一、项目必要性

皮带机流程线运行，主要还是靠巡检完成的，受到人员素质和技术水平、管理漏洞等因素影响，设备预防性检修工作效果不佳，隐患不能及时发现，常常导致非计划停机事故造成重大经济损失。

皮带机流程线运行中电机、滚筒、减速箱运行状态对皮带机流程线能否正常运转有非常大的影响，皮带输送机常见故障：打滑、撒料、皮带跑偏、异常噪声、输送带的损坏等。随着云计算、大数据和物联网等新兴技术的发展，加以温度、振动传感器的应用，通过建立相应智能监测系统对皮带机流程系统中电机、滚筒、减速箱的机械振动、轴承温度等重要运行信号的采集并进行趋势变化分析，实现设备的各种运行状态全方面的实时监测。

通过温度及振动数据的采集、分析，提前预知设备故障隐患、判断故障严重程度、确定故障位置和备品备件的及时准备，以减缓、减少、避免、大型事故的发生，降低非计划停机的次数，为合理维护提供决策依据。同时，结合皮带机流程管理中纵向防撕裂保护装置、智能润滑等系统的应用，逐步完善皮带机流程智能化监测，促进皮带机流程管理现场少人化乃至无人化。

因此，增设皮带输送机设备健康状态智能监测与预警系统有客观和现实的必要性。

二、项目实施方案

传统电气设备在线监测采用有线连接方式，施工复杂，成本高。本方案利用了无线物联网在设备厂中的优势，在综合考虑网络结构功耗、运行稳定以及组建成本的前提下，采用NB-IOT无线传感器网络来进行构建，设计了在线监测系统的软硬件方案与流程。该设计克服了布线麻烦、维护不方便等困难，提高了系统应用的灵活性。

1.方案框架：

本系统架构主要包括传感器、NB-IoT技术、人机界面等。利用智能NB-IoT传感器进行振动和温度数据采集，通过物联网卡与公共基站通信，把设备的温度和振动特性等数据传送到公共网络，然后通过厂内4G网络交换机上传到厂内服务器，最终数据收集汇聚在监测系统平台，进行数据管理和分析。此方案采用了无线传输，无需布线，无需自建私有基站，不仅节约了布线成本，同时也减少了线路的维护费用。

2、设备硬件选择：

智能NB-IOT无线温振复合传感器

NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。本传感器方面，主要特点如下：

（1）功耗低——内置低功耗算法，休眠电流＜10uA，据估算利用一节ER26500锂亚电池，可在特征值传输频率每小时1次的情况下连续工作长达2年以上。

（2）时延短——通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，时延可达us级别。

（3）网络容量大——海量入网，无需网关，覆盖超强，满足地广人稀和地下应用。

（4）通讯指示灯功能——传感器主动上传数据，同时具有通讯指示灯闪烁指示功能，便于工程人员调试、检测和现场部署。

（5）15维特征值——可在原来三轴加速度峰值、三轴速度有效值、三轴位移峰峰值的基础上增加了加速度有效值、歪度、歪度指标、方差、裕度因子、波峰因子、峭度、峭度指标、脉冲因子、谱方差、谱均值和谱有效值，总共15维振动特征值（可按照客户需求拓展）；丰富了设备振动状态的参数，大大增加了用户评价在测设备的振动状态的手段，为更好的进行设备智能运维提供了依据。

（6）NB-IOT网络参数可设——内置物联网卡，可直接接入公网，可根据需求设置上传服务器地址和端口号，使用更加灵活便捷。

（7）NB-IOT 信号强度检测——数据上传自带信号强度检测功能，方便区分厂区信号强弱位置，方便用户根据现场的环境调整部署位置，使数据传输更加可靠通畅。

（8）采样频率和波形长度可设——可根据需求设定不同采样率和波形长度；丰富了传感器的应用场景，既可以用于检测高达60000转/分钟的设备的振动状态，也可以用于检测600转/分钟的低转速设备的振动状态。

