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摘要：工業(yè)工廠現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，設(shè)備眾多分布廣泛，設(shè)備狀態(tài)不易集中管理監(jiān)測，出現(xiàn)故障不能及時發(fā)現(xiàn)調(diào)整，本項(xiàng)目案例通過設(shè)備現(xiàn)場的狀態(tài)監(jiān)測傳感器、無線數(shù)傳模塊將設(shè)備的狀態(tài)信息實(shí)時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)信息處理中心，當(dāng)設(shè)備異常時將設(shè)備故障信息及時通知設(shè)備維修人員及工廠管理人員，做到實(shí)時監(jiān)測診斷，以便在設(shè)備出現(xiàn)問題之前及早發(fā)現(xiàn)，及時做出調(diào)整，不至于給企業(yè)帶來巨大損失。

1引言

XX集團(tuán)，全稱XXXX工業(yè)集團(tuán)股份有限公司，是一家專業(yè)生產(chǎn)汽車安全玻璃和工業(yè)技術(shù)玻璃的中外合資企業(yè)；是國內(nèi)最具規(guī)模、技術(shù)水平最高、出口量最大的汽車玻璃生產(chǎn)供應(yīng)商。

鋼化玻璃生產(chǎn)工藝中的加熱和冷卻都需要快速高效以達(dá)到預(yù)期生產(chǎn)效率，因此在生產(chǎn)中用到的大型鼓風(fēng)機(jī)就是重要的生產(chǎn)設(shè)備之一，本項(xiàng)目案例就是應(yīng)用在該集團(tuán)公司下屬全資子公司華南工廠的汽車擋風(fēng)玻璃鋼化車間（下稱工廠車間）。工廠車間內(nèi)鼓風(fēng)機(jī)是在建廠初期購進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，電機(jī)均為315KW或355KW大功率電機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)的動力部分（電動機(jī)）與工作部分（風(fēng)機(jī)風(fēng)葉）通過聯(lián)軸器、軸承箱連接并整體密封，如圖1所示：

圖1、風(fēng)機(jī)整體圖

由圖1可見，鼓風(fēng)機(jī)上未安裝任何檢測裝置，對于電機(jī)、風(fēng)機(jī)、軸承箱、聯(lián)軸器的異常很難及時發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行狀態(tài)檢視和故障檢修時需要人工到現(xiàn)場逐一點(diǎn)檢排查。往往等到故障發(fā)生時，設(shè)備部件已完全損壞、不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率和設(shè)備管理維修效率；因此對風(fēng)機(jī)運(yùn)行進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控，當(dāng)設(shè)備異常時能夠做到提前發(fā)現(xiàn)并及時維修以“防患于未然”變得尤為必要。以此來最大程度上提高生產(chǎn)效率，降低設(shè)備停機(jī)時間，減少設(shè)備維修管理人員的工作量及勞動強(qiáng)度，提升設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性，幫企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2項(xiàng)目實(shí)施可行性分析

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測檢測系統(tǒng)本著既能準(zhǔn)確診斷監(jiān)測又經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則，要對診斷的設(shè)備可能出現(xiàn)的故障、現(xiàn)場施工的難易性進(jìn)行分析，最大限度的減少項(xiàng)目實(shí)施的工作量及實(shí)施成本；同時要考慮對同類設(shè)備具有通用性、推廣性。

首先根據(jù)以前設(shè)備出現(xiàn)的問題，將故障歸納為4類：

不平衡故障：當(dāng)風(fēng)機(jī)葉輪損壞或變形產(chǎn)生不平衡時，振動就反映在軸轉(zhuǎn)動頻率上，若設(shè)備的振動

頻率與某一頻率相等時就會產(chǎn)生機(jī)械共振

軸承故障：當(dāng)有軸承損壞時，就有故障振動及高次諧波振動，即反映為振動幅度及頻率；

軸承損壞也會引起軸承磨損加劇，并伴隨軸承部位及軸承箱發(fā)熱

3、其它振動：當(dāng)設(shè)備某些聯(lián)接部位松動，部件損壞或磨損時，都會產(chǎn)生不同程度劇烈振動（包括撞擊）；

4、溫度過高：當(dāng)負(fù)載加重、軸承磨損、皮帶松動或磨損、風(fēng)葉變形等現(xiàn)象時會導(dǎo)致電機(jī)電流加大，造

成設(shè)備傳動部件溫度增高，電機(jī)驅(qū)動器（變頻器）發(fā)熱量增大

由上述分析可以看出，風(fēng)機(jī)狀態(tài)異常主要表現(xiàn)在振動異常和溫度變化異常，因此只要能準(zhǔn)確監(jiān)測風(fēng)機(jī)的振動異常和溫度異常就可以判斷風(fēng)機(jī)運(yùn)行是否正常。

