基于物联网的设备状态在线监测系统介绍 锐敏科技公司

基于物联网的设备状态在线监测系统基于物联网的设备状态在线监测系统 1 1 1 1 项目意义和必要性项目意义和必要性 1 11 11 11 1背景背景背景背景 随着现代科学技术的迅速发展 机械设备日益向大型化 复杂化 高速化 重载化 连续化 综合化 高级化 高生产率等高度自动化的方向发展 造成机 械设备日益复杂 零件数目显著增加 零 部件之间的联系更加紧密 现代的机 械设备越来越体现了机械 电子电气 液压传动 光学 气压传动等多学科门类 技术的集成 设备也向着高功率 高可靠性 大型化 微型化 可测试性 不可 接近性或不需接近性的趋势发展 随之而来的就是设备安全性问题 这就迫切需 要对其状态进行监测 一旦某一部分发生故障 往往会引起整台设备的瘫痪 造 成巨大的经济损失和人员伤亡事故的发生 1986 年的 切尔诺贝利 核电站事 故和 挑战者 号航天飞机的失事以及我国在航天领域中的失事等使人们更进一 步认识到在大型复杂系统中引入容错技术和故障监测和诊断技术的重要性 随 之 现代机械设备正常状态所花的维修费用和停机损失 在成本中所占的比例越 来越大 设备故障或事故引起的损失不断增加 设备维修业务的重要性日益成为 一个突出的问题 人们对机械设备的可靠性 可用性 可维修性 经济性与安全 性提出了越来越高的要求 而且现代工业生产中的设备系统比以往更注重其效率 和能耗 且环保的要求越来越高 因此 怎样在设备运行中或基本不拆卸的情况 下 借助或依靠先进的传感器技术和动态测试技术以及计算机信号处理技术 掌 握设备的运行状态 分析设备中异常的部位及其原因 并有效预测设备状态的未 来趋势 是亟待解决的问题 机械设备状态监测与故障诊断技术是现代设备管理及设备维修的新技术 对 设备的管理包括故障后维修 预防性维修 定期维修 和预知性维修 视情维修 故障后维修是设备一直用到失效才去修理 它具有非计划性 备件库存量大 不 能有效安排人力和物力等缺点 预防性维修 定期维修 是以时间作为维修期限 计划性较强 组织管理工作较简单 但容易出现该修理时未及时修理 使设备严 重失效 不必要的修理会造成人力物力的浪费和设备运转寿命的缩短 实践证明 随机监测和预知性维修 视情维修 比故障后维修和定期维修制度更科学 更有 效 它不仅能保障机械设备正常运转降低设备的故障发生率而且能提高设备的可 靠性和利用率降低设备的维修费用 润滑油是机械设备的 血液 它在机械设备中起着密封 润滑 减磨 冷 却 清洗 减振和防腐等重要作用 润滑油在工作中受高温 高剪切作用 同时 由于空气中氧气 氮气的存在 也会发生氧化 硝化 硫化反应以及抗氧剂 抗 磨剂的降解 因此它本身也 藏污纳垢 这些污染物包括有 零部件的磨损颗粒 腐蚀产物 还有润滑油和添加剂经一系列物理 化学变化而形成的胶质 沥青 油泥及燃烧产物等 各种污染物在一定程度上无一不与机械设备及润滑油的使用 状态相关联 在用润滑油中蕴藏着非常丰富的来自机器的运动副表面的摩擦学状 态的信息 对其理化性能指标及所携带的磨损产物的分析 可有效地评价在用润 滑油的综合性能和判断机械的磨损状态 在油液分析技术中 润滑油性能测试项 目主要有在用润滑油的粘度 酸度 水份 固体颗粒总含量等 油液监测技术是一种有效的工况监测和故障诊断的方法 它通过采集设备的 润滑油或工作介质的样品 利用光 电 磁学等手段 分析被监测设备的在用润 滑油 或工作介质 的理化性能指标变化和携带的磨损微粒的情况 获得机器的 润滑和磨损状态的信息 评价机器的工况和预测故障 并确定故障原因 类型和 零件的技术 油液监测技术适用于低速重载 环境恶劣 如噪音大 振动源多 外界干扰明显 往复运动和采用液体或半液体润滑剂且以磨损为主要失效形式 的设备监测 采用油液监测技术对机器设备进行监控 可具有以下优点 1 监控润滑油品的质量 污染程度和使用寿命 改善设备润滑条件 2 通过磨粒分析 根据分析结果 掌握设备磨损状态 预报故障 