的PLC控制器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了如運(yùn)轉(zhuǎn)速度、液壓油壓力、拖掛抱索器抱索力及如脫索檢測(cè)U型針、制動(dòng)閘限位開(kāi)關(guān)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開(kāi)關(guān)量檢測(cè)，但仍存在關(guān)鍵部件狀態(tài)監(jiān)測(cè)不足問(wèn)題。下面針對(duì)索道系統(tǒng)中未進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵部件的感知技術(shù)進(jìn)行介紹。

鋼絲繩的狀態(tài)監(jiān)測(cè)

鋼絲繩作為承載與牽引運(yùn)載工具的關(guān)鍵部件，其健康狀態(tài)直接影響乘客的生命安全。系統(tǒng)采用弱磁探傷與視覺(jué)識(shí)別技術(shù)，對(duì)鋼絲繩的損傷及缺陷進(jìn)行檢測(cè)。利用弱磁檢測(cè)技術(shù)可以獲取鋼絲繩局部缺陷LF(LocalizedFault)和截面積損耗LMA(Lossof metallicArea)，對(duì)兩種指標(biāo)進(jìn)行綜合分析可實(shí)現(xiàn)鋼絲繩的斷絲、磨損、銹蝕等內(nèi)部故障診斷；通過(guò)CCD攝像頭獲取鋼絲繩外觀圖像，利用視覺(jué)識(shí)別技術(shù)可實(shí)現(xiàn)鋼絲繩的扭曲、擠壓、松絲、松股等外部故障診斷。

電機(jī)類設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)

客運(yùn)索道系統(tǒng)主要涉及驅(qū)動(dòng)裝置電機(jī)、液壓泵電機(jī)、工作閘電機(jī)等幾類電機(jī)；電機(jī)的故障直接影響設(shè)備的正產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時(shí)危害人身安全。系統(tǒng)針對(duì)電機(jī)類設(shè)備采用電壓、電流互感器監(jiān)測(cè)其電氣信號(hào)，基于電機(jī)電氣信號(hào)的時(shí)域及頻域分析獲取電機(jī)的負(fù)載情況、運(yùn)行效率等運(yùn)行參數(shù)并且實(shí)現(xiàn)電機(jī)繞組短路、繞組接地、繞組斷條、缺相運(yùn)轉(zhuǎn)等電氣故障的故障診斷；采用振動(dòng)傳感器監(jiān)測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸承的振動(dòng)信號(hào)，基于軸承振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域及頻率分析，實(shí)現(xiàn)包括轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子偏心、基座松動(dòng)、軸承故障、潤(rùn)滑不良在內(nèi)的機(jī)械故障的故障診斷。

齒輪及軸承旋轉(zhuǎn)類機(jī)械的狀態(tài)監(jiān)測(cè)

軸承在索道減速器、驅(qū)動(dòng)輪及回轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中起到主要的支作用，其狀態(tài)的好壞直接影響著旋轉(zhuǎn)設(shè)備的工作性能及可靠性；此外，齒輪作為減速器的核心部件不僅傳遞運(yùn)動(dòng)還需傳遞負(fù)載力矩，其狀態(tài)好壞直接影響系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械其運(yùn)行狀態(tài)更多的反應(yīng)在振動(dòng)信號(hào)上，系統(tǒng)采用振動(dòng)傳感器監(jiān)測(cè)各軸的振動(dòng)信號(hào)并進(jìn)行時(shí)域及頻域分析，可實(shí)現(xiàn)軸承的內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體、保持架等故障診斷，以及齒輪的輪面磨損、齒面點(diǎn)蝕、齒面疲勞、齒面斷裂等故障診斷。

液壓站液壓油的狀態(tài)監(jiān)測(cè)

液壓站的作用是為緊急閘及張緊裝置提供所需的壓力。液壓站主要包括油箱、液壓泵、過(guò)濾器、供油管路、電磁閥、溢流閥、壓力開(kāi)關(guān)等元器件。主要故障有液壓油污染、泄露、液壓泵故障、電磁閥卡滯等。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，由于固體顆粒污染物引起的液壓系統(tǒng)故障占液壓系統(tǒng)故障的60%~70%，固體顆粒污染物可加速液壓元件的磨損、堵塞元件的間隙和孔口，使控制元件動(dòng)作失靈而引起系統(tǒng)故障。系統(tǒng)采用在線顆粒計(jì)數(shù)器進(jìn)行清潔度檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)液壓油的清潔度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并報(bào)告液壓油污染等級(jí)。

設(shè)備的故障診斷及故障預(yù)測(cè)

前面介紹的索道(PLC)控制器可上傳系統(tǒng)自診斷故障。為了補(bǔ)充索道系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)及故障診斷范圍，本系統(tǒng)針對(duì)關(guān)鍵部件設(shè)置外接傳感器并配備具有數(shù)據(jù)處理及初步故障診斷能力的物聯(lián)網(wǎng)終端，提高索道設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷能力。