3項(xiàng)目實(shí)施配置詳解：

針對工廠車間鋼化GT爐目前風(fēng)機(jī)的配置，共有24臺大功率風(fēng)機(jī)、9個變頻器房（因驅(qū)動電機(jī)的變頻器功率大、發(fā)熱量也大，安裝放置變頻器的房間需要使用空調(diào)制冷來降低環(huán)境溫度，所以也要實(shí)時監(jiān)控房間的溫度，以免造成變頻器的過熱故障）；為了準(zhǔn)確可靠的采集現(xiàn)場風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，及時準(zhǔn)確的反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，同時又兼顧項(xiàng)目的實(shí)施成本和勞動強(qiáng)度，確定為每臺風(fēng)機(jī)分別裝2個溫度傳感器和2個振動傳感器，整個系統(tǒng)共57個溫度傳感器和48個振動傳感器；共105路模擬量數(shù)據(jù)，風(fēng)機(jī)現(xiàn)場動力電纜錯綜復(fù)雜、干擾大，如果通過傳統(tǒng)的布線傳輸數(shù)據(jù)很容易造成數(shù)據(jù)丟失，且施工周期長、難度大；因此采用無線數(shù)傳模塊傳輸可以很好的解決這些問題，現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)場情況作出如下方案：

1、風(fēng)機(jī)上加裝振動傳感器和溫度傳感器；

2、風(fēng)機(jī)安放地點(diǎn)就近加裝數(shù)據(jù)采集處理控制箱；

3、配置無線傳輸系統(tǒng)將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒胩幚肀O(jiān)控中心；

4、配置中央處理監(jiān)控中心；

A、振動傳感器和溫度傳感器

在風(fēng)機(jī)軸承箱對應(yīng)位置安裝振動速度傳感器和溫度傳感器（安裝傳感器前后對比圖見圖2、圖3）

圖2、未裝傳感器前圖3、已裝傳感器后

振動傳感器及監(jiān)測儀采用無錫厚德自動化儀表有限公司生產(chǎn)HZD-W/L型智能振動監(jiān)控儀表與ST系列

振動速度傳感器（見圖4、圖5），該傳感器測量軸承座、機(jī)殼的振動速度和振動位移；由滾動軸承支承的轉(zhuǎn)動軸部分，其振動會傳到軸承座上，安裝在軸承上或者靠近軸承外殼上的速度傳感器，由內(nèi)部運(yùn)動線圈切割磁力線而輸出電壓，提供信號輸送給監(jiān)測儀表，監(jiān)測儀表通過內(nèi)部系統(tǒng)處理后輸出4-20mA的模擬量電流信號；用來對機(jī)械振動故障進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)警。該儀表非常適合對于電機(jī)、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)等需要測量多點(diǎn)振動的情況。

圖4、振動監(jiān)測儀圖  5、振動傳感器

溫度傳感器采用安徽天康股份有限公司生產(chǎn)的防爆式鎧裝熱電偶（見圖6)，熱電偶的工作原理是：熱電偶的電極由兩根不同導(dǎo)體材質(zhì)組成，當(dāng)測量端與參比端存在溫差時，就會產(chǎn)生熱電勢，工作儀表便顯示出熱電勢所對應(yīng)的溫度值。此溫度傳感器可輸出4-20mA信號，通常和顯示儀表、記錄儀表、電子計(jì)算等配套使用。能直接測量各種生產(chǎn)過程中的0°C~1300°C范圍內(nèi)液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面溫度。并且具有裝配簡單，更換方便，抗振性能好；測溫范圍大，機(jī)械強(qiáng)度高，耐壓性能好等優(yōu)點(diǎn)。

B、信息處理控制箱

現(xiàn)場信息處理控制箱用來接收處理振動傳感器和溫度傳感器的信號，采用模擬量轉(zhuǎn)RS-485模塊將模擬量轉(zhuǎn)換成通訊信號，再通過工業(yè)級無線模塊(RFID技術(shù))將信號傳輸?shù)街醒胩幚硐到y(tǒng)用作實(shí)時監(jiān)控；