提高 设备管理水平 改善设备运转状况 提高运转效率减少非计划停车 保证安全生 产 3 以油液监测结果指导设备的维修工作 改变目前的定期维修状态 做 到预知维修 必将大大减少维修费用 从而提高企业的经济效益 在润滑油监测行业里面 润滑油的在线监测设备是物联网的组成部分 润滑 油在线监测设备把所有的监测的设备或者是某个行业的设备都互联起来 内燃机 火车机车 电力火车机车 风力发电机 电力发电机 大型的变压器 船舶发动 机 工程机械 火力发电机和液压设备等等 整个物联网以互联网为基础 搭载 高性能的 ARM 处理器 内置高灵敏度的 GPS 模块 拥有大容量的存储器 采用具 有世界先进水平的传感器检测润滑油 通过无线网络按照一定的协议进行数据传 输 使用户方便直观的监测设备的运行状态 1 21 21 21 2国内外现状国内外现状国内外现状国内外现状 1 2 11 2 11 2 11 2 1国外油液监测技术的发展情况国外油液监测技术的发展情况 1941 年 美国铁路行业的 Denver Rio Grande 和 Westen Railroad 公司首 次采用光谱分析方法 检测在用内燃机车润滑油中的磨粒元素种类和含量 二十 世纪 70 年代初 随着铁谱技术的问世 油液监测技术在美 徳 日等发达国家 得到飞速发展 80 年代 经过学术界和工业界共同努力和积极探索 油液监测 技术已成为设备诊断技术体系中的主要方法之一 90 年代 气相色谱和质谱仪 也被用于润滑油的组分变化测定 油液检测技术朝着多种方法集成 在线与离线 并举 检测方法与仪器智能化的方向发展 进入二十一世纪 随着油液的污染度 分析技术的日趋成熟和完善 其在设备状态监测与故障诊断中的重要性也越来越 为人们所关注 与之相配套的仪器成本低 功能齐全 性能稳定 己成为一般企 业的首选方法 西方国家已将油液污染度监测应用于旋转机械 往复机械 机加工设备 电 力设备和工程机械状态监测等方面 此外 国外目前还研制生产了适合现场使用 的各种便携式的在线快速油液污染度检测仪 如美国 CSI 公司的 O1lview 系列油 液监测仪 PARK 公司的 PLC 2000 型便携式激光颗粒计数仪以及 PALL 公司的 PFC200 英国 UCC 公司 CM20 9021 等 这些油液污染度检测仪方法 原理简单 代表着未来实用油液快速污染检测仪的发展方向 随着科学的进步和发展 用于 设备监测与故障诊断的新仪器不断研制成功 使得油液污染监测这门较新的应用 技术也得以不断地完善与发展 1 2 21 2 21 2 21 2 2国内油液监测技术的发展情况国内油液监测技术的发展情况 我国从 80 年代初在各个工业部门逐步推行油液污染控制技术和管理措施 在机械 煤炭 航空和船舶等工业部门相继开展了油液污染控制方面的应用研究 并取得了一定的成效 1986 年 10 月在广州召开了第一届全国铁谱技术学术交流 会 在那之后 我国的油液监测技术的应用有了一定的发展 为适应与国际接轨 的需要 在第五届全国铁谱技术会议上 将铁谱技术委员会更名为油液监测委员 会 2002 年 11 月在上海召开了第六届全国油液监测技术会议 六届会议均有论 文集出版 显示了我国在这一领域里取得的大量科研成果及该项技术工业应用的 广泛性 我国油液监测技术的发展最初集中在铁谱分析技术的应用研究上 从 80 年代初到 90 年代初是快速发展期 到 1985 年 我国铁谱仪 包括国内产品 已近 100 台 仪器总值为 300 500 万元 近几年我国油液分析和监测设备的研究 和研制有了长足的发展 例如 PCC 型便携式油液污染度检测仪 THY18F 型油液 检测仪 西安交通大学研制的 OLF 4 型四通道在线铁谱仪等 但目前我国的油液 污染控制技术和管理水平与国外主要发达国家相比还有相当大的差距 设备的油 液污染度一般比国外高 3 4 倍 从而使得设备故障率高 元件寿命短 严重影响 设备效能的充分发挥 由此可见 我国油液污染控制方面的研究仍是一个薄弱环 