1. 水泥生产设备运行状态监测的重要意义
    新型干法水泥生产线的原料、预热、烧成、冷却、煤磨等环节构成水泥熟料生产系统，系统中各种机械设备互相配合，环环紧扣，完成水泥熟料生产过程中从原料粉制备、燃料供应、原料粉预热、分解到熟料烧结、熟料冷却的全部工作。机械设备运行过程中性能会逐渐劣化，在一定条件下造成故障。水泥生产线上任何一台设备停机，都会造成全线停产。新型干法水泥的生产是连续性的，每次停窑都要经过停止喂料——>减煤——>给窑体保温的全过程；停窑时间比较长的情况还要停止喂煤。设备故障排除以后再恢复生产时就要经过先给窑体升温到900~1000℃再从少到多增加喂料的过程。即使短时间的停窑，到恢复正常生产，往往也要浪费一两个小时。由于新型水泥生产线产能大，5000t/d生产线停产一天，按一吨水泥熟料市场价235元计算，企业就要损失约117万元，每停产1小时，就要损失约5万元。此外，窑体保温、升温的过程还要浪费大量的燃料。因此，搞好机械设备状态监测，预知设备的状况，做到预知维修，减少停机的次数，提高水泥窑运转率，点火之后不停窑，是水泥企业追求的目标。

    2. 国外水泥生产设备运行状态监测技术发展状况
    工业发达国家对水泥生产设备运行状态监测普遍非常重视，早在1988年1月，当我在德国玻利休斯公司建造的伊拉克卡尔巴拉水泥厂工作时对此就深有体会。卡尔巴拉水泥厂有两条3200t/d水泥生产线，日产水泥近7000吨，不足400名职工要完成生产、检修乃至大修任务的任务。令人吃惊的是，职工人数这么少，却设立了一个有8个岗位的“预检修办公室”。我在该厂任工程师的三年时间里，这个“预检修办公室”领导全厂对2条生产线进行了5次有效的大修和无数次的中修、小修。保证了设备的正常运行，创下了窑运转率超过93%的该厂最好记录，也使卡尔巴拉水泥厂成为了伊拉克工业部的红旗单位。
    “预检修办公室”的作用，关键是“预”字，是它使全厂的设备维修管理由“传统的计划维修和使用大量的检修工人去四处救火”的模式转换成了目前在许多企业中采用的“专业运行、专业诊断、专业维修”的设备维修管理模式。通过运行人员反馈和专业监测人员的周期性巡检，可以早期发现设备的故障，并判断出故障的类型、部位和程度，运行部门参考监测中心的诊断意见并结合实际生产情况，合理安排停机维修计划。而专业维修机构(或公司)可以参考监测中心出具的“诊断报告”大大减少盲目维修带来的巨大浪费。这样一来，企业的设备维修由原来的被动维修和计划预防维修，转变成现在的状态预知维修。 运行过程中完善的监控、巡视成为设备不停车、少停车，提高运行效率的有力保障。

    3. 国内水泥生产设备运行状态监测技术发展状况
    过去国内水泥生产企业为保证生产正常进行，对设备普遍采用定期维修方式。以运转率90%的新型干法水泥生产线为例，每年就有约40天的设备维修时间，（包括临时停窑检修时间），以设备高质量运行。
    目前，新型干法水泥生产企业实现“预知”维修的通常做法是，设备管理部门通过整理分析生产线日常生产运行过程的设备监测参数，尤其是可溯性参数。（因为通过监测参数的可溯功能，设备管理人员可以查看在设备报警前一段时间的设备运行参数，帮助设备管理人员更好的判断设备运行的的真实状况。如某一点的温度突然升高报警，造成了停车，实际上并不一定是设备本身真有故障，可能是由于温度测量系统出现的瞬时故障。）发现设备隐患，制定设备大修计划，实现设备的高质量的维修保养。
现在使用DCS系统的新型干法水泥生产线的机械设备监控一般分为以下三部分。
    一是将烧成系统中的部分主机（如窑头、窑尾主风机、原料磨机、选粉机、煤磨磨机等设备）的轴瓦、轴承的温度、振动参数（幅度或位移）送到DCS机站，在中央控制室操作员的计算机上显示、记录并存储，再由操作员来监控设备运行。运行参数具有可追溯性。一旦发生参数超限报警，由操作员决定是否停车，或报告机械设备管理部门来确认、处理。DCS系统主要是管理生产线的生产工艺运行参数。所以留给机械运行参数的DCS点数有限，同时还受操作员计算机画面尺寸的限制。能够传送到中控室的设备运行参数只能占熟料生产系统的一小部分。
二是在现场主机设备如磨机的驱动电机、窑托轮等设备附近安装具有可向中控室操作员计算机传送峰值报警信号功能的温度巡检仪，用来监测主机设备的轴承或轴瓦的温度。当中控室操作员在计算机画面上看到某一个参数超限报警后，通知机械管理人员进行确认、处理。这些参数由于受巡检仪设备的限制，只在现场显示，没有存储，也不可以追溯。
三是水泥熟料烧成系统中，那些没有被中控室操作员监控，也没有安装现场巡检仪的机械设备，则通过设备管理人员利用手摸（感知温度、振动变化）耳听（感知振动或异音）或是利用机旁安装的固定式机械温度计、便携式温度计、测振仪进行定期或不定期的巡检，发现问题及时处理并将巡检结果记录在车间的日志上，这些参数，数量最多，虽然具有可追溯性，但是时间滞后并掺加有人为因素。

