第一章 项目概述
1.1 项目背景
随着人力资源等成本的不断攀升，企业的利润空间日益缩小，迫使企业必须进行产业升级。越来越多的工厂实现了机械化，其中一些工厂的机器成本就占到了总生产经营成本的15%。然而，高效率往往伴随着高风险。以电机为例，长时间运行容易导致振动异常，如果用户不及时维护，机器可能会发生故障。为了防止机器故障，工厂需要购买多种维修部件，但由于无法预测故障发生的时间，约33%的部件最终成为了一年以上的呆滞品。
根据美国电力研究院和施工规范协会的统计数据，对电力设备实施状态监测和故障诊断，可以提高设备利用率2%-10%，延长设备使用寿命10%-15%，并节约检修费用25%-30%。因此，通过监测电机的振动和温度，我们可以确保机器稳定运行，从而保护企业的经济效益。
山东仁科的研发人员经过深入研究和实验，结合多个行业的需求，成功开发出基于NB-IOT无线传输技术的一体式温振在线监测预警系统。该系统能够实时提供电机在工作时的振动速度、振动位移及温度变化数据，帮助用户预测电机故障风险，以便及时采取保养和维修措施。
1.2 建设目标
NB-IOT无线一体式温振在线监测预警系统方案的总目标是实现对电力机械设备运行状况的综合性监测、预警。本系统方案针对分布广、监测点多、布线和供电困难等场合，采用NB-IOT无线传输技术，对电机、风机、发电机等旋转设备的表面温度、振动速度、振动位移、振动加速度、设备本身电量、通信强度等相关数据进行监测、采集，并实时上传至云平台，以便管理人员及时知悉电力设备情况作出相应处理，达到提前预知电力设备故障，保障设备和人身安全、减少损失的目的。
具体目标包括：
■ 智能温振采集器对各种旋转机械设备的振动速度、位移、加速度、表面温度等运行状态进行实时监测，适用于监测点多、布线困难的场所；
■ 温振采集器设备将监测到的数据通过NB-IOT无线网络上传至云平台；
■ 云平台经过对接收的数据进行分析处理，得出关于机械设备故障或者使用寿命的判断，出现异常进行报警并及时通知管理人员。
1.3 建设原则
在研发设计NB-IOT无线一体式温振在线监测预警系统解决方案的时候，我们应该总结前人开发的经验，结合最新自控和软硬件技术，建设以信息化为基础，无缝隙、精准化、可视化的现代管理体系，以实现对各种电力机械设备振动速度、位移以及表面温度的集中分布式监控和智能化管理为目标，保证系统的高稳定性、高可靠性、高安全性。具体目标如下：
■ 技术的先进性
系统选型、软硬件设备的配置均要符合高新技术的潮流，关键的温振采集器实时采集、传输均采用国内外工程建设中被广泛采用的技术与产品。在满足功能的前提下，系统设计具有先进性，并且在今后一段时间内保持一定的先进性。
■ 稳定性
整体方案从方案架构、产品设计等各个层面，都以稳定可靠作为设计的第一目标。采用先进成熟的技术来架构由各个子系统组成稳定可靠的大系统，使系统能安全平稳地运行，有效地消除各子系统可能产生的瓶颈，选用合适的设备来保证各子系统具有良好的扩展性，确保各设备的正常运行。
■ 经济性
在NB-IOT无线一体式温振在线监测预警系统的建设上，一直以更高性价比为目标，不断升级和改进软硬件产品，针对各大环境监控系统都有对应的产品和方案。以“为客户提供最高性价比的方案”为设计目标来进行方案设计，综合客户需求以及扩展性要求，选择最合适的产品，降低系统造价，为客户节约项目成本。
■ 实用性
在设备选型时，依据电力机械设备温度振动监测项目实际情况结合目前我国市场上的占有率高的各类产品中选择具有性能价格比和扩充能力的产品。
■ 可维护性
方案在设计过程中根据客户需求、项目规模等等选择合适的监控产品和技术方案实现，其采用的产品均满足简单、实用、易操作、易维护的特性，力争使系统更容易使用和维护，降低客户使用监控系统的管理和维护成本。
■ 可管理性
方案中现场各设备及各分系统都集中于中心统一控制，实施对所有远端设备的控制、设置，以保证系统的高效、有序、可靠的发挥其管理职能。
■ 规范性
控制协议、编解码协议、接口协议、传输协议等应符合相关国家标准、行业、标准和环保部颁布的技术规范。
1.4 建设依据
■ 《石墨烯气凝胶基弹性体的力学性质和振动传感研究》[D]. 2023.000103.