节 亟待加强和完善 值得指出的是 目前国内在油液监测方面存在一些认识及实践的误区 1 将油液监测简单地等同于油品质量常规检测 2 以铁谱或光 铁谱联用等较单一的手段取代油液状态监测系统的丰富 内涵 3 仅限于对用油量大的设备采用油液监测手段 4 对监测数据的完整性和准确性重视不够 片面强调趋势分析和异常磨 损分析 忽略常规分析和油质分析 实际上 油液监测并不是多种检测方法的简单组合 它是一门涉及到摩擦学 领域内多学科的综合应用技术 是包括设备当前润滑与磨损状态二方面所构成的 一个完整的监测系统 其核心在于 根据监测对象的结构特征与监测目标 恰当 的选用不同的监测方法 以最经济的方式达到最佳的监测效果 使用户获取到最 大的经济效益 1 31 31 31 3技术发展趋势技术发展趋势技术发展趋势技术发展趋势 进入二十一世纪 随着油液监测技术的不断发展 油液监测从油品理化 指标常规检测及铁谱检测 发展到理化分析 污染度测试 红外光谱分析 发射光分析 铁谱分析五个方面多种监测技术的联合使用 检查设备向着 小型化 智化方向发展 检测方式由离线向着在线方向发展 1 便携式设备的研制 近年来 国内外开发了便携式油液监测设备 以润滑油理化分析为主的 代表品有 润滑油污染指数检测仪 数显粘度计和润滑油分析工具箱 在磨 粒分析方研制了 YTC 1 油液含铁量检测仪 56 型磨损微粒分析仪 DCA 油 液监测器 Oilview5100 油品分析仪和便携式铁磨粒测定仪等 这些仪器可 适用于现场条件 具有简便和快速的特点 2 计算机在信息处理方面的应用 随着计算机技术的发展 利用这一工具积极开发应用于油液监测中的 数据库 数据处理程序 辅助诊断系统和综合各项油液监测技术的智能化 故障诊断专家系统是油液监测技术追求的目标 智能化诊断专家系统要在 知识获取和表达方面 推理机制方面和控制决策方面比传统的专家系统更 合理 更优异 以便解决先前的知识获取 瓶颈 和知识难于维护的缺点 目前 我国宝山钢铁集团公司 武汉交通科技大学 西安交通大学和北京铁 路局科研所正积极合作 开发油液分析诊断软件包 这一项目是中国设备管 理协会主持的软件工程库的一部分 这一软件包涉及到油液诊断模式子库 实用程序子库和诊断知识信息子库 它可以管理文字 数值 图像等多种数 据 是迄今为止国内外功能较齐全的油液监测诊断的辅助系统 3 在线监测仪器的开发 进入 21 世纪 油液在线监测技术发展迅猛 它很好克服了传统的实验 室离线分析方法成本高 操作复杂 测量样本点有限的不足 成为新一代 油液监测技术发展的主要方向 在线监测仪众多 其中比较有代表性的仪器 和方法是 流体工况监测仪 FCM 定量磨粒监测仪 QDM 金属微粒检测仪 MPD 在线铁谱仪 超声波磨粒监测方法 利用光学磨粒传感器的实时油 液监测系统和磨粒图像在线识别系统等 这些仪器和方法有的已经投入使 用 有的尚处于研发阶段 基于物联网的设备状态在线监测系统 把所有的需要润滑油检测的设 备统一连接到一个整体的网络中 每一个网络中的设备有可被识别的唯一 编号 对润滑油的状态进行实时检测 实时检测油质的各项参数 存储数 据和发送数据 实时监测设备的状态 未来的物联网中将会有数以万计的 设备在实时工作 监测使用润滑油的设备的运行状态 1 41 41 41 4必要性必要性必要性必要性 随着现代科学技术的进步和生产的发展 推动着机械设备和生产系统日益向 大型化 连续化 高速化 高效化 精密化和自动化的方向发展 这些发展主要 有四个基本特点 其一是设备与系统的功能增多 各工作单元间的关系日趋复杂 导致影响设备安全和工作性能的因素越来越多 其二是设备与系统的结构越来越 复杂 规模越来越大 设备的造价越来越高 其三是现代设备日益向系统极限效 率与速度方向发展 安全隐患增多 机械故障连锁影响造成的损失十分惊人 其 四是现代设备与生产系统在国民经济的发展和社会物质财富的生产中扮演着越 来越重要的角色 其影响面越来越大 