基于物联网技术的化工机械故障监测系统构建思路

　　摘要：化工机械设备已经成为人们日常生产和生活中不可或缺的生产设备，能否正常运行不仅影响化工企业的生产效益，更影响着人们的日常生活。因此，化工机械设备的故障监测系统研究就变得很有意义。以化工机械设备在工作过程中遇到的各种故障案例为研究对象，提出一种基于物联网技术的故障监测系统构建思路，为有条件实施的化工类企业提供参考和依据。

　　关键词：化工机械设备； 故障监测系统； 物联网技术； 虚拟仪器技术；

　　Abstract:Chemical machinery and equipment has become an indispensable production equipment in people's daily production and life.Whether it can run normally not only affects the production efficiency of chemical enterprises,but also affects people's daily life.Therefore,the research of fault monitoring system of chemical machinery and equipment becomes very meaningful.Taking all kinds of fault cases encountered in the working process of chemical machinery and equipment as the research object,this paper puts forward a kind of fault monitoring system construction idea based on Internet of Things technology,which provides reference and basis for the qualified chemical enterprises.

　　Keyword:chemical machinery and equipment; fault monitoring system; Internet of Things technology; virtual instrument technology;

　　在计算机技术、无线通信技术日益发达的今天，物联网技术应运而生。物联网技术的出现不仅为人们的日常生活带来了巨大的便利，同时也让化工机械行业看到了未来发展的希望和方向，而化工机械设备的故障监测系统就是物联网技术应用的一种典型案例，但是从多个化工生产企业了解到的结果是非常令人意外的，在化工机械设备故障检测方面的投入和研究也是非常欠缺的。

　　1 研究基础

　　1.1相关概念及关键技术

　　从定义上来看，物联网主要是借助互联网技术和传感器等部件，将多种物理设备互通互联，然后将各种设备的信息汇聚到智能终端，从而实现对部件的智能监测、识别和管控。目前，主流的智能家居、智能环境监测、智慧农业都是典型的应用代表，而在化工机械设备的应用方面则比较欠缺，而本研究的化工机械设备故障监测系统除了涉及物联网技术以外，还要用到虚拟仪器技术、数据采集技术以及相关的故障诊断技术[1].虚拟仪器技术就是计算机技术和测试技术的完全结合，不仅融合了测试方面相关的仪器原理，还将高速总线技术及图形软件编程技术融为一体。此多样化的技术相互融合贯通为化工机械设备故障检测系统的研究提供了技术保障，同时有些技术也是故障检测过程中不可或缺的关键技术。

　　1.2化工机械设备故障监测的研究现状

　　作为化工行业支柱的化工机械，由于特殊的工作环境再加上化工机械自身的复杂性，化工机械设备故障频繁，特别是在一些对人身安全具有危害性的化工企业，出现故障的频率更高，处理的效率却很低。目前，从化工企业的实际工作车间了解到化工机械设备故障的监测大多数仍然采用传统的故障监测方法。从知网上检索到的相关研究文献也是少之又少，因此，需要大力提倡、加强化工机械设备故障监测的研究。

　　2 化工机械设备故障监测系统的构建思路

　　2.1化工机械设备的故障监测分析

　　化工机械设备不同于其他的机械设备，对于化工机械设备故障的检修，不只是单纯地对有问题或损坏的机械部件进行拆卸或更换，还要在故障出现之前分析和预测可能出现故障的部件，从而尽可能地做到在不影响设备正常工作的情况下进行保养或更换。对于化工机械设备故障的监测和维修，不能等到故障出现了才有所行动，而是要制定科学的、合理的、经济实惠的维护方案，从设备投入使用开始就要对设备的各个部件进行监测和分析，从而制定最理想的故障排除解决方案[2].

　　要想构建一套化工机械设备故障监测系统，需要了解常见的故障诊断技术，目前经常用到的故障诊断技术包括振动噪声法、油液诊断法、超声发射法、红外成像法以及无损探伤法等。这些诊断故障的方法各有利弊，适用范围也不同，其中振动噪声法主要通过内置传感器的实时分析和比较获取的振动频率来判断化工设备内容是否存在异常或故障；油液诊断法主要用于找到容易磨损的地方，通过油液中的金属颗粒判断磨损的程度，从而判断是否存在异常或故障；超声发射法主要用于监测容易产生裂纹的地方，通过对声音反射的分析得出是否存在异常或故障；红外成像法主要用于诊断对于温度非常敏感的化工设备部件，通过对温度的监测判定部件的工作状态；无损探伤法可以理解成超声发射法和红外成像法的结合[3].