■ 《基于光纤光栅的杆型二维振动传感器》[J]. 2023,44(05):24-31.
■ 《基于AlN的MEMS谐振式振动传感器设计》[D]. 2022.000384.
■ 《面向振动与温度监测的RFID传感器设计》[D]. 2022.000212.
■ 《高温振动传感器绝对法校准研究》[D]. 2022.000302.
■ 《考虑振动和温度影响的光纤传感器设计研究》[J]. 2021.09.150.
第二章 项目介绍
2.1 NB-IOT无线一体式温振在线监测预警系统介绍
NB-IOT无线一体式温振在线监测预警系统融合运用NB-IOT无线传输技术、嵌入式技术、温度传感器技术以及振动传感器技术，对传统的有线振动数据采集设备进行升级改造，构建全程智能化、远距离、低功耗的高效监测控制管理体系。通过依托部署在现场的各个NB-IOT无线测点与综合环境监控云平台通信，实现对各种电力机械设备运行过程中的振动、位移以及表面温度等数据的采集和分析，建立灵活高效的管理机制和完善的监测系统以及畅通的信息传输途径，满足用户远程实时了解设备运行情况的需求。
该系统由NB-IOT无线温振采集器以及综合环境监控云平台组成。其中，温振采集器设备可实时采集电机三轴表面温度、振动速度、振动位移、设备本身电量、通信强度等参数并通过NB-IOT无线传输方式将采集到的数据上传至环境监控云平台。云平台通过数字化精确采集和技术性数据分析，同时根据用户自行设定的报警上下限值对设备振动是否超标，是否出现故障，做出科学的预警和评定，如出现异常，系统会自动发出短信、语音、邮件告警及时通知相关管理人员，保障机器设备的安全运行、预防事故发生，实现设备维修制度由定期预防维修向基于设备运行状态的预知维修的转变，帮助企业实现智能化生产，提高生产效率和经济效益。
本系统施工部署非常简便，细节考虑周到，扩容方便。所有的温振采集器设备都采用NB-IOT无线传输方式，避免了敷设线路的麻烦；监控管理平台也非常人性化，界面友好、操作简单、功能全面。方便用户根据自身的需求和投资预算进行项目的投资，不会造成重复投资浪费。
2.2 NB-IOT无线一体式温振在线监测预警系统拓扑图
2.3 NB-IOT无线一体式温振在线监测预警系统优势
■ 专注所以专业
我司多年来一直专注于环境监测这个行业，力争为客户提供最好的、最高性价比的环境监测产品和解决方案，是环境监测行业的知名厂商。具有完备的产品和解决方案，供应地区300+、服务全球110k+客户。
■ 系统级整体性及平台化
借助自身多年来的行业经验，结合客户需求的方方面面，给出系统级、整体性的解决方案，具备更好分工以及协同效率，设计将具备良好的系统扩展性。该系统集可视化、智能化、无人化于一体，采用先进的监测技术和设备为电力机械设备的运行维护提供更多的技术支持和保障。
■ NB-IOT无线远程通信
本方案中所有的监测设备都采用NB-IOT无线传输方式。NB无线网络传输，即窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）技术，是一种基于蜂窝网络的低功耗广域网（LPWAN）通信技术。它继承了现有蜂窝网络覆盖广、连接可靠等优点，并具备低功耗、低成本、大连接数等特性，非常适合用于物联网设备的连接和数据传输。
■ 提供免费云平台，功能强大
平台采用B/S架构，维护和升级方式简单，最少支持1000个采集设备的监控和管理，采用专业的数据库，稳定可靠、易于扩展，支持软、硬件分层，支持多级用户管理权限。云平台自动收集上传的监测数据，通过GPS地图、列表、图标、曲线的方式在平台页面端显示，满足用户对实时监测信息的多维度、多层面查看数据。
■ 软硬件产品集成度高
一体式温振在线监测预警系统软硬件产品根据行业发展的需要，与时俱进，不断更新换代对应的产品，使产品具备越来越高的集成度，给客户提供更高性价比的产品。用户可以依据ISO2372标准对设备的振动情况进行快速评估，适用于各类电机、风机、泵、机床设备等。
■ 多平台远程管理
NB-IOT无线一体式温振在线监测预警系统支持电脑PC端、APP移动端、微信公众号等多种方式远程查看/管理数据。
■ 具有丰富的自动告警方式
系统支持电话、短信、邮件等报警功能，并具有多种告警策略可以选择，通用系统即可满足绝大多数用户的需求。
■ 系统支持设备实时定位
该系统可在云平台设备管理中设置设备经纬度，当数据异常或数据超限，用户可根据经纬度定位，快捷找出设备异常的位置，及时处理便于后期维护与管理。
■ 跨区域统一管理
通过设立统一监控管理站，对分布在不同区域的多个设备和信息进行全数字化集中监控管理，满足现各监测站点统一监管需要。
■ 支持定制