这些进展一方面的确满足了提高生产效率 降低生产成本 节约能源等现代大工业发展的客观要求 取得了巨大的社会效益 和经济效益 但另一方面对大型机械的设计制造 安装使用 维修和安全 可靠 运行提出了更高的要求 设备和系统一旦发生故障就会影响到整个生产系统安全 稳定的运行 轻则降低系统的生产效率 重则系统停机生产 停顿造成重大经济 损失甚至出现设备毁坏 危及生命财产安全的恶性事故造成灾难性后果 据国内 石化行业统计 1976 至 1985 的十年间化肥五大机组由于事故停车造成的直接 经济损失达四亿五千多万元 1985 年大同电厂 1988 年秦岭电厂 1999 年阜新 电厂各有一台 200MW 机组发生毁机事故 损失均在亿元以上 严重影响地区电 网的供电 1998 年铁道部隧道局的一台 TBM 掘进机仅齿轮箱故障造成的直接损 失达 2 千万元 还延误了工期 在国外这种事故也屡见不鲜象 1971 年美国的 三里岛 300MW 机组损毁 1972 年日本关西电力公司海南电站 3 号机断轴 1973 年西德 600MW 机组联轴器变形等重大事故都造成了巨大的经济损失 油液分析在机械设备使用维护阶段的重要性已无需再说 这儿强调的 是在机械设备的开发阶段的摩擦学设计及生产阶段的重要性 在开发阶段 对生产的样机进行试验 要掌握整个过程的传动系统尤其各关键摩擦副的 磨擦磨损情况 以进行反馈设计 同时 对所用油液的理化性能 使用性 能在整个过程的变化以及对与磨损的互动影响需要通过油液监测密切跟 踪 在生产阶段 对生产质量的控制和保持质量的长期稳定性是提高产品 竞争力的关键之一 同一型号的产品很有必要进行包括油液分析的状态监 测和故障预报 制定出科学合理的使用维护手册 包括常规的磨合期 故 障预报的准则 规范取样以及换油周期等 图 1 1 新日铁 Kimitsu 钢厂 20 年间设备可靠性的改进过程 例如 在油液分析实践里 仅仅污染控制这一项 日本新日铁钢厂在 6 7 年间就取得了这些巨大的成果 全厂轴承采购下降了 50 液压泵更换下降了 80 润滑油消耗量下降了 83 各种泵的大修下降了 90 与润滑有关的失效下降了 90 图 1 1 全面展示了新日铁于 1976 1996 年期间 在设备可靠性方面所 取得的成绩 用了 20 年的时间 新日铁将设备失效率 包括润滑 机械 电气和结构等失效 任何一个导致设备停机超过某一时间如 30 分钟的停机 事件即一次失效 从 365 个 月降到了 12 个 月 其中与润滑有关的失效 占 75 左右 图 1 2 揭示了实行状态基的污染控制后液压油的消耗 这样 在成本上将有很大的降低而在产量上会有很大的提升 图 1 2 污染控制与液压油的消耗 基于物联网的设备状态在线监测系统的使用解决了目前存在的很多问 题 使用润滑油的设备统一连接到了一个整体的物联网中 用户可以清晰而方便的监测使用润滑油设备的工作状态 用户无需按照以前的模式定期进行检测油质的使用状况 用户无需盲目的进行周期性的更换润滑油 可以杜绝因为润滑不当而造成的设备停机 1 51 51 51 5意义意义意义意义 1 本项目研制的多要素传感器将同时采集润滑油的多种要素的变 化 多要素的综合处理结果作为油液劣化监测指标 目前国内还没有同时 监测油液多要素的传感器 因此本项目是对该理论的完善和丰富 2 由于本项目研制的传感器体积小 结构简单 成本低 对小型传 感器在油液监测中的应用是一个有益的探索 它能适应非常多的应用场合 3 本项目研制的传感器和检测系统可以实现在线动态监测 具备如 下优点 通过油液在线监测 掌握合理的换油时机 变 按期换油 方式为 按质换油 为工厂节省人力 财力 物力 实验证明 采用油液污染度 监测可使油液的换油周期延长 从而节省润滑油的消耗 起到节能环保的 作用 通过油液在线监测 可及时了解在用油液的污染状况 分析油液污 染的原因 对设备的工作状态做出初步判断 做到预知维修和主动维修 从而可以延长机器使用寿命和故障时间间隔 