圖6、溫度傳感器 圖7、模擬量轉(zhuǎn)RS-485模塊圖8、工業(yè)級無線傳輸模塊

圖9、控制箱外觀圖10、內(nèi)部配置圖11發(fā)射天線

C、無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

無線數(shù)據(jù)傳輸部分采用東莞市瑞辰自動化科技有限公司生產(chǎn)的模擬量轉(zhuǎn)RS-485模塊和RCWL-108系列工業(yè)級串口無線透傳模塊；模擬量轉(zhuǎn)RS-485模塊廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制系統(tǒng)以及實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。將4-20mA的電流信號轉(zhuǎn)換成RS-485通訊方式，傳輸距離遠(yuǎn)、穩(wěn)定性高、數(shù)據(jù)不丟失、通用性好。接線采用螺釘式接線端子，連接方便且牢固可靠；適用于大多數(shù)工業(yè)傳感器和變送器，抗干擾能力強(qiáng)。具有過壓過流保護(hù)，在0-5V電壓模式下，可以耐24V電壓，具有RC濾波；RCWL-108系列工業(yè)級串口無線透傳模塊是一款采用SiliconLabs低功耗無線ISM收發(fā)芯片Si4432和高性能單片機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)的無線傳輸模塊。采用GFSK調(diào)制方式半雙工通訊透明傳輸，不改變用戶的任何數(shù)據(jù)和協(xié)議，完成無線收發(fā)數(shù)據(jù)的功能?？牲c(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)通信，適合已經(jīng)成形的串口設(shè)備無線代替有線使用，通過這兩個模塊的組合可輕松將數(shù)據(jù)傳送到信息處理中心，穩(wěn)定且不丟失。

D、配置中央處理監(jiān)控中心（圖12）

中央處理監(jiān)控中心系統(tǒng)由研華工控機(jī)、多路無線接收模塊、信號處理系統(tǒng)組成；通過無線接收模塊接收每臺風(fēng)機(jī)現(xiàn)場采集傳回的溫度和振動數(shù)據(jù)信號，風(fēng)機(jī)與無線模塊一一對應(yīng)，將接收到的信號送到工控機(jī)處理系統(tǒng)；系統(tǒng)收到信號實(shí)時通過工控機(jī)顯示出來，同時跟用戶設(shè)定的上限值做比較，在一定時間內(nèi)對應(yīng)的溫度或振動數(shù)據(jù)一直高于設(shè)定的上限值則馬上通過聲光信息報警，還可根據(jù)需要發(fā)送短信到指定的維護(hù)人員手機(jī)上，當(dāng)班的設(shè)備修理工在15秒鐘內(nèi)（視GSM網(wǎng)絡(luò)延時而定）即能收到具體風(fēng)機(jī)的設(shè)備故障信息，如果在規(guī)定的時間內(nèi)（如10分鐘）未處理好，系統(tǒng)會自動轉(zhuǎn)發(fā)此信息給相關(guān)設(shè)備主管，設(shè)備主管在規(guī)定的時間（如1小時）未響應(yīng)，系統(tǒng)會自動轉(zhuǎn)發(fā)此信息給廠長或經(jīng)理，及時告知相關(guān)人員排查并解決問題；中央處理監(jiān)控中心還可適時將多路風(fēng)機(jī)的信號通過曲線、棒狀圖、列表顯示出來并保存記錄，便于監(jiān)控和查詢歷史信息。

圖12、中央處理監(jiān)控中心

E、系統(tǒng)流程圖（圖13）

圖13、系統(tǒng)流程圖

4項(xiàng)目成效分析

此系統(tǒng)在實(shí)施工廠已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行8個月，現(xiàn)場反應(yīng)良好；大大降低設(shè)備維護(hù)人員的工作強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，進(jìn)而減少企業(yè)的生產(chǎn)成本；維護(hù)人員實(shí)時掌握每一臺設(shè)備的運(yùn)行狀況做到心中有數(shù)，提前預(yù)防，做好相關(guān)與生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度錯開的的設(shè)備檢修工作，徹底解決了因設(shè)備突發(fā)故障造成對生產(chǎn)計(jì)劃的影響；參考監(jiān)控中心的歷史數(shù)據(jù)分析表做好合理的保養(yǎng)計(jì)劃，延長設(shè)備的使用壽命；為企業(yè)降低了大量的隱性成本，全面提高工廠的生產(chǎn)效率，提高在同行中的競爭力！

5總述

整個系統(tǒng)主要電氣部分采用施耐德、歐姆龍、臺達(dá)、研華品牌，性能穩(wěn)定；控制箱設(shè)計(jì)空間大、分布均勻、通風(fēng)良好可將因溫度過高影響系統(tǒng)故障的可能性降到最低；考慮現(xiàn)場設(shè)備環(huán)境復(fù)雜，干擾大，通過多點(diǎn)接地的方法確保萬無一失；主機(jī)通過以太網(wǎng)可授權(quán)在其他電腦上信息共享實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能；

社會的快速發(fā)展，人們對消費(fèi)需求的特性已快速轉(zhuǎn)向個性化消費(fèi)，無論手機(jī)、電腦、汽車、眼鏡、手表等等一切，都在追求著個性化與與眾不同。而作為產(chǎn)品的制造企業(yè)，大批量的生產(chǎn)某一種產(chǎn)品已經(jīng)跟不上時代的需求，而快速的制造多種類產(chǎn)品以滿足客戶需求已經(jīng)成為企業(yè)立穩(wěn)腳跟的核心競爭力，然而，企業(yè)規(guī)模越大，反應(yīng)的敏捷性卻也越低。大量的事實(shí)證明，量身訂做一套先進(jìn)的集成智能化管理系統(tǒng)是解決這些問題行之有效的途徑，也是提升企業(yè)市場競爭力的必由之路！