基于物聯(lián)網(wǎng)的防爆電機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：隨著工業(yè)自動化的快速發(fā)展，防爆電機(jī)在石油化工、煤礦等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。為確保生產(chǎn)安全和設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)作為一種有效的解決方案應(yīng)運(yùn)而生?，F(xiàn)提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的防爆電機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，通過實(shí)時數(shù)據(jù)采集、故障預(yù)警和遠(yuǎn)程診斷等功能，實(shí)現(xiàn)對防爆電機(jī)的全面監(jiān)控和智能管理。系統(tǒng)利用多傳感器融合檢測和自適應(yīng)故障預(yù)警算法，結(jié)合邊緣計(jì)算與云端協(xié)同技術(shù)，提高了電機(jī)運(yùn)行的安全性和可靠性，降低了維護(hù)成本，為工業(yè)生產(chǎn)提供了有力保障。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；防爆電機(jī)；遠(yuǎn)程監(jiān)控；故障預(yù)警；云服務(wù)

中圖分類號：TM357" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）07-0068-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.07.017

0" " 引言

電機(jī)作為工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，其性能狀況直接影響著生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在化工、石油等易爆環(huán)境中，防爆電機(jī)是必不可少的重要設(shè)備。然而，這類防爆電機(jī)往往處于惡劣的工作環(huán)境之中，維護(hù)保養(yǎng)較為困難。傳統(tǒng)的檢修方式通常需要工作人員到現(xiàn)場進(jìn)行定期檢查，不僅耗時費(fèi)力，還存在安全隱患。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，利用物聯(lián)網(wǎng)手段對防爆電機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障預(yù)警，已經(jīng)成為一種可行的解決方案。

1" " 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在防爆電機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用

1.1" " 實(shí)時數(shù)據(jù)采集

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在防爆電機(jī)監(jiān)控領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了實(shí)時數(shù)據(jù)采集的重大突破。通過將溫度傳感器、振動傳感器和電流傳感器集成到電機(jī)上，系統(tǒng)能不間斷地采集電機(jī)的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，如溫度、振動和電流。這些數(shù)據(jù)通過無線通信實(shí)時傳輸至云端服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的高頻率與高精度。例如，系統(tǒng)能以秒級間隔更新電機(jī)溫度數(shù)據(jù)，誤差率控制在±1%以內(nèi)，確保了數(shù)據(jù)的實(shí)時性和準(zhǔn)確性，具體如表1所示。

這種實(shí)時、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集方式，為電機(jī)的健康監(jiān)測與故障預(yù)警提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.2" " 故障預(yù)警和遠(yuǎn)程診斷

防爆電機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)的核心設(shè)備，其穩(wěn)定運(yùn)行對生產(chǎn)至關(guān)重要。利用云端大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)防爆電機(jī)的故障預(yù)警和遠(yuǎn)程診斷。系統(tǒng)實(shí)時收集電機(jī)的振動、溫度、電流等數(shù)據(jù)，通過物聯(lián)網(wǎng)和先進(jìn)算法進(jìn)行深度分析，能識別微小變化并預(yù)測未來趨勢，提前發(fā)現(xiàn)潛在隱患。一旦發(fā)現(xiàn)異常，系統(tǒng)立即觸發(fā)預(yù)警，向維護(hù)人員發(fā)送故障類型、嚴(yán)重程度及建議措施等信息[1]。遠(yuǎn)程診斷平臺使專家能快速介入，細(xì)致分析故障并指導(dǎo)現(xiàn)場處理，顯著縮短響應(yīng)時間，提升設(shè)備可靠性和安全性，確保工業(yè)生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3" " 優(yōu)化決策支持

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為防爆電機(jī)維護(hù)保養(yǎng)提供了強(qiáng)大的優(yōu)化決策支持。通過持續(xù)收集并深度分析運(yùn)行時長、負(fù)載變化、故障歷史等海量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能精準(zhǔn)描繪每臺電機(jī)的性能曲線與磨損趨勢。借助先進(jìn)數(shù)據(jù)分析算法，管理人員可直觀了解設(shè)備實(shí)際狀態(tài)，科學(xué)調(diào)整保養(yǎng)周期，避免傳統(tǒng)定期維護(hù)的過度或不足問題，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施策。此外，優(yōu)化決策支持能顯著提高設(shè)備有效利用率，降低停機(jī)維修帶來的生產(chǎn)損失和運(yùn)維成本，為企業(yè)資產(chǎn)管理提供智慧化決策工具，助力實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)的設(shè)備管理目標(biāo)，提升整體運(yùn)營效率。