我司在设计方案时从客户使用的角度出发，集成了很多比较实用的功能，也可根据客户需求定制方案，做到在应用和维护尽可能方便省心。
第三章 NB-IOT无线温振采集器
3.1 简介
山东仁科NB-IOT无线温振采集器（型号：RS-WZ3-NB-1）是一款能够对电力机械设备温度和振动进行在线测量的“听诊器＋心电仪”，它采用高性能MEMS芯片，集嵌入式技术、温度传感技术、振动传感技术以及NB-IOT无线传输技术于一体，具有高性能、高防护、低功耗、抗干扰、易安装等特点。它可以同时采集电机设备X、Y、Z三轴方向的振动速度、振动位移、振动加速度以及设备表面温度等数据，配置NB-IOT无线信号传输方式，一定程度上能够确保振动速度、振动位移、振动加速度以及温度测量的准确性、及时性和传输过程的安全性、稳定性，并及时反映设备的运行状态。广泛适用于对煤矿、化工、冶金、发电等行业的电机、减速机风机、发电机、空压机、离心机、水泵等旋转设备温度和振动的在线测量。
3.2 功能特点
■ 高性能 MEMS 芯片
山东仁科NB-IOT无线温振采集器作为一款复合型振动传感器，集成了嵌入式技术、温度传感器技术及振动传感器技术，并采用高性能MEMS芯片作为核心，测量精度高，抗干扰能力强，确保了对振动速度、振动位移及温度测量的准确性、及时性和传输过程中的安全性、稳定性。
■ NB-IOT窄带蜂窝网络通信
产品采用NB-IOT无线网络传输技术，即窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）技术，是一种基于蜂窝网络的低功耗广域网（LPWAN）通信技术。它继承了现有蜂窝网络覆盖广、连接可靠等优点，并具备低功耗、高防护、抗干扰、易于部署和管理等特性，与传统有线信号传输方式相比，无需布线，避免大量电缆铺设、电缆暴露、通信线路过长等问题。非常适合用于物联网设备的连接和数据传输。
■ 多要素监测
我司NB-IOT无线温振采集器可对机械设备振动速度、振动位移、表面温度、振动加速度等多种要素进行测量，能够更为全面的了解监测机械设备的运行状态，及时排查设备故障，预防危险情况的发生。
■ 支持三轴同时测量
山东仁科NB-IOT无线温振采集器可以同时测量电机上X（水平）、Y（轴向）、Z（垂直）三轴的振动速度、振动位移、振动加速度以及电机表面温度等数据，并将监测的数据实时上传至环境监控云平台，用户可以随时查看所有被测电机的振动速度、振动位移及表面温度变化的最新数据。
■ 多种安装方式可选
我司NB-IOT无线温振采集器设备提供螺纹安装及磁吸安装等安装方式，方便用户根据实际情况进行选择。
1、螺纹安装：简单好用
只需“一插一拧”，即可安装完成，紧固牢靠，不担心松掉。只要将在线式温振采集器底部螺纹拧紧在电机的测量位置上，并根据自身需求调整好测量方向即可投入使用。在线式温振采集器底部标有X、Y轴标识。外螺纹有m8*1.25*10和m5*0.8*7两种规格，可与安装部位快速连接，其余螺纹规格也可通过螺纹转接头形式处理，用户可根据自身实际需求自由选择。
2、强磁吸附：稳定牢固
只需“一拧一吸”即可投入使用。超强吸力，就算电机强烈震荡，它也会紧紧吸在测量位置，丝毫不受影响，实现精准测量。将在线式温振采集器配置的磁吸底座拧紧在设备底部，然后吸附在电机的振动测量位置并调整好测量方向，即可安装完成。还支持同时测量电机上X、Y、Z三轴的振动速度、振动位移数据。
■ 支持多方式报警
用户如果想让温振传感器实现预警功能，需要先根据不同设备的安全振动频率，为其设置振动速度、振动位移及温度的安全阈值，在振动设备的运行过程中，如果速度过快/慢，温度变化也脱离了用户设置的安全阈值，环境监控平台便会以页面变红、电话、短信、邮件等方式向用户发出报警提醒。
■ 可选配耐高温款
通过延长触点探杆，使变送电路与变送器触点空间距离增大从而强化散热，减少电机表面温度到变送电路的热传导，最终使变送器触点可承受150°C高温的表面温度测量。
■ 电池供电，低功耗设计
产品采用大容量锂亚电池，功耗低、无惧严寒、密封性好、自放电率低且能量密度高，电池容量可续航3年，能够满足用户长时间监测的要求，避免了频繁更换电池的烦恼，且产品内的电池可以自行购买，更换（也可以联系公司技术人员更换）。
■ 手机蓝牙配置，更快捷
为方便用户配置，NB-IOT无线温振采集器采用蓝牙配置方式，只需要在手机端下载“蓝牙配置APP”配置软件即可。可在 APP 内可设置终端主机地址、从机地址、发射频率、接受频率、数据上传间隔、电机振动速度系数 A/B、温度校准值、电机振动速度（只读）、电机表面温度（只读）等操作。
■ IP67高防护等级