提高运行可靠性及降低维修 费用 通过检测数据的分析和积累 逐步建立趋势分析 提高分析结果的 效能和判断的准确率 为新的润滑油更换的标准的制定打下基础 4 基于物联网的设备状态在线监测系统可以实时的检测出油质的使 用情况 使用基于物联网的设备状态在线监测系统的具有特殊的意义 可通过 Internet 网络可以直接获取物联网中运行的设备状态数据 通过 GPS 得到移动目标的位置信息 能实时连续的看到反映油质的各个参数 可以实时观测到油质的变化趋势 通过参数的自学习功能 系统能给出更换润滑油的具体时间点 依据本系统能建立一套新的润滑油的更换标准 2 2 2 2 项目产品市场与竞争分析项目产品市场与竞争分析 2 12 12 12 1产品市场概况产品市场概况产品市场概况产品市场概况 2 1 12 1 12 1 12 1 1润滑润滑技术技术与节能与节能 高效合理的润滑技术是保证和改进机械设备节能 高效 长期正常运 转的基本措施 是机械运转的命脉 是为国民经济发展和人民生活福利服 务的应用科学 因而先进的润滑技术和高性能的润滑剂的开发和应用是保 证人民生活和工作及各行各业机械的节能 高效正常运转的前提 没有高 效合理的润滑技术就没有先进的机械运转 也就不可能有先进的生产和经 济的繁荣 因此各工业国都十分重视先进合理的润滑技术的研究开发和推 广应用 据日本有关摩擦经济文章指出 1970 年日本因改善润滑技术而年 增长经济效益 2 万亿日元 名古屋钢厂仅改善润滑技术一项 就实现年增 长经济效益达 20 亿日元 同时机械设备事故减少了百分之九十 目前 全世界机械能源有效利用率平均只有 30 左右 能源总耗量的 50 60 消耗到机械设备摩擦上 据德国沃格甫尔教授测算 全世界生产 能源的 1 3 到 1 2 损失在摩擦损耗上 而英国焦斯特教授指出世界消耗能 源的 30 40 消耗在摩擦损耗上 当然摩擦磨损一部分是不可避免的 但 随着摩擦润滑科学技术的进步和润滑管理水平的提高 其中一部分是可以 省下来的 日本通过规定节能润滑设计和操作 以及采用节能型润滑油脂 等措施 使机械磨损大大降低 节省动力 10 20 单是采用节能润滑油 脂一项 内燃机能节省燃油可达 5 10 节能型机械油 液压油可省电 7 2 1 22 1 22 1 22 1 2液压油液压油监测市场监测市场 近几十年来 液压传动在航空 机械制造 石油化工 矿山机械 交 通运输 造船以及地震预测等技术领域中得到了广泛的应用 随着液压设 备的使用数量和种类的增多 出现故障和维修的工作量也愈来愈大 如何 减少液压设备的故障率 提高其寿命和可靠性 是科研人员和工程技术人 员面临的一个重大课题 多年的实践表明 液压设备的故障率 75 以上是由 液压油污染造成的 随着液压技术在各个工业部门的广泛应用 对液压设 备的工作可靠性提出了更高的要求 因此 必须对液压系统的污染状况进 行检测 进行污染控制 油液中的各种固体颗粒污染物既是引起机械设备磨损失效的原因 同 时也是设备发生磨损的产物 其蕴含着大量的表征机器内部磨损状态的信 息 因此 实施设备在用油的污染度检测对实现主动维修及故障诊断 有 着十分重要的意义 2 1 32 1 32 1 32 1 3风力发电监测市场风力发电监测市场 齿轮箱是风力发电机组的最重要的组成部分 用油量占风力发电机用 油量的 80 左右 根据有关资料 齿轮箱故障的 80 以上与润滑有关 因此 实时在线监测齿轮箱的润滑工况与磨损状况 能及时发现早期故障征兆 采用相应的解决措施以防止重大事故的发生 这也是目前国际上提倡的 预防性维护 措施 如美孚石油 MobilMobil 的 Signum 的项目和壳牌公司 ShellShell 的润滑管理均是以此为基础 近几年来 一批齿轮箱发生故障 有些由厂家更换 也有的由国内 齿轮箱专业厂进行修理 有的风场齿轮箱损坏率高达 40 50 极个别品牌 机组齿轮箱更换率几乎接近 100 虽然齿轮箱发生损坏不仅仅在我国出现 全世界很多地方同样出现过问题 