本系統(tǒng)將設(shè)備故障診斷分為邊緣故障診斷和云端故障診斷兩部分。

邊緣故障診斷如下圖所示，通過(guò)對(duì)傳感器采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行初步計(jì)算和分析完成狀態(tài)監(jiān)測(cè)及預(yù)警，診斷主要依據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)及成熟的“專家”經(jīng)驗(yàn)設(shè)定的閾值與條件，其中“專家”經(jīng)驗(yàn)包括工程經(jīng)驗(yàn)與終端的在線自學(xué)習(xí)產(chǎn)生的可靠診斷經(jīng)驗(yàn)。

云端故障診斷如下圖所示，通過(guò)對(duì)由物聯(lián)網(wǎng)終端及DCS、PLC數(shù)據(jù)組成的云端數(shù)據(jù)中心進(jìn)行特征挖掘、模型訓(xùn)練、深度學(xué)習(xí)等人工智能分析實(shí)現(xiàn)故障診斷、故障定位并不斷發(fā)現(xiàn)新的診斷知識(shí)。

設(shè)備故障預(yù)測(cè)如下圖所示，主要包括設(shè)備故障預(yù)測(cè)、剩余壽命預(yù)測(cè)及健康狀態(tài)評(píng)估。預(yù)測(cè)分析數(shù)據(jù)源同樣來(lái)自于由物聯(lián)網(wǎng)終端及DCS、PLC數(shù)據(jù)組成的云端數(shù)據(jù)中心。在云端對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，挖掘出對(duì)故障及壽命有影響的關(guān)鍵特征，根據(jù)特征分布情況，選取接近的分布模型（如威布爾分布、正太分布、帕累托分布等）進(jìn)行擬合，對(duì)設(shè)備的故障及生命周期內(nèi)的健康狀態(tài)進(jìn)行分類，基于分布結(jié)果進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練學(xué)習(xí)，進(jìn)而獲取準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)分析模型；利用預(yù)測(cè)分析模型實(shí)現(xiàn)機(jī)組的故障預(yù)測(cè)、剩余壽命預(yù)測(cè)及健康狀態(tài)評(píng)估。

設(shè)備健康管理業(yè)務(wù)

設(shè)備健康管理業(yè)務(wù)主要包括設(shè)備點(diǎn)檢管理、保養(yǎng)管理、維修管理、備件管理。

1）點(diǎn)檢管理實(shí)現(xiàn)設(shè)備點(diǎn)檢計(jì)劃、路線、工單、執(zhí)行情況的管理，點(diǎn)檢歷史的記錄及工單逾期報(bào)警等功能。

2）保養(yǎng)管理實(shí)現(xiàn)設(shè)備潤(rùn)滑、易損件更換、防銹處理、設(shè)備緊固處理等保養(yǎng)活動(dòng)的計(jì)劃、工單、執(zhí)行的管理、保養(yǎng)歷史的記錄及工單逾期報(bào)警等功能。其中，保養(yǎng)工單分為由根據(jù)故障診斷及故障預(yù)測(cè)結(jié)果自動(dòng)生成的工單及人工自建工單。

3)維修管理用來(lái)管理設(shè)備故障信息及維修工單，設(shè)備故障信息包括故障原因、分析報(bào)告、處理措施等信息，維修工單的來(lái)源包括日常點(diǎn)檢報(bào)修、緊急故障報(bào)修及依據(jù)故障診斷及故障預(yù)測(cè)結(jié)果自動(dòng)生成的工單。

4)備件管理實(shí)現(xiàn)備件的出入庫(kù)管理、備件緊缺報(bào)警及庫(kù)存優(yōu)化功能。通過(guò)對(duì)備件的周轉(zhuǎn)率及使用頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，不斷優(yōu)化備件庫(kù)存結(jié)構(gòu)及采購(gòu)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)滿足檢維修需求的庫(kù)存。

系統(tǒng)價(jià)值

客運(yùn)索道健康管理系統(tǒng)可提高索道設(shè)備運(yùn)維管理效率10%~20%、降低安全風(fēng)險(xiǎn)70%~80%、降低意外停機(jī)損失近20%~35%、降低設(shè)備運(yùn)維成本30%~40%，為客戶創(chuàng)造可觀的安全保障與經(jīng)濟(jì)收益。

山東力久特種電機(jī)股份有限公司，專注于電機(jī)系統(tǒng)的研發(fā)、制造和銷售，定位服務(wù)于中、高端裝備制造業(yè)客戶，為客戶創(chuàng)造具有特色的高品質(zhì)電機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品與服務(wù)。