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基于物聯網技術的無線數傳模塊在大型工業設備狀態監測上的應用

2015-01-06 21:29:33 點擊數:
關鍵字: 物聯網 無線通訊 無線數傳模塊 工業自動化 設備管理

一、引言,背景描述

 

       XX集團,全稱XXXX工業集團股份有限公司,是一家專業生產汽車安全玻璃和工業技術玻璃的中外合資企業;是國內最具規模、技術水平最高、出口量最大的汽車玻璃生產供應商。 

    鋼化玻璃生產工藝中的加熱和冷卻都需要快速高效以達到預期生產效率,因此在生產中用到的大型鼓風機就是重要的生產設備之一,本項目案例就是應用在該集團公司下屬全資子公司華南工廠的汽車擋風玻璃鋼化車間(下稱工廠車間)。工廠車間內鼓風機是在建廠初期購進的生產設備,電機均為315KW355KW大功率電機,鼓風機的動力部分(電動機)與工作部分(風機風葉)通過聯軸器、軸承箱連接并整體密封,如圖1所示:

 

    由圖1可見,鼓風機上未安裝任何檢測裝置,對于電機、風機、軸承箱、聯軸器的異常很難及時發現,運行狀態檢視和故障檢修時需要人工到現場逐一點檢排查。往往等到故障發生時,設備部件已完全損壞、不能正常運轉,這樣嚴重影響生產效率和設備管理維修效率;因此對風機運行進行現場監控,當設備異常時能夠做到提前發現并及時維修以“防患于未然”變得尤為必要。以此來最大程度上提高生產效率,降低設備停機時間,減少設備維修管理人員的工作量及勞動強度,提升設備運行的穩定性、可靠性,幫企業帶來極大的經濟效益和社會效益。

 

二、項目實施可行性分析 

設備狀態監測檢測系統本著既能準確診斷監測又經濟實用原則,要對診斷的設備可能出現的故障、現場施工的難易性進行分析,最大限度的減少項目實施的工作量及實施成本;同時要考慮對同類設備具有通用性、推廣性。 

首先根據以前設備出現的問題,將故障歸納為4類: 

1、不平衡故障:當風機葉輪損壞或變形產生不平衡時,振動就反映在軸轉動頻率上,若設備的振動 

       頻率與某一頻率相等時就會產生機械共振 

2、軸承故障:當有軸承損壞時,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熱

3、其它振動:當設備某些聯接部位松動,部件損壞或磨損時,都會產生不同程度劇烈振動(包括撞擊);

4、溫度過高:當負載加重、軸承磨損、皮帶松動或磨損、風葉變形等現象時會導致電機電流加大,造

   成設備傳動部件溫度增高,電機驅動器(變頻器)發熱量增大

由上述分析可以看出,風機狀態異常主要表現在振動異常和溫度變化異常,因此只要能準確監測風機的振動異常和溫度異常就可以判斷風機運行是否正常。

 

三、項目實施配置詳解:

針對工廠車間鋼化GT爐目前風機的配置,共有24大功率風機、9個變頻器房(因驅動電機的變頻器功率大發熱量也大,安裝放置變頻器的房間需要使用空調制冷來降低環境溫度,所以也要實時監控房間的溫度,以免造成變頻器的過熱故障);為了準確可靠的采集現場風機運行狀態數據,及時準確的反映設備運行狀態,同時又兼顧項目的實施成本和勞動強度,確定為每臺風機分別裝2個溫度傳感器和2個振動傳感器,整個系統共57個溫度傳感器和48個振動傳感器;共105路模擬量數據,風機現場動力電纜錯綜復雜、干擾大,如果通過傳統的布線傳輸數據很容易造成數據丟失,且施工周期長、難度大;因此采用無線數傳模塊傳輸可以很好的解決這些問題現根據現場情況作出如下方案:

1風機上加裝振動傳感器和溫度傳感器;

2、風機安放地點就近加裝數據采集處理控制箱;

3、配置無線傳輸系統將現場采集的數據傳輸到中央處理監控中心

4、配置中央處理監控中心;

 

A、振動傳感器和溫度傳感器

   在風機軸承箱對應位置安裝振動速度傳感器溫度傳感器(安裝傳感器前后對比圖見圖2、圖3

  

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

振動速度傳感器(見圖4、圖5該傳感器測量軸承座、機殼的振動速度和振動位移;由滾動軸承支承的轉動軸部分,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,由內部運動線圈切割磁力線而輸出電壓,提供信號輸送給監測儀表,監測儀表通過內部系統處理后輸出4-20mA的模擬量電流信號;用來對機械振動故障進行測和預警。該儀表非常適合對于電機、壓縮機、風機等需要測量多點振動的情況