如 1999 年丹麦风电事件 丹麦一公司发 生批量齿轮箱故障 需要更换 1250 台齿轮箱 该公司为此倒闭 润滑油如同人体的血液 其各项物理化学特征也能反映机组各部件的 运行状况 如微量磨损金属含量趋势能反映设备的磨损状况 是否吸收有 溶解水 氧化是否加速等 传统的定期检测只能对油品的化学和物理性能 分析 而如上所述的外界或内部产生的水和污染物短期内聚集或突然增加 设备的早期磨损故障 通过常规检验是不可能预测的 目前国内风电机组 的润滑油监测通常每半年取样分析一次来对润滑油状态监测 就是指利用 实验室的物理化学分析技术对风电机组正在使用的润滑油样品进行综合分 析 获得设备润滑与磨损状况的信息 并据此预测设备磨损过程的发展 及 时发现故障或预防故障的发生 但所需设备价格昂贵 取样环境恶劣 取 样难度很大 分析费力费时 测量结果的获得具有较大的滞后性 因此 风力发电机的齿轮箱润滑在线监测变的越来越重要 2 22 22 22 2需求分析需求分析需求分析需求分析 随着设备向大型 微型 高速 重载 自动化 成套化 多功能化 环境节能性方向发展 设备的维修成本和停机损失也随之急剧增加 因此 对设备运行的可靠性和经济性必然提出更高的要求 促使工业界将以实施 状态监测为举措的视情维修提到了更为迫切的地位上 状态监测与视情维 修可有效地大幅度降低企业的生产成本 提高企业的经济效益 传统的设 备维修方式是失效后修理和定期维修制 而先进的设备维修方式是对设备 基于状态监测的预知性保养维修 设备的良好润滑状态可大大降低磨损失效 有效地延长设备使用寿命 减少停机损失 润滑油好比是设备的血液 定期抽检有代表性的在用油进 行化验如同医生通过验血进行病情诊断 准确找出生病部位 查明病因 对症下药 使病人及早恢复健康 油液监测通过油品分析检验手段 最终 目的是保证设备长期稳定处于最佳运行状态 预防和避免产生事故 特别 是机损人亡的重大事故 案例 1 南方某大型柴油机发电厂引进中速大功率柴油机数十台 设备 总值高达 10 多亿美元 由于其恶劣的工作条件 在设备投入使用后不久即 多次发生烧瓦 拉缸 曲轴断裂的事故 这些事故造成的损失统计如下 一次烧瓦事故 仅换瓦费最低要 5500 马克 一次拉缸损失最低要 7 8 万 人民币 而最大的一次断轴事故损失更高达 330 万人民币之多 这其中还 未包括停机损失 以 1 万马力的单机机组为例 每停机 1 小时即损失人民 币 1 万元 该厂装机总容量为 32 8 万千瓦 这些事故及产生的后果 终 于使该厂设备管理人员认识到润滑油监测的不可或缺的作用 自从选择了 润滑油监测服务后 十余年来 科学的监测数据使该厂主要设备的各类故 障得到了早期预报与预防 再未发生过重大设备事故 时至今日 这些设 备已到事故多发期 更需坚持做好监测工作 该厂每年平均为每台设备支 付的监测费用不到 1 万元 仅据 96 98 年 3 年统计 累计节约的备件维修 费已超过 1000 余万元 油品使用寿命延长了三倍多 节油费达 240 万元 案例 2 某水电站一台进口机组用的透平油 在设备安装投入使用后不 久即发现油品颜色迅速变深 Fe 含量较高 虽经多次换油处理 仍未有改 善 产生该现象的原因是什么 Fe 是磨损引起的吗 设备继续运行可靠性 有保障吗 需做停机检查吗 通过润滑油监测 为这些问题找到了答案 设备安全运行有了保障 案例 3 某合资企业以 550 万美元引进的自动生产线 是全厂的关键 设备 使用的润滑油主要为齿轮油和液压油 油箱体积不大 一直执行定 期换油制 每次换油费用并不高 而如果一旦发生意外停机和事故 将对 全厂正常生产带来严重后果 停机损失巨大 在第一次大修过后仅 2 个月 时间即发现运行参数出现异常 面临停机危险 该生产线停机 1 小时即损 失人民币 3 2 万元 此时 设备管理人员求助于润滑油监测技术服务 在 48 小时内诊断结论出来了 问题得到了及时解决 而这样的生产线在该厂 共有 5 条 设备总值近 