　　2.2化工机械设备故障监测系统的构思

　　为了高效、快捷地处理化工机械设备的故障，仅依靠传统的检测方法远远无法满足现代化生产效率的要求，随着科学技术的日新月异，开发出一套化工机械设备故障的监测系统是完全可以实现的。当下，虚拟仪器技术、数据采集技术、互联网技术以及物联网技术都为化工机械设备故障监测系统的开发奠定了坚实的科技基础[4].

　　2.2.1需求分析

　　要研究开发化工机械故障监测系统，首先要收集和分析故障监测的功能需求。从化工企业机械设备的保养和检修流程来看，本研究提出的故障监测系统需要发挥对设备各部件的数据收集、传输、分析和处理等功能，因此，前端的采集模块负责对设备运行的实时状况进行收集、转换和传输，后端的分析处理模块负责接收数据、存储数据并进行分析、处理，以发挥监测报警的功能，整个工作流程如图1所示。

　　图1 故障诊断工作流程

　　2.2.2硬件设计

　　根据需求分析所要实现的功能，故障监测系统需要采购相关的硬件设备完成相关功能数据的收集或分析处理。其中，数据采集模块由传感器、信号转换调理芯片以及无线通信模块等硬件组成，传感器负责采集设备部件的振动信号，信号转换调理芯片负责对采集到的信号进行转换和调理，无线通信模块则负责将收到的信号转发给数据中继模块。数据分析处理模块则主要通过上位机服务器及客户端等终端设备实现相应的功能。

　　2.2.3软件功能分析

　　作为上位机服务器，目前采用LabVIEW编程工具开发的居多，其部署简单、性能稳定以及扩展性强的特点是人们选择的主要理由。上位机服务器通过软件实现数据的接收、存储、查询、分析以及诊断预警等功能，同时远程客户端也可以访问。化工机械设备故障诊断系统如图2所示。

　　图2 化工机械设备故障诊断系统   

　　2.2.4数据库的构建

　　考虑化工机械设备故障数据的特点，微软Access数据库即可满足故障数据的存取、查询等需求，Access数据库属于关系型数据库，其部署简单、灵活性强，可以实现建立本系统数据库的功能。数据库模型需要根据化工设备的详细参数创建，例如准备部署在齿轮箱的振动传感器，每个传感器要对应一张关系数据表，以便存储振动传感器收集到的数据，还包括日期、时间、齿轮转速以及其他负载情况。

　　2.2.5数据分析的实现

　　将分析采集到的数据进行种类、大小上的分解和计算，然后将其有规律地存放，并进行时域、频域分析，据此判断设备部件的运作状态并在工作异常时进行报警。

　　3 结语

　　随着化工机械设备故障监测技术和无线传输技术的迅速发展，虚拟仪器技术和物联网技术正慢慢成为机械设备故障监测系统不可或缺的技术支持，在不影响化工机械设备正常运作的情况下，构建基于物联网技术、集无线数据采集和监测的化工设备故障监测系统，不仅可以提高化工企业的生产效率、节省成本，还可以远程实现故障的监测和诊断，成为现代化科技应用的典型案例。由于能力、时间受限，仅提出了大概的构建思路，没有开发出一套真正可以推广应用的化工机械设备故障监测系统，因此，在有时间和一定能力的基础上，争取开发出一套可以供化工企业投入使用的故障监测系统。

　　参考文献

　　[1]刘世雄。化工机械运转设备中常见故障分析及预防措施[J].化工管理，2020（13）：166-167.

　　[2]朱明敏，刘杰。化工机械设备安全特性及其故障诊断处理研究[J].石化技术，2020,27（4）：341-342.

　　[3]刘向腾。化工机械的故障诊断与故障控制分析[J].化工管理，2020（6）：144-145.

　　[4]王泽生，梁贵鸿。化工机械设备安全故障诊断技术分析[J].中小企业管理与科技，2020（2）：146-147.