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

國內山高坡陡、知名度較大且客運索道速度快、運量大的旅游景區(qū)主要采購國外索道產(chǎn)品，設備陳舊、安全性差、舒適性低的設備仍在景區(qū)內廣泛使用，超過1/3的索道已運行十幾年。此外，多數(shù)索道的運營管理及設備管理相對落后，缺乏相應的標準規(guī)范及科學的技術手段。

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

客運索道設備健康管理系統(tǒng)

客運索道設備健康管理系統(tǒng)利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術解決客運索道設備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、故障預測及維護保養(yǎng)等問題，提高設備運行安全性、可靠性，降低設備運維成本及異常停機損失。保障索道運行安全的同時，幫助索道管理者提供更高的運營效益。

系統(tǒng)介紹

客運索道設備健康管理系統(tǒng)由感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)處理層及應用層組成。感知層數(shù)據(jù)來源包括索道設備PLC控制器上傳的控制參數(shù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、系統(tǒng)自診斷故障以及外接傳感器、RFID等傳感技術獲取設備的運行參數(shù)及狀態(tài)信息，為保證故障診斷及故障預測的準確性，須保證數(shù)據(jù)的精度、實時性及有效性；傳輸層通過以太網(wǎng)、4G等通訊方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)從設備現(xiàn)場到云存儲的傳輸，須滿足數(shù)據(jù)傳輸速度及通信的可靠性；數(shù)據(jù)處理層進行數(shù)據(jù)的云端存儲及計算，利用機器學習、大數(shù)據(jù)分析及人工智能技術實現(xiàn)設備故障診斷及故障預測等任務，應保證診斷及預測的及時性及準確性；應用層基于設備管理系統(tǒng)（EAM）體系架構，以設備點檢管理、保養(yǎng)管理、維修管理、備件管理為設備管理的業(yè)務驅動，以智能的設備運行狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、故障預測結果為設備維護的決策依據(jù)。

索道設備感知技術

客運索道屬于典型機電一體化系統(tǒng)，主要設備包括鋼絲繩、驅動系統(tǒng)、驅動輪、迂回輪、液壓站、制動系統(tǒng)、張緊裝置、支架、托壓索輪、運載工具、抱索器、自動控制系統(tǒng)、安全保護回路等。涉及的設備類型繁雜，需用多種感知技術實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測。目前，索道的PLC控制器已經(jīng)實現(xiàn)了如運轉速度、液壓油壓力、拖掛抱索器抱索力及如脫索檢測U型針、制動閘限位開關等執(zhí)行機構的開關量檢測，但仍存在關鍵部件狀態(tài)監(jiān)測不足問題。下面針對索道系統(tǒng)中未進行狀態(tài)監(jiān)測的關鍵部件的感知技術進行介紹。

鋼絲繩的狀態(tài)監(jiān)測

鋼絲繩作為承載與牽引運載工具的關鍵部件，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識別技術，對鋼絲繩的損傷及缺陷進行檢測。利用弱磁檢測技術可以獲取鋼絲繩局部缺陷LF(LocalizedFault)和截面積損耗LMA(Lossof metallicArea)，對兩種指標進行綜合分析可實現(xiàn)鋼絲繩的斷絲、磨損、銹蝕等內部故障診斷；通過CCD攝像頭獲取鋼絲繩外觀圖像，利用視覺識別技術可實現(xiàn)鋼絲繩的扭曲、擠壓、松絲、松股等外部故障診斷。

電機類設備的狀態(tài)監(jiān)測

客運索道系統(tǒng)主要涉及驅動裝置電機、液壓泵電機、工作閘電機等幾類電機；電機的故障直接影響設備的正產(chǎn)運轉，嚴重時危害人身安全。系統(tǒng)針對電機類設備采用電壓、電流互感器監(jiān)測其電氣信號，基于電機電氣信號的時域及頻域分析獲取電機的負載情況、運行效率等運行參數(shù)并且實現(xiàn)電機繞組短路、繞組接地、繞組斷條、缺相運轉等電氣故障的故障診斷；采用振動傳感器監(jiān)測電機轉子軸承的振動信號，基于軸承振動信號的時域及頻率分析，實現(xiàn)包括轉子不平衡、轉子偏心、基座松動、軸承故障、潤滑不良在內的機械故障的故障診斷。