3000 万美元 这次故障诊断为其它生产线的正常运 行提供了宝贵的借鉴经验 此次支付的监测费用仅 1000 多元 案例 4 某有色金属矿以数十万美元引进的地下采掘设备的齿轮传动 系统工作发生故障 并造成停机损失 通过润滑油监测 外商居然发现是 由于设计上的疏忽造成的 供应商不仅为用户重新更换了有关的部件 并 赔偿了停机损失 用户对及时提供的润滑油监测服务十分满意 并认识到 它对企业效益的直接作用 从此对所有重要设备都采用状态监测并以此建 立了设备管理档案 使设备常年处于良好运转状态 2 32 32 32 3目标市场分析目标市场分析目标市场分析目标市场分析 目前 所有需要使用润滑油的设备和相关的行业都是有我们的目标市 场 都可以使用基于物联网的设备状态在线监测系统 包括 风力发电 变压器 矿山机械 工业及制造业 轮船 铁路 航空 电力 压缩机及 制冷机 液压设备 运输车辆 特种作业车辆 涡轮机等等 1 火车机车的数量是 1 8 万台左右 2 已并网的风力发电机组为 1 5 万台 每年增加 1500 台 没并网的风力发电 机组有 20 多万台套 3 大型电力变压器全国有 30 万台套 此外 还有数以万计的船舶发动机 工程机械 火力发电机 液压设 备等等 市场非常巨大 2 42 42 42 4竞争优势分析竞争优势分析竞争优势分析竞争优势分析 目前 市场上面有很多检测润滑油基本状况的仪器和设备 但这些多 是离线监测设备 基于物联网的设备状态在线监测系统和其他相关的产品 有着独特的优势 本产品的竞争优势 1 物物相连 系统中的设备都统一的连接到一个整体的网络中 2 在线检测设备的状态 具有实时性 3 同时检测油品的粘度 密度 介电常数 氧化程度 含水量 温度等 参数 4 智能自学习系统 可以自动学习每种油品的换油参数 当油品到了 需要更换的时候 系统可自动提示 5 其他优势对照如下表所示 类别基于物联网的设备状态在 线监测系统 其它离线的产品 集中式远程管理 降低检测人工成本 优化换油间隔 精确测量油质参数 节约耗油量 节约维修费用 指导视情维修 节约设备的购置费用 延长设备 的使用寿命 及时准确的预测设备故障 安装方便 兼容所有类型和粘度的油 GPS 定位 GPS 跟踪 多路传感器接入 工作指示灯 设备防水 设备耐高温 3 3 3 3 研究目标和主要研究开发内容研究目标和主要研究开发内容 3 13 13 13 1研究目标研究目标研究目标研究目标 我们要建立一套基于物联网的设备状态在线监测系统 利用高性能的 处理器 高灵敏度的 GPS 模块 大容量的存储器 世界领先水平的传感器 和无线网络建立起一个物联网系统 该系统将多要素传感技术 现代网络 技术 无线通信技术以及数据挖掘技术多学科融合 建立一套基于物联网 的智能化的设备状态远程监测管理系统 3 23 23 23 2研究内容研究内容研究内容研究内容 本项目的主要工作是在实验室条件下 基于油液监测理论分析及润滑 油粘度 密度 介电常数等参数与理化性能指标的变化关系 设计一种适 合于润滑油在线监测的多要素传感器及其检测电路 并通过现场测试其工 作性能 主要包括以下几个方面 1 多要素法油液在线监测的理论研究 2 油液在线监测传感器结构设计及优化 3 传感器检测电路及报警电路的设计 4 通过实验研究 分析油液中的主要污染物对润滑油综合参数的影 响 并验证传感器的性能 5 基于物联网的设备状态在线监测系统的设计 设计一套基于物联 网的远程设备维护服务平台 其中包括了系统构架设计 终端设备硬件的设计 机械结构的适应性设计 嵌入式软件的设计 监控平台软件的研发以及数据的专 业处理技术和系统整体的测试 3 33 33 33 3关键技术关键技术关键技术关键技术 1 润滑油的关键参数指标的标定和归一化处理 2 微弱信号的处理技术 3 根据润滑油的各项参数指标进行综合分析技术 4 无线网络的建立 维护以及数据的传输 5 物联网平台技术的研究 4 4 4 4 创新点及研究方法和工艺技术路线创新点及研究方法和工艺技术路线 