我司NB-IOT无线温振采集器防护等级为IP67，外壳整体采用不锈钢材质，壳体内部完全密封，既能应用于煤矿厂、化工厂等高温领域，也能在大型潜水泵、水下发电机组等领域使用。
【大型潜水泵】 【水下发电机组】
3.3 技术参数
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参数名称 |
参数 |
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供电 |
内置电池供电（3.6V 对插锂亚电池） |
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续航时间 |
使用寿命可达 3 年（上传间隔 1 h） |
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数据上传间隔 |
最短上传间隔可设 2 min |
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防护等级 |
IP67 |
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频率范围（Hz） |
10-1600/10-5000（可选） |
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振动测量方向 |
三轴 |
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采集器电路工作环境 |
-40℃~+80℃，0%RH~80%RH |
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变送器触点承受温度范围 |
-40~+150℃（默认 85℃） |
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振动速度测量范围（mm/s） |
0-50 |
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振动速度测量精度（mm/s） |
±1.5% FS（@1kHz，10mm/s） |
|
振动速度显示分辨率（mm/s） |
0.1 |
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温度量程 |
-40℃~+150℃ |
|
温度显示分辨率（℃） |
0.1 |
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信号输出 |
NB-IoT 网络上传 |
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外壳材质 |
铝合金 |
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安装方式 |
螺纹、磁吸（可选） |
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配置方式 |
蓝牙配置，提供中性配置软件 |
第四章 综合环境监控云平台
4.1 概述
综合环境监控云平台（www.0531yun.com）以先进的信息采集系统、物联网、云平台、大数据以及互联网等信息技术为基础，各级用户通过PC端WEB、APP客户端、微信端等多种渠道访问平台数据，实现远程系统管理功能。用户可实时对项目上每个重要参数进行实时监测、管理，同时实现基于平台的远程手动控制。
4.2 功能介绍
4.2.1 数据实时监控
平台支持实时查看所测环境的振动、位移以及表面温度等各项数据。数据可以通过图形化界面、列表等方式反映，图形化界面的优势在于让用户直观看到数据和传感器相对位置，列表则更利于用户对数据进行对比。
【首页数据展示1】
【首页数据展示2】
4.2.2 超限告警
当任一要素超过预置报警值、设备处于离线状态时，系统能提供平台界面告警、短信告警、电话告警、邮件告警等报警方式，并进行事件记录，供调用和分析
。
支持所有监测因子报警上限、下限，预警上限、下限设置，支持因子数据异常字体变色，因子告警数据颜色用户可自定义。
【超限预警】
针对短信、振铃、微信、邮件告警方式有专门的告警联系人管理列表，便于当报警联系人变动时快速查询、添加、删除。
4.2.3 设备实时地图定位
云平台通过地图实现所有设备全面性的监管，一张地图上展现，设备离线、异常、超限一目了然。
4.2.4 历史数据查询、导出