2" " 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)與框架

防爆電機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)（圖1），以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，旨在全面、實(shí)時監(jiān)測電機(jī)狀態(tài)，采集關(guān)鍵數(shù)據(jù)。系統(tǒng)通過預(yù)警機(jī)制及時揭示潛在故障，支持遠(yuǎn)程診斷與快速維修，大幅提升了現(xiàn)場問題的處理效率。同時，該系統(tǒng)還能為管理層提供寶貴的數(shù)據(jù)支持，幫助優(yōu)化設(shè)備的維護(hù)方案。

2.1" " 系統(tǒng)功能模塊

如圖1所示，防爆電機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)集成了多個核心功能模塊，以確保電機(jī)的全面監(jiān)控與高效管理。數(shù)據(jù)采集模塊作為系統(tǒng)的前端，負(fù)責(zé)實(shí)時捕獲電機(jī)的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，如溫度、振動頻率、電流及電壓等，這些數(shù)據(jù)通過高精度傳感器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，為后續(xù)分析提供基礎(chǔ)。無線傳輸模塊作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄?，采用先進(jìn)通信技術(shù)，確保數(shù)據(jù)在防爆環(huán)境下穩(wěn)定、實(shí)時地傳輸至云端服務(wù)器[2]。云端服務(wù)模塊是系統(tǒng)核心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接收、存儲和深度分析，能夠識別電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和潛在故障，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、預(yù)警及故障診斷，顯著提升故障處理效率和準(zhǔn)確性。用戶界面模塊提供直觀、便捷的操作界面和移動應(yīng)用，使現(xiàn)場操作人員和遠(yuǎn)程管理層都能實(shí)時查看電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、歷史數(shù)據(jù)和預(yù)警信息，便于做出及時、有效的決策。系統(tǒng)集成與測試模塊確保各模塊無縫對接和協(xié)同工作，通過模擬真實(shí)環(huán)境發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題。維護(hù)與升級模塊通過定期檢查和保養(yǎng)，延長系統(tǒng)壽命，確保持續(xù)高效運(yùn)行，預(yù)防故障發(fā)生。

2.2" " 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，旨在實(shí)現(xiàn)多重目標(biāo)。首要目標(biāo)是提高電機(jī)運(yùn)行的安全性和可靠性，通過實(shí)時監(jiān)控電機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)并預(yù)警潛在故障，從而有效避免事故的發(fā)生，延長設(shè)備的使用壽命。其次，系統(tǒng)致力于提升維護(hù)效率，通過遠(yuǎn)程故障診斷功能，維修人員可以迅速定位問題所在，減少現(xiàn)場排查時間，降低維護(hù)成本。此外，系統(tǒng)還為管理層提供了詳盡的數(shù)據(jù)支持，幫助他們更科學(xué)地制定設(shè)備維護(hù)計(jì)劃和資源分配策略，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)備管理，降低運(yùn)行成本[3]。

2.3" " 系統(tǒng)框架與工作原理

系統(tǒng)框架由數(shù)據(jù)采集、無線傳輸、云端服務(wù)、用戶界面、系統(tǒng)集成與測試、維護(hù)與升級六大模塊組成。工作原理：傳感器實(shí)時捕獲電機(jī)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后由無線傳輸模塊發(fā)送至云端服務(wù)器。云端服務(wù)器存儲、分析數(shù)據(jù)，通過算法識別電機(jī)狀態(tài)，預(yù)測故障并生成預(yù)警信息，最終通過用戶界面展示給用戶，指導(dǎo)操作和維護(hù)。系統(tǒng)集成與測試模塊確保各模塊無縫對接和系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，定期維護(hù)和軟件升級提升系統(tǒng)可靠性和精確性，實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的電機(jī)監(jiān)控與管理。

3" " 關(guān)鍵技術(shù)分析與創(chuàng)新點(diǎn)

3.1" " 多傳感器融合檢測

本系統(tǒng)深度整合了溫度傳感器、振動傳感器及電流傳感器等多種傳感技術(shù)，針對防爆電機(jī)的核心運(yùn)行參數(shù)實(shí)施全方位監(jiān)測，如圖2所示。