4 14 14 14 1技术特点技术特点技术特点技术特点 1 充分发挥了系统的实时的连续采集润滑油的数据的特性 体现了传 感器的测量的准确性 2 体现了系统同时测量多个润滑油参数的优越性 3 通过参数自学习训练 实现了润滑油检测的方便性 无需进行复杂 的标定分析 4 系统能够完全满足各种场合下的润滑油检测的需要 5 系统平台软件通过 GPRS 网络实现终端的实时联网 能够满足设备 远程管理 运行维护要求 6 系统拉近了人与设备之间的距离 实现了零距离的随时对话 4 24 24 24 2创新点创新点创新点创新点 4 2 14 2 14 2 14 2 1在线连续检测在线连续检测 系统采用在线式实时连续检测 连续获得润滑油参数 与现行的非实时性采 样化验检测相比 效率更高 计划性更强 针对性更好 实现了润滑油的节能与 环保 延长了设备的使用寿命 另外对润滑油的异常被污染 系统能实时报警 确保了设备正常运行 4 2 24 2 24 2 24 2 2多要素检测分析多要素检测分析 本系统可以同时检测润滑油的多个要素 粘度 密度 介电常数 氧化程度 含水量以及温度等数据 数据更加全面 能全面准确的反映润滑油的状态 检测 更加准确 该技术远远领先于其他竞争对手 独创的多参数综合指标分析 是油 品监测的精度和准确性上了一个台阶 4 2 34 2 34 2 34 2 3计算机自动学习检测模式计算机自动学习检测模式 不同的润滑油标号及批次 由于基础油和添加剂不尽相同 参数变化规律也 不同 我们通过一个换油周期的数据积累 获得了在不同时间和不同温度下的粘 度 密度 介电常数 氧化程度的变化规律 计算机通过自动学习 自动获取了 该油品的参数变化规律 这样系统自动完成了繁复的标定过程 使系统的适应性 大大提高 完全能满足不同行业 不同油品的监测工作 随着装机数量的日积月 累 我们积累的油品参数标准库也将不断完善 为以后换油标准的制定打下了良 好的基础 4 2 44 2 44 2 44 2 4在线润滑油数据的趋势分析在线润滑油数据的趋势分析 对基础数据进行分析 对于不同标号 批次的润滑油进行分析 再利用我们 积累的经验公式进行计算 完成数据的趋势分析 分析出润滑油的变化趋势 4 2 54 2 54 2 54 2 5建立润滑油检测的行业标准建立润滑油检测的行业标准 经过了长期的大量的数据分析和基础数据的积累 可以建立一个根据本系统 经验公式来判别润滑油使用情况的行业标准 4 2 64 2 64 2 64 2 6远端控制更新远端控制更新 在系统中采用实时无线通信技术 可以在监控中心集中监控所有设备状态 大大增加自动化管理的水平 终端设备实现了远程在应用编程 remote IAP 能力 可以远端对设备进行参数调校及固件实现升级 已经部署的设备 可以通过无线 升级 实现适应新的用户需求 而不必设备返厂更新系统 4 34 34 34 3需要解决的技术问题和具体方法需要解决的技术问题和具体方法需要解决的技术问题和具体方法需要解决的技术问题和具体方法 4 3 14 3 14 3 14 3 1接口数据处理接口数据处理 基于物联网的设备状态在线监测系统的监控主机和传感器之间使用CAN 总线通信 通信协议遵循 CAN J1939 总线协议 应用层协议采用自定义格式 4 3 24 3 24 3 24 3 2基础数据的建立基础数据的建立 建立一套内燃机发动机上面使用的新润滑油和需要替换下来的润滑油的基 础数据 新润滑油的标定过程 实验室将润滑油加温至 100 C 并恒温 20 分钟 缓 慢降温至 50 C 按照 1 C 等间隔采集粘度 密度 介电常数以及温度数据 通 过多次试验数据 绘制出温度 粘度曲线 温度 密度曲线 温度 介电常数曲线 需替换下来润滑油的标定同上 4 3 34 3 34 3 34 3 3在线数据的测量在线数据的测量 主机设备需要在线测量油质的粘度 密度 介电常数以及温度等参数 4 3 44 3 44 3 44 3