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    溫度傳感器采用安徽天康股份有限公司生產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體材質組成,當測量端與參比端存在溫差時就會產生熱電勢,工作儀表便顯示出熱電勢所對應的溫度值。此溫度傳感器可輸出4-20mA信號,通常和顯示儀表、記錄儀表、電子計算等配套使用。直接測量各種生產過程0°C~1300°C范圍內液體、蒸汽和氣體介質以及固體表面溫度。并且具有裝配簡單,更換方便,抗振性能好;測溫范圍大,機械強度高,耐壓性能好等優點。

 
                         
B信息處理控制箱

現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RS-485模塊將模擬量轉換成通訊信號,再通過工業級無線模塊(RFID技術)將信號傳輸到中央處理系統用作實時監控;

                        ?

 

  

?C無線數據傳輸系統

    無線數據傳輸部分采用東莞市瑞辰自動化科技有限公司生產的模擬量轉RS-485模塊和RCWL-108系列工業級串口無線透傳模塊;模擬量轉RS-485模塊廣泛應用于工業過程控制系統以及實驗室數據采集系統。將4-20mA的電流信號轉換成RS-485通訊方式,傳輸距離遠、穩定性高、數據不丟失、通用好。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工業傳感器和變送器,抗干擾能力強。具有過壓過流保護,在0-5V電壓模式下,可以耐24V 電壓,具有RC濾波;RCWL-108系列工業級串口無線透傳模塊是一款采用Silicon Labs 低功耗無線ISM收發芯片Si4432和高性能單片機開發設計的無線傳輸模塊。采用GFSK調制方式半雙工通訊透明傳輸,不改變用戶的任何數據和協議,完成無線收發數據的功能。可點對點、點對多點通信,適合已經成形的串口設備無線代替有線使用通過這兩個模塊的組合可輕松將數據傳送到信息處理中心,穩定且不丟失。

 

D配置中央處理監控中心(圖12

    中央處理監控中心系統由研華工控機、多路無線接收模塊、信號處理系統組成;通過無線接收模塊接收每臺風機現場采集傳回的溫度和振動數據信號,風機無線模塊一一對應,將接收到的信號送到工控機處理系統;系統收到信號實時通過工控機顯示出來,同時跟用戶設定的上限值做比較,在一定時間內對應的溫度或振動數據一直高于設定的上限值則馬上通過聲光信息報警可根據需要發送短信到指定的維護人員手機上,當班的設備修理工在15秒鐘內(視GSM網絡延時而定)即能收到具體風機的設備故障信息,如果在規定的時間內(如10分鐘)未處理好,系統會自動轉發此信息給相關設備主管設備主管在規定的時間(如1小時)未響應,系統會自動轉發此信息給廠長或經理,及時告知相關人員排查并解決問題;中央處理監控中心還可適時將多路風機的信號通過曲線、棒狀圖、列表顯示出來并保存記錄,便于監控和查詢歷史信息

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?E、系統流程圖(圖13

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四、項目成效分析

此系統在實施工廠已經穩定運行8個月,現場反應良好;大大降低設備維護人員的工作強度,提高生產效率,進而減少企業的生產成本;維護人員實時掌握每一臺設備的運行狀況做到心中有數,提前預防,做好相關與生產計劃調度錯開的的設備檢修工作,徹底解決了因設備突發故障造成對生產計劃的影響;參考監控中心的歷史數據分析表做好合理的保養計劃,延長設備的使用壽命;為企業降低了大量的隱性成本,全面提高工廠的生產效率,提高在同行中的競爭力!

 

五、總述

整個系統主要電氣部分采用施耐德、歐姆龍、臺達、研華品牌,性能穩定;控制箱設計空間大、分布均勻、通風良好可將因溫度過高影響系統故障的可能性降到最低;考慮現場設備環境復雜,干擾大,通過多點接地的方法確保萬無一失;主機通過以太網可授權在其他電腦上信息共享實現遠程監控功能;

社會的快速發展,人們對消費需求的特性已快速轉向個性化消費,無論手機、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。而作為產品的制造企業,大批量的生產某一種產品已經跟不上時代的需求,而快速的制造多種類產品以滿足客戶需求已經成為企業立穩腳跟的核心競爭力,然而,企業規模越大,反應的敏捷性卻也越低。大量的事實證明,量身訂做一套先進的集成智能化管理系統是解決這些問題行之有效的途徑,也是提升企業市場競爭力的必由之路!

 

 

 

 

參考文獻

1RCWL-108工業級串口無線透傳模塊使用說明書東莞市瑞辰自動化科技有限公司

2模擬量轉RS-485模塊使用手冊》東莞市瑞辰自動化科技有限公司

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