溫度傳感器實(shí)時監(jiān)測電機(jī)溫度，異常升高時立即預(yù)警，防止過熱損壞。振動傳感器分析振動模式，精準(zhǔn)診斷電機(jī)不平衡、軸承磨損等故障。電流傳感器監(jiān)控電流變化，及時發(fā)現(xiàn)繞組短路或過載。RTU100控制器高效采集異構(gòu)數(shù)據(jù)，經(jīng)RS485總線傳輸至安易云平臺[3]。平臺利用4G/5G網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行深度分析與存儲。監(jiān)控大屏展示運(yùn)行狀態(tài)，Web/App功能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理。多傳感器數(shù)據(jù)融合分析，全面描繪設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時預(yù)警潛在故障，保障防爆電機(jī)可靠運(yùn)行，提升設(shè)備管理智能化水平。

3.2" " 自適應(yīng)故障預(yù)警算法

自適應(yīng)故障預(yù)警算法，憑借其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理與學(xué)習(xí)能力，已成為工業(yè)設(shè)備維護(hù)領(lǐng)域的得力助手。該算法深度融合歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)與專家經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建了一套完善的傳感數(shù)據(jù)監(jiān)測體系。如表2所示，它針對溫度傳感器、振動傳感器、電流傳感器、壓力傳感器及濕度傳感器，分別設(shè)定了精確的正常波動范圍與預(yù)警閾值。

算法實(shí)時監(jiān)控傳感數(shù)據(jù)，一旦數(shù)據(jù)超出正常范圍，立即觸發(fā)預(yù)警機(jī)制，通知維護(hù)人員迅速響應(yīng)。更值得一提的是，算法具備自我學(xué)習(xí)與動態(tài)調(diào)整能力，能隨設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的變化，自動優(yōu)化預(yù)警規(guī)則，確保故障預(yù)測的準(zhǔn)確性與時效性。這種智能化的預(yù)警系統(tǒng)，不僅提升了設(shè)備維護(hù)效率，更為工業(yè)安全生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)保障。

3.3" " 邊緣計(jì)算與云端協(xié)同

在構(gòu)建高效、實(shí)時的防爆電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)時，邊緣計(jì)算與云端服務(wù)的協(xié)同配合發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，如圖3所示。

邊緣計(jì)算通過現(xiàn)場部署設(shè)備，實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)即時采集與初步分析，承擔(dān)數(shù)據(jù)緩存、請求分布等任務(wù)，能降低云端帶寬需求與處理壓力，提升效率。云端平臺作為“智慧大腦”，對邊緣數(shù)據(jù)深度挖掘，利用大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)識別異常，為設(shè)備診斷提供科學(xué)依據(jù)。這種分級處理模式優(yōu)化了資源配置，提升了監(jiān)控系統(tǒng)性能。邊緣與云端無縫對接，構(gòu)建實(shí)時計(jì)算體系，提升了響應(yīng)速度，確保了防爆電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行[4]。深度融合的邊緣計(jì)算與云計(jì)算為工業(yè)防爆電機(jī)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，推動了智能制造發(fā)展。此外，系統(tǒng)還通過智能算法優(yōu)化數(shù)據(jù)流程，進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和實(shí)時性，為工業(yè)智能化升級奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4" " 結(jié)束語

綜上所述，基于物聯(lián)網(wǎng)的防爆電機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，通過集成創(chuàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控與智能管理，大幅提升了工業(yè)生產(chǎn)的安全性和效率，具有廣闊的應(yīng)用前景和深遠(yuǎn)的社會經(jīng)濟(jì)效益。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 紀(jì)繁祥.智能電機(jī)驅(qū)動技術(shù)在電泵遠(yuǎn)程監(jiān)控與維護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].防爆電機(jī)，2024，59（6）：65-69.

[2] 劉大雷，齊大偉，李明.基于物聯(lián)網(wǎng)和LoRa技術(shù)的變電站設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].環(huán)境技術(shù)，2024，42（8）：145-150.

[3] 聶健，王正.探究機(jī)電設(shè)備的嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].長江信息通信，2024，37（9）：89-91.

[4] 陸青.基于多傳感器數(shù)據(jù)自動融合的配電房能耗遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].自動化應(yīng)用，2024，65（13）：208-209.

收稿日期：2024-12-30

作者簡介：李野（1990—），男，黑龍江佳木斯人，助理工程師，研究方向：防爆電機(jī)防爆性能檢測檢驗(yàn)。