物聯網機電監測系統應用案例

金 磊

杭州倍捷（錕創）科技有限公司

0 前言

無論是公共建筑還是工業企業，要保障其正常運行或制造生產，離不開動力設備或機電設備的安全運行和動力保障，例如給排水、空調、熱能、消防等設備。由于場地限制，部分設備位于地下室角落、設備夾層、樓頂、裙樓等地方，在巡檢這些設備時，要彎腰、爬梯，時間久了巡檢人員容易產生重復疲勞、巡檢質量下降等問題。管理層也缺少有效的監測管理手段，難以確定員工是否巡檢，又擔心事故可能隨時會發生。采用物聯網機電監測系統，能將現場傳感器監測的數據和信號上傳到云端能數據庫，并在移動端界面顯示，移動端能對異常的數據和信號及時進行處理和預警，快速排除隱患和故障，確保各類機電設備的安全高效的運行。

1 物聯網監測系統

1.1 系統結構

物聯網機電監測系統主要由三部分組成，即受控機電設備、物聯網機電終端和移動端監測界面，如圖1所示。受控機電設備是指在公共建筑及工業企業領域普遍通用的機電設備，如空調、風機、水泵、空壓機、鍋爐等。根據不同機電設備的參數特性采用不同物理特性的傳感器，以采集受控機電設備的運行參數，通過信號線，將采集的數據輸入物聯網機電終端。物聯網機電終端內配置物聯網卡，將采集的數據上傳到云端并儲存，同時把動態數據推送給移動端監測界面，受控機電設備運行狀況在移動端界面實現動態同步顯示。在移動端界面可以設定故障預警上下限值，軟件后臺運行作出預判，當運行參數超出設定值時，移動端會立即發出預警提示，通知操作人員迅速前往現場處理故障，或移動端按鍵遠程啟動、停機等。

1.2 主要功能

圖1 物聯網機電監測系統結構圖

基于云技術、大數據、移動端APP等新一代信息技術和移動通訊技術，物聯網機電監測系統突破傳統機電設備的監控方式，將受控機電設備的關鍵運行參數匯集到物聯網機電終端，上傳至云端數據庫，并與移動終端分享數據，從而實現機電設備的遠程、實時在線監控。目前移動端可動態監測的基本參數包括電流、電壓、電耗、壓力、溫度、濕度、液位等。在此基礎上，還可以根據用戶的不同場景監測需要，尤其在工業企業的安全生產監測中，通過二次技術升級和開發，滿足用戶的個性化需求，如氣體濃度、粉塵濃度、甲醛和二氧化碳濃度、PM2.5等數據的物聯網監測。

該系統可設定受控設備運行參數的故障預警上下限值，超出設定值，移動端立即顯示預警信號；對受控設備的運行時間、啟停次數進行統計，使用戶能夠準確知道受控設備的維修時間、備品備件采購時間和生命周期時間等，從而做出精準預判，制定下一步工作計劃，避免盲目采購備品備件，減少資金占用；對非工作時間內仍在運行的受控設備也會發出預警，可以及時阻止浪費現象發生，促進節能增效；對管網的壓力、流量進行動態監測，及時發現壓力或流量降低和減少，移動端會自動發出預警信號，立即派人勘察漏源，防止跑冒滴漏現象發生，把損失降到最低。

該系統能為設備建立數據檔案，以最通用的機電設備水泵為例，①實時掌握水泵的位置信息，并在地圖上展示；②實時監控并展示水泵的運行狀態及采集各類運行數據，包括運行停止時間、運行時長、故障時間、啟停次數、電耗等數據；③水泵設備管理，包括設備型號、設備參數、設備位置、設備投入時間等信息；④水泵故障管理，記錄故障信息，并準確傳送給相關工作人員，并生成故障統計報表方便工作人員分析處理；⑤備品備件采購周期，水泵的易損件如軸封、軸承，設定其工作壽命分別為5 000 h，10 000 h，當運行時間達到90%占比后，用戶再考慮配件的采購，大幅減少了資金占用和配件壓庫，提高了資金流動性；⑥生命周期管理，依靠數據檔案，可以及時提醒設備維護周期，精準提醒客戶進行設備維護或保養直到更換。由于有電耗數據記錄，即可及時統計水泵的全生命周期的碳排放量。