    4. 基于物联网技术的新型干法水泥生产线设备状态监测系统
    物联网指的是将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。有专家称“物联网”是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。将水泥生产设备的状态信息融入物联网中是新一代设备状态监测与故障诊断技术的必然发展趋势。
    4.1 主要监测参数
    4.1.1 温度监测
    水泥熟料生产系统中，除了窑内掉转外，机械设备的故障多发点往往出现在主机设备的轴承、轴瓦。由于安装、负荷、润滑、润滑油质等原因都可能出现温度升高、振动参数异常，甚至报警停车等状况。设备轴承、轴瓦温度参数的测量可以通过热电阻、温度变换器、温度指示仪组成温度测量系统来实现，它的优点在于温度参数可以远传，从而进行远距离观测、显示记录或存储，成为可溯性参数；缺点是每个测点需要独立的测量供电电缆，装置多、安装线路复杂，费用较高。也可以采用玻璃杆水银温度计在机旁测量温度，简单易行；缺点是必须到机旁才能看到温度值，测量结果没有办法远传、记录处理。还可使用便携式辐射温度计，他的优点是简单方便，但是水银温度计存在同样的缺点。
    4.1.2 振动监测
    振动是一种极其普遍的物理现象，是物体围绕平衡位置所做的往复运动。为了说明振动的性质，大多使用振幅、频率、相位三种参数表示振动，对振动的激烈程度、振动的原因及不良部位等进行定量的分析。
    （1）振幅   

    振幅表示振动体或质点距离其平均中心的幅度。振幅有位移振幅、速度振幅和加速度振幅之分。表示方法有单振幅、双振幅两种。也有以最大值、平均值、有效值三种来表示振幅的。图1表示了它们之间的相互关系。
    （2）频率
    物体每振动一次所需要的时间称为周期。单位是秒，而每秒振动的次数叫做频率，其单位是次／秒，用Hz表示。
    频率与振动周期互为倒数，即    频率=1/周期
    （3）相位
    所谓相位就是表示振动的部分相对于其他振动的部分或其他固定部分处于什么位置关系的一个量。两个不同的振动源都会有各自的相位，相同的相位可能引起合拍共振，产生严重后果。如果相位相反，则可能引起振动抵销，起到减振作用。因此，相位也是振动特征的重要信息。
    振动参数检测可以测量加速度、频率、位移。首先使用传感器把机械能转换成电能，产生与机械振动成函数关系的电信号。然后用振动测试仪器对信号进行放大、记录和显示。各种进口、国产振动参数分析设备琳琅满目，进口设备动辄就要几十万元一套。
    根据本人三十多年在新型干法水泥生产线工作的实践和很多水泥设备管理专家的理论，精密的振动检测和分析对水泥生产设备固然重要，但不是一定必要的。振动位移、速度和加速度三者之间有着微分、积分关系。只要获得其中之一，便可换算求得另外两个参数。 如果能够将振动位移检测参数测好，坚持下来，就可以满足水泥企业设备运行维护的需要，也包括了预检修的需要。           
    4.2 监测系统结构
    图2是基于物联网技术的新型干法水泥生产设备运行状态监测系统（以下简称SJCX系统）结构原理。
    将需要监控的所有机械设备的温度、位移振幅参数，通过温度检测单元、振动监测单元采集后送到车间计算机进行处理、显示、存储（一般为一年或更长），车间计算机通过光纤将信息传送到企业设备管理部的计算机。同时经过物联网将信息传到设备管理者的电脑或手机上（或者是重要设备的制造厂家）。当设备运行参数出现报警时，设备管理者的电脑或手机上就会显示正在报警的设备名称，报警数据和该参数报警前8小时的连续运行的曲线。

    图3是SJCX系统的立磨温度测量系统。传统上的温度测量方法，必须是一个温度测点就要一支热电阻，一个温度变换器和一根电缆，才能将温度信号传送到车间计算机。这样测点一多，设备就多，电缆也多，不仅费用高而且增加很大的施工难度，这也是水泥企业机械设备监测运行参数少的重要原因。SJCX系统采用了先进的“一线总线测温方式”，使用一根电缆将所有的温度检测单元直接串联起来，最多可串联64个测温单元，基本上满足新型干法水泥生产线各个车间的机械设备的温度检测。

    图4是SJCX系统中振动检测系统结构原理。振动监测也没有采用传统的压电传感器加电荷放大器的测量方式，而是在现场安装一台能够接受最多8路振动信号的远程终端装置，该装置直接连接ICP（内置电路压电晶体）传感器，并具有双积分电路取得振动的位移振幅，振动信号就地数字化以后用计算机网线传送到车间计算机。
    图5是某水泥厂烧成车间设备状态监测计算机屏幕画面。监测系统可以根据用户请求或报警状态把计算机屏幕画面整体或部分的拷贝下来通过无线公用通信网络发送到手提电脑或手机上。

    图6是某水泥窑托轮瓦出现温度高报警时发到电脑和手机上的画面。
    图7是某水泥厂原料立磨底座振动位移幅度高报警时发到电脑和手机上的画面。

    将新型干法水泥生产线设备状态监测系统融入物联网适应了信息技术的发展趋势，可以充分利用3G技术等最新的通信技术成果，满足了振动信号传输和监控计算机屏幕画面动态传输等大容量高速数据通信的需求，使设备管理者可以随时、随地、随身获取设备状态信息，进行分析判断，并且可以非常方便的实现设备故障的专家远程会诊，制定检修或预检修计划，通过在实践中应用，最大限度地保证了生产设备的正常运行，达到了提高设备运转率，降低维修成本，提高企业经济效益的目的。

    参考文献：
    1、2006.5.3中国资产管理网“振动及检测”。