（9）振动频率检测——传感器可以直接输出在测设备振动频率参数，通过振动频率可以直接换算出旋转类设备的转速。一个传感器多种用途，为用户节省成本。

（10）倾角测量功能——内置6轴融合倾角算法，传感器能够测量自身的安装角度，不仅适用于静止状态，设备在振动状态同样精准。用户可以根据传感器的安装角度结合振动数据，综合分析在测设备的振动状态。

（11）独特外观结构——小体积、低质量、多种安装方式、内置板载天线高可靠性。外形体积65.5mm*65.5mm*70mm，产品质量约280克，可采用磁吸、螺栓、胶粘等多种安装方式，无论安装空间还是安装灵活性上，都极大方便现场安装部署，节约部署成本，内置天线，避免设备长期振动而导致天线脱落的风险。

（12）可靠性高——采用了完全确认的数据传输模式， 每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息，如果传输过程中出现问题可以进行重发。

（13）安全性高—— 提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能, 采用了加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。

（14）本安防爆——传感器按照本安防爆的要求修改完善硬件设计，取得本安防爆证书，可以应用于油田、化工、煤炭等具有防爆要求的场所。

总体来讲，传感器内置智能FFT频谱分析算法，既能采集加速度原始数据，又能计算出频率等频域参数；采用低功耗算法，实现电池供电长期工作；采用高能量锂亚电池供电；外壳采用高强度合金和工程塑料，适应高温强振的恶劣工业现场。本产品作为物联网传感器节点，本产品主要应用于大面积组网，实现长期在线监测。

3、应用场景

三、监测系统功能设计

设备厂内智能化故障诊断系统包括设备报警系统，数据管理等模块，其中主要对设备检测数据进行基于振动和温度的多维度、多角度数据分析和故障诊断，包括报警管理、振动和温度趋势、基于波形数据的时频分析、频域分析等。服务器端接收并解析数据，实现对皮带机设备各个参数进行监测，并显示设备的运行状态，如有异常发生，系统会自动报警，同时具有微信公众号推送功能。该软件分为设备管理、数据分析、报警管理、数据报表。

1.数据展示功能：可以查看当前所有监测设备及传感器的位置及运行情况，显示月数据量及月报警记录的统计，滚动显示传感器监测数据。

2.数据分析功能：设备运行趋势图、频率-包络趋势、波形图、频谱图、倒谱、包络解调，多时域波形，多时域频谱，通道温度，多参量分析等分析方法，并能够利用分析工具进行故障分析与诊断，需提供电池电量监测。

3.用户权限管理：具有完善人员角色及权限管理功能，实现不同用户不同权限管理功能。

4.完善的自检功能：能对硬件系统的网络通信状态、串口通信状态、传感网络状态及内部硬件信息等进行检查，支持电池电压和电流趋势浏览，若存在异常，则给出提示信息。

5.完善的报警功能：可查看总体设备运行情况，包括设备的报警状况、传感器的报警状况，以及每个设备的情况，可查看设备的运行状态详情。进入设备详情页，可查看采集数据量、报警量、最近三天的报警情况统计，以及传感器当前状态等。报警管理功能记录了报警位置，当某台设备出现故障需要检修时，负责人可以快速确认位置，第一时间到达现场，利用警报和运行状态的变化趋势，尽早诊断分析出具体故障部位和故障原因，继而提出维修方案。

6.传感器历史趋势查看：可查看最新的特征值数据以及历史记录折线图，支持下载数据。可查询传感器历史振动和温度的数据信息并支持下载数据。

7.传感器“波形记录”：可查看已采集的波形，选择要查看的波形，即可加载相应的折线图，振动分析功能可以把数据以时域波形、加速度均方根趋势、频域波形方式记录。

8.状态监测周评估报告：平台可根据检测数据，提供状态监测周评估报告，报告中需包含设备健康状态、设备报警记录和专家指导建议。