可通过系统查询每个监测点的设备信息，对设备监测数据、历史数据进行查询。并生成数据曲线图，具有单个或多个因子数据存储/查询/导出数据功能，支持PDF、excel等多种数据格式导出，导出内容标题、使用单位名称用户可自定义，同时可导出数据查询的时间段、查询数据账号、保存数据间隔、离线判断间隔等重要信息。
【历史数据列表查看】
【历史数据曲线查看】
4.2.5 移动端APP
为方便移动端用户监测数据，推出“云控通”手机APP，方便用户24h实时监测。可以通过账号密码登录云平台，一键控制上万个设备。支持视频查看，设备故障/异常报警，支持离线告警功能，支持实时数据查看，历史数据曲线查看，还可连接蓝牙打印机进行数据打印。
4.2.6 系统管理
平台具有完善的权限分级和管辖分区等等功能，无限级权限设定，根据要求自由组合权限。用户操作具有完善的日志记录，方便查看操作记录。
4.2.7 账号分级
支持账号分级管理，针对项目实际需求增设子账号，并分配不同管理权限，做到项目管理分工明确，用户可赋予角色不同权限管理。
【账号管理】
【管理员权限设置】
【管理员菜单权限】
4.2.8 设备管理
可对设备进行节点、报警、储存进行设置。
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名称 |
解释 |
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设备名称 |
填写设备名称，默认名称为设备地址 |
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设备地址 |
显示设备地址，不可更改 |
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设备经纬度 |
写入设备经纬度，可在地图中查看设备显示位置。（注意：如果以设备自带经纬度信息为准，此处可不填写） |
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告警记录 |
开启告警记录，当设备报警时，数据库中会记录告警信息，关闭告警记录，则无法查询告警记录。 |
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离线短信 |
开启离线短信，当设备离线时会发送告警短信至绑定手机号 |
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离线邮件 |
开启离线邮件，当设备离线时会发送告警邮件至绑定邮箱。 |
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离线判断间隔 |
设置设备离线时间，当设备在设置时间内重新上线，平台默认此设备未离线。 |
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短信告警间隔 |
当设备在平台告警后，告警信息按照设置时间间隔发送告警短信，时间最低设置5min。 |
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邮件告警间隔 |
当设备在平台告警后，告警信息按照设置时间间隔发送告警邮件。 |
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保存数据间隔 |
设置时间间隔保存设备数据。 |
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短信最多发送次数 |
防止设备超限时间过长，一直发送告警短信，可设置最多发送短信次数。 |
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节点列表 |
设备节点设置，详情见节点信息设置。 |
4.2.9 流量卡预警功能
实时获取现场4G型物联网设备的卡号，自动分析卡号剩余流量，自动分析，到期时间预警提醒，让项目管理人员及时充值，防止流量卡到期运营商销号造成项目停滞。
4.2.10 大屏可视化
可投屏显示，自动刷新，滚动播放所有设备信息，数据清晰、直观，便于管理员进行系统查看。
4.2.11二次开发
山东仁科提供的云平台完全免费，界面完全中性，并支持用户二次开发。
4.2.12 千人千面
针对小规模应用的用户，云平台提供可配置的“千人千面”界面与私有域名解析的服务，客户只需要投入几十元购买一个域名，备案成功后就能拥有自己的私有登录链接，且登录界面平台名称可根据用户要求更改。