齒輪及軸承旋轉類機械的狀態(tài)監(jiān)測

軸承在索道減速器、驅動輪及回轉輪的旋轉運動中起到主要的支作用，其狀態(tài)的好壞直接影響著旋轉設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動還需傳遞負載力矩，其狀態(tài)好壞直接影響系統(tǒng)正常運轉。旋轉機械其運行狀態(tài)更多的反應在振動信號上，系統(tǒng)采用振動傳感器監(jiān)測各軸的振動信號并進行時域及頻域分析，可實現(xiàn)軸承的內圈、外圈、滾動體、保持架等故障診斷，以及齒輪的輪面磨損、齒面點蝕、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

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、過濾器、供油管路、電磁閥、溢流閥、壓力開關等元器件。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，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，使控制元件動作失靈而引起系統(tǒng)故障。系統(tǒng)采用在線顆粒計數(shù)器進行清潔度檢測，實現(xiàn)液壓油的清潔度實時監(jiān)測，并報告液壓油污染等級。

設備的故障診斷及故障預測

前面介紹的索道(PLC)控制器可上傳系統(tǒng)自診斷故障。為了補充索道系統(tǒng)的運行狀態(tài)監(jiān)及故障診斷范圍，本系統(tǒng)針對關鍵部件設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，提高索道設備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷能力。

本系統(tǒng)將設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，通過對傳感器采集的原始數(shù)據(jù)進行初步計算和分析完成狀態(tài)監(jiān)測及預警，診斷主要依據(jù)設計指標及成熟的“專家”經(jīng)驗設定的閾值與條件，其中“專家”經(jīng)驗包括工程經(jīng)驗與終端的在線自學習產(chǎn)生的可靠診斷經(jīng)驗。

云端故障診斷如下圖所示，通過對由物聯(lián)網(wǎng)終端及DCS、PLC數(shù)據(jù)組成的云端數(shù)據(jù)中心進行特征挖掘、模型訓練、深度學習等人工智能分析實現(xiàn)故障診斷、故障定位并不斷發(fā)現(xiàn)新的診斷知識。

設備故障預測如下圖所示，主要包括設備故障預測、剩余壽命預測及健康狀態(tài)評估。預測分析數(shù)據(jù)源同樣來自于由物聯(lián)網(wǎng)終端及DCS、PLC數(shù)據(jù)組成的云端數(shù)據(jù)中心。在云端對歷史數(shù)據(jù)進行挖掘，挖掘出對故障及壽命有影響的關鍵特征，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）進行擬合，對設備的故障及生命周期內的健康狀態(tài)進行分類，基于分布結果進行神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練學習，進而獲取準確的預測分析模型；利用預測分析模型實現(xiàn)機組的故障預測、剩余壽命預測及健康狀態(tài)評估。

設備健康管理業(yè)務

設備健康管理業(yè)務主要包括設備點檢管理、保養(yǎng)管理、維修管理、備件管理。

1）點檢管理實現(xiàn)設備點檢計劃、路線、工單、執(zhí)行情況的管理，點檢歷史的記錄及工單逾期報警等功能。

2）保養(yǎng)管理實現(xiàn)設備潤滑、易損件更換、防銹處理、設備緊固處理等保養(yǎng)活動的計劃、工單、執(zhí)行的管理、保養(yǎng)歷史的記錄及工單逾期報警等功能。其中，保養(yǎng)工單分為由根據(jù)故障診斷及故障預測結果自動生成的工單及人工自建工單。

3)維修管理用來管理設備故障信息及維修工單，設備故障信息包括故障原因、分析報告、處理措施等信息，維修工單的來源包括日常點檢報修、緊急故障報修及依據(jù)故障診斷及故障預測結果自動生成的工單。

4)備件管理實現(xiàn)備件的出入庫管理、備件緊缺報警及庫存優(yōu)化功能。通過對備件的周轉率及使用頻率進行統(tǒng)計分析，不斷優(yōu)化備件庫存結構及采購計劃，實現(xiàn)滿足檢維修需求的庫存。

系統(tǒng)價值

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

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