一、項目必要性

皮帶機流程線運行，主要還是靠巡檢完成的，受到人員素質和技術水平、管理漏洞等因素影響，設備預防性檢修工作效果不佳，隱患不能及時發(fā)現(xiàn)，常常導致非計劃停機事故造成重大經(jīng)濟損失。

皮帶機流程線運行中電機、滾筒、減速箱運行狀態(tài)對皮帶機流程線能否正常運轉有非常大的影響，皮帶輸送機常見故障：打滑、撒料、皮帶跑偏、異常噪聲、輸送帶的損壞等。隨著云計算、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等新興技術的發(fā)展，加以溫度、振動傳感器的應用，通過建立相應智能監(jiān)測系統(tǒng)對皮帶機流程系統(tǒng)中電機、滾筒、減速箱的機械振動、軸承溫度等重要運行信號的采集并進行趨勢變化分析，實現(xiàn)設備的各種運行狀態(tài)全方面的實時監(jiān)測。

通過溫度及振動數(shù)據(jù)的采集、分析，提前預知設備故障隱患、判斷故障嚴重程度、確定故障位置和備品備件的及時準備，以減緩、減少、避免、大型事故的發(fā)生，降低非計劃停機的次數(shù)，為合理維護提供決策依據(jù)。同時，結合皮帶機流程管理中縱向防撕裂保護裝置、智能潤滑等系統(tǒng)的應用，逐步完善皮帶機流程智能化監(jiān)測，促進皮帶機流程管理現(xiàn)場少人化乃至無人化。

因此，增設皮帶輸送機設備健康狀態(tài)智能監(jiān)測與預警系統(tǒng)有客觀和現(xiàn)實的必要性。

二、項目實施方案

傳統(tǒng)電氣設備在線監(jiān)測采用有線連接方式，施工復雜，成本高。本方案利用了無線物聯(lián)網(wǎng)在設備廠中的優(yōu)勢，在綜合考慮網(wǎng)絡結構功耗、運行穩(wěn)定以及組建成本的前提下，采用NB-IOT無線傳感器網(wǎng)絡來進行構建，設計了在線監(jiān)測系統(tǒng)的軟硬件方案與流程。該設計克服了布線麻煩、維護不方便等困難，提高了系統(tǒng)應用的靈活性。

1.方案框架：

本系統(tǒng)架構主要包括傳感器、NB-IoT技術、人機界面等。利用智能NB-IoT傳感器進行振動和溫度數(shù)據(jù)采集，通過物聯(lián)網(wǎng)卡與公共基站通信，把設備的溫度和振動特性等數(shù)據(jù)傳送到公共網(wǎng)絡，然后通過廠內(nèi)4G網(wǎng)絡交換機上傳到廠內(nèi)服務器，最終數(shù)據(jù)收集匯聚在監(jiān)測系統(tǒng)平臺，進行數(shù)據(jù)管理和分析。此方案采用了無線傳輸，無需布線，無需自建私有基站，不僅節(jié)約了布線成本，同時也減少了線路的維護費用。

2、設備硬件選擇：

智能NB-IOT無線溫振復合傳感器

NB-IoT是IoT領域一個新興的技術，支持低功耗設備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，也被叫作低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)。本傳感器方面，主要特點如下：

（1）功耗低——內(nèi)置低功耗算法，休眠電流＜10uA，據(jù)估算利用一節(jié)ER26500鋰亞電池，可在特征值傳輸頻率每小時1次的情況下連續(xù)工作長達2年以上。

（2）時延短——通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短，時延可達us級別。

（3）網(wǎng)絡容量大——海量入網(wǎng)，無需網(wǎng)關，覆蓋超強，滿足地廣人稀和地下應用。

（4）通訊指示燈功能——傳感器主動上傳數(shù)據(jù)，同時具有通訊指示燈閃爍指示功能，便于工程人員調(diào)試、檢測和現(xiàn)場部署。

（5）15維特征值——可在原來三軸加速度峰值、三軸速度有效值、三軸位移峰峰值的基礎上增加了加速度有效值、歪度、歪度指標、方差、裕度因子、波峰因子、峭度、峭度指標、脈沖因子、譜方差、譜均值和譜有效值，總共15維振動特征值（可按照客戶需求拓展）；豐富了設備振動狀態(tài)的參數(shù)，大大增加了用戶評價在測設備的振動狀態(tài)的手段，為更好的進行設備智能運維提供了依據(jù)。

（6）NB-IOT網(wǎng)絡參數(shù)可設——內(nèi)置物聯(lián)網(wǎng)卡，可直接接入公網(wǎng)，可根據(jù)需求設置上傳服務器地址和端口號，使用更加靈活便捷。

（7）NB-IOT 信號強度檢測——數(shù)據(jù)上傳自帶信號強度檢測功能，方便區(qū)分廠區(qū)信號強弱位置，方便用戶根據(jù)現(xiàn)場的環(huán)境調(diào)整部署位置，使數(shù)據(jù)傳輸更加可靠通暢。

（8）采樣頻率和波形長度可設——可根據(jù)需求設定不同采樣率和波形長度；豐富了傳感器的應用場景，既可以用于檢測高達60000轉/分鐘的設備的振動狀態(tài)，也可以用于檢測600轉/分鐘的低轉速設備的振動狀態(tài)。