物聯網監測系統的顯示有移動端和PC端。移動端的監測方便、靈活，但是與PC端相比仍有不足之處。例如，預警的信號不夠醒目，需要經常查看手機才能發現預警情況；由于采用無線組網，在移動信號不強的地方，信號反應較慢，造成數據上傳延遲；移動端的功能比較單一，僅進行簡單的控制，如對受控設備只能進行遠程啟停等。PC端的功能更全面、覆蓋面廣，可實施多種控制功能，延遲現象較少。

1.3 應用場景

根據機電設備種類及監測的參數，物聯網機電監測系統可應用在各種場景，如表1所列。

2 應用案例

2.1 醫院應用案例

近幾年，我國的醫院建設如雨后春筍般地迅速發展，醫院大樓越造越大、越造越多。而醫院的機電設備布局卻非常分散。例如，浙江大學附屬第二醫院的心血管手術室的專用空調箱安裝在八層樓高的手術室屋頂，工程師每天巡檢必須經過手術室再攀爬檢修梯到達空調箱機房，非常不便。作為示范，該醫院安裝了物聯網機電監測系統，對空調箱的回風濕度、回風溫度、二氧化碳濃度、運行時間、耗電量等進行監測，圖2為專用空調箱監測數據的移動端界面，分別顯示累計啟動次數、累計運行時間、累計耗電量、工作電流、工作電壓、回風溫度、回風濕度、濾網壓差、二氧化碳濃度等，即受控設備的運行情況清楚地顯示在移動端屏幕上，護士值班室和后勤服務中心工程師從手機端即可以同時了解設備運行情況，減少了人工巡檢次數。當發生預警時，護士和工程師可以同時接受到預警信號，互相提醒，防止事故處理的拖延。

表1 物聯網機電監測系統的主要應用場景

圖2 空調箱運行參數監測

在獲得滿意的使用效果后，該醫院又增加了空壓機、消防裝置、排污泵、空調循環泵、冷卻塔等設備的物聯網機電監測系統，如圖3、圖4、圖5、圖6所示，極大提高了醫院后勤中心工程師的工作效率，縮短了故障排除的時間。

圖3 空壓機的壓力監測

圖4 冷卻塔的液位監測

圖5 消防水泵壓力及遠程啟停的監測

圖6 空調循環泵進行介質溫度/供回水壓差/管網壓力的監測

此外，在移動端監測界面，清楚地顯示不同運行參數的上下限設定值，當實際運行參數超出設定值時立即預警，同時把預警信號發送到用戶移動端，如圖7所示。

圖7 物聯網水泵故障預警界面

2.2 工業應用案例

杭州一家年產200萬t水泥的工業企業，生產車間距離取水點和水泵房2 km，生產車間周邊建有280 t蓄水池一座。傳統的取水調節采用人工值守，即當蓄水池接近高液位或低液位時，取水點水泵房的值守人員手動控制水泵的啟停。由于車間系24 h連續生產，需2個值守人員輪班才能完成任務，每年僅人工成本需開支100 000元。采用物聯網機電監測系統進行改造，在蓄水池安裝液位傳感器和物聯網機電終端，如圖8所示，在用戶的移動端事先設定低液位和高液位值，并在水泵房安裝聯動控制裝置。當蓄水池處于低液位時，水泵自動啟動，當蓄水池高液位時，水泵自動停止，同時在移動端動態可視化監測蓄水池的液位值，一旦超出高/低液位設定值時，移動端會收到預警信號，提醒派人前往現場處理故障。“機器換人”的方式，一是可以降低人力成本，二是避免人工操作容易產生的重復疲勞，防止因人為因素出現問題。實施具有終端同步監測功能系統，可以相互提醒，實現一機多控的功能。

圖8 某水泥廠蓄水池液位物聯網監測終端（左：蓄水池，右上：物聯網）

3 市場前景

物聯網機電監測系統用戶應用范圍不僅限于公共建筑和工業企業，且具有更加廣闊的市場空間，如農田水利灌溉、海產品和水產品養殖、隧道防止水澇、人防工程的水位溢流預警、軍事設施的防淹抗澇、水渠管網的壓力監測等。由于這些場景都在野外，特別適合物聯網機電監測系統的應用和發揮其優勢功能。物聯網的應用場景十分豐富，涉及到生產、生活的方方面面，前景十分美好。