（9）振動頻率檢測——傳感器可以直接輸出在測設備振動頻率參數(shù)，通過振動頻率可以直接換算出旋轉類設備的轉速。一個傳感器多種用途，為用戶節(jié)省成本。

（10）傾角測量功能——內(nèi)置6軸融合傾角算法，傳感器能夠測量自身的安裝角度，不僅適用于靜止狀態(tài)，設備在振動狀態(tài)同樣精準。用戶可以根據(jù)傳感器的安裝角度結合振動數(shù)據(jù)，綜合分析在測設備的振動狀態(tài)。

（11）獨特外觀結構——小體積、低質量、多種安裝方式、內(nèi)置板載天線高可靠性。外形體積65.5mm*65.5mm*70mm，產(chǎn)品質量約280克，可采用磁吸、螺栓、膠粘等多種安裝方式，無論安裝空間還是安裝靈活性上，都極大方便現(xiàn)場安裝部署，節(jié)約部署成本，內(nèi)置天線，避免設備長期振動而導致天線脫落的風險。

（12）可靠性高——采用了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸模式， 每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息，如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以進行重發(fā)。

（13）安全性高—— 提供了基于循環(huán)冗余校驗(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能, 采用了加密算法,各個應用可以靈活確定其安全屬性。

（14）本安防爆——傳感器按照本安防爆的要求修改完善硬件設計，取得本安防爆證書，可以應用于油田、化工、煤炭等具有防爆要求的場所。

總體來講，傳感器內(nèi)置智能FFT頻譜分析算法，既能采集加速度原始數(shù)據(jù)，又能計算出頻率等頻域參數(shù)；采用低功耗算法，實現(xiàn)電池供電長期工作；采用高能量鋰亞電池供電；外殼采用高強度合金和工程塑料，適應高溫強振的惡劣工業(yè)現(xiàn)場。本產(chǎn)品作為物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點，本產(chǎn)品主要應用于大面積組網(wǎng)，實現(xiàn)長期在線監(jiān)測。

3、應用場景

三、監(jiān)測系統(tǒng)功能設計

設備廠內(nèi)智能化故障診斷系統(tǒng)包括設備報警系統(tǒng)，數(shù)據(jù)管理等模塊，其中主要對設備檢測數(shù)據(jù)進行基于振動和溫度的多維度、多角度數(shù)據(jù)分析和故障診斷，包括報警管理、振動和溫度趨勢、基于波形數(shù)據(jù)的時頻分析、頻域分析等。服務器端接收并解析數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對皮帶機設備各個參數(shù)進行監(jiān)測，并顯示設備的運行狀態(tài)，如有異常發(fā)生，系統(tǒng)會自動報警，同時具有微信公眾號推送功能。該軟件分為設備管理、數(shù)據(jù)分析、報警管理、數(shù)據(jù)報表。

1.數(shù)據(jù)展示功能：可以查看當前所有監(jiān)測設備及傳感器的位置及運行情況，顯示月數(shù)據(jù)量及月報警記錄的統(tǒng)計，滾動顯示傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)。

2.數(shù)據(jù)分析功能：設備運行趨勢圖、頻率-包絡趨勢、波形圖、頻譜圖、倒譜、包絡解調(diào)，多時域波形，多時域頻譜，通道溫度，多參量分析等分析方法，并能夠利用分析工具進行故障分析與診斷，需提供電池電量監(jiān)測。

3.用戶權限管理：具有完善人員角色及權限管理功能，實現(xiàn)不同用戶不同權限管理功能。

4.完善的自檢功能：能對硬件系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信狀態(tài)、串口通信狀態(tài)、傳感網(wǎng)絡狀態(tài)及內(nèi)部硬件信息等進行檢查，支持電池電壓和電流趨勢瀏覽，若存在異常，則給出提示信息。

5.完善的報警功能：可查看總體設備運行情況，包括設備的報警狀況、傳感器的報警狀況，以及每個設備的情況，可查看設備的運行狀態(tài)詳情。進入設備詳情頁，可查看采集數(shù)據(jù)量、報警量、最近三天的報警情況統(tǒng)計，以及傳感器當前狀態(tài)等。報警管理功能記錄了報警位置，當某臺設備出現(xiàn)故障需要檢修時，負責人可以快速確認位置，第一時間到達現(xiàn)場，利用警報和運行狀態(tài)的變化趨勢，盡早診斷分析出具體故障部位和故障原因，繼而提出維修方案。

6.傳感器歷史趨勢查看：可查看最新的特征值數(shù)據(jù)以及歷史記錄折線圖，支持下載數(shù)據(jù)?？刹樵儌鞲衅鳉v史振動和溫度的數(shù)據(jù)信息并支持下載數(shù)據(jù)。

7.傳感器“波形記錄”：可查看已采集的波形，選擇要查看的波形，即可加載相應的折線圖，振動分析功能可以把數(shù)據(jù)以時域波形、加速度均方根趨勢、頻域波形方式記錄。

8.狀態(tài)監(jiān)測周評估報告：平臺可根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，提供狀態(tài)監(jiān)測周評估報告，報告中需包含設備健康狀態(tài)、設備報警記錄和專家指導建議。