成都威尔森无线振动监测技术方案

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1、宜化股份公司合成氨、水溶液尿素生产无线振动监测装置技术方案成都威尔森科技发展有限责任公司二O四年五月前言1.1振动监测的意义和目的：当前我国众多工厂、车间运行设备正朝着“无人值班（少人值守）”的管理模 式发展，为此各企业都在努力提高自身的安全经济运行管理水平和自动化程度。 而设备的运行的状态及其稳定性对工厂安全经济运行至关重要。及时发现设备存 在的隐患和缺陷，有针对性地对设备进行知道、维护保养，实施状态维修，建立 预测性维修体制等将有助于提高企业设备的安全经济运行水平，给企业带来显著 的经济效益。为此，对设备实行状态监测是迫切的、重要的。1.2 合成氨、水溶液尿素状况：1、对于合成氨、水溶液尿

2、素厂，目前振动监测没有，监测设备的运行状况 是靠传统的听及观察，设备检修前后靠手持式仪表来测量一点数据，这样对设备 的实时运行状况不能准确的去知道和了解，所以失去了监测的意义，失去维修的 价值，给检修、运行人员带来很多工作和麻烦。2、现场环境复杂，信号和动力电缆走向容易干扰，改造施工难度大等。1.3VRS7600 无线振动监测系统主要有如下优势：实用性：根据现场实际情况，避免现场走线麻烦，施工难度的问题，采用我公司的 VRS7600 无线振动监测系统，就可以满足现场的需要，满足设备实时振动监测的 要求。节省了人力物力，投资是相当节省的。改造后无线振动监测系统具有早期的发现设备的实际运转情况，有

3、效实现前 期预警、数据分析、智能评估等。同时无线振动监测系统可在DCS、MIS及检修、 运行班组的PC上看到。并根据历史数据查看振动进行各工况的比较，确保设备的 长时间、满负荷的安全运行。只有采用先进技术与可靠的系统，才能达到企业追求的本质目标。本系统采 用了目前国际最先进的技术，确保实现设备状态的早期预警，最大程度地避免事 故停机与设备二次损伤，大幅降低维修时间与维修费用，从而实现预知维修，优 化维修体制，增进设备可靠性，帮助企业有效实施资产优化进程。高可靠性：大部分的工业控制应用要求数据的可靠传输率要超过 95%。为了实现在工业 现场使用无线通信来实现高可靠传输面临以下挑战，采用了技术基于

4、 Mesh 自组 网技术，具有很强抗干扰能力，而且MAC层和应用层(APS部分)有应答重传功能， 另外MAC层的CSMA机制使节点发送之前先监听信道，也可以起到避开干扰的作 用。网络层采用了网状网的组网方式，从源节点到达目的节点可以有多条路径， 路径的冗余加强了网络的健壮性，如果原先的路径出现了问题，比如受到干扰， 或者其中一个中间节点出现故障， Mesh 自组网技术可以进行路由修复，另选一 条合适的路径来保持通信。同时Mesh自组网技术增加的频率捷变(frequency agility)，也大大加强其作为工业网络使用的可靠性，Mesh自组网络受到外界 干扰，比如各种工业现场的无线干扰，无法正

5、常工作时，整个Mesh自组网络可 以自动动态的切换到全部16个频道的一个干净工作信道上(实现FHSS跳频功 能)。和其它目前采用DSSS+FHSS的工业无线网络协议比较，Mesh自组网技术 可靠性和抗干扰性更胜一筹。同时公司是专业振动监测仪器仪表，振动监测分析系统，振动传感器的生产 型厂家，多项产品具有软件著作权和专利，公司振摆监测分析系统具有众多应用 业绩，产品远销非洲、东南亚国家及地区。系统从传感器到监测系统都有检验报告，系统硬件满足多种设计要求(详见 后面描述)；数据采集单元稳定性好，易维护：采用软件固化技术的嵌入式操作 系统，真正做到免维护；安全性：随着工业控制系统网络化进程的推进，网

6、络安全和数据安全问题日益突出， 一些安全漏洞将给工业控制应用造成巨大的损失。无线通信由于信道的开放特征 更容易受到攻击，其安全保障机制将更加复杂。为了工业网络应用设计了高安全模式(High Security Mode)，就是当节点加 入网路时，信托中心(Trust Center, TC)会先配一把万能金钥(Master Key)给 新加入的节点，然后，新加入的节点再用这把万能金钥透过SKKE的流程，与网 路中的任何节点建立连结金钥(Link Key)，最后再利用连结金钥加密后产生一把 网路共用的网路金钥，网路金钥(NWK Key)放在应用层有效载荷中传送给对方，然后再通过网路传输加密资料。Me

7、sh自组网络安全设计，完全能够实现工业无 线网络对安全通讯的主要要求。易用性：本系统安装简单：传感器安装，传感器到采集系统的接线有专门图纸及调试 指南，并且有专门的技术人员指导、培训;具有 RS232/485 通讯接口，可方便的与 DCS、MIS 系统通讯，高速传输和共 享功能，为企业今后实现大规模设备远程集中管理和监测奠定必要的基础;1.4 实施的目标：a. 通过对设备建立无线振动监测技术体系，可实时监控设备状态参量（流量、 压力等），及时报警，防止重大设备事故的发生；同时采用最先进的监控技术， 最大程度延长设备的预警时间，从而实现预知维修，并通过振动数据分析，实现 精密维修，缩短维修用时，

8、为检测维修制度合理化提供准确的数据基础。b. 建立无线振动监测技术体系与其它方式相比可以节约投资成本，人工成本 等，同时通过状态监测实现事故预警，能及时发现设备运行的不良状况，进行事 故预警,实现对设备运行状态的动态管理。c. 提高了设备运转率，减少岗位操作人员的劳动强度，延长了设备的使用寿 命，减少工作量。D.远期可接入多种状态的监测信息（温度、流量、压力等）建立设备的健 康档案，完善数据，并结合对历史数据的分析处理，实现状态监测趋势的图形化 分析，生成相关分析报告和报表，为设备的预防性维护提供可靠的依据。为机组 从计划检修过渡到状态检修提供辅助决策。二、系统概述根据现场实际情况结构特点，针

9、对性提交以“VRS7600无线振动监测系统” 及配套硬件为基础的完整解决方案，并详细说明了该方案的功能设计、结构、 性能、安装、试验及售后服务等方面的技术要求。“VRS7600 无线振动监测系统”是结合我公司多年实践经验和技术积累开 发出的新一代在线监测分析系统。系统设计无线 Mesh 网络(无线网状网络)也 称为“多跳(multi-hop) ”网络，它是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术。VRS7600无线总线终端提供RS232或RS485接口，通过无线方式传输工业现场的串行 数据包，可以替代已有有线485总线。可以接入显示仪表、PLC或DCS等多种设备。Modbus 协议数据报文

10、无线传输、基于 Mesh 自组网技术、无线通信距离可灵活 扩展。相邻两台无线设备之间的可靠传输距离在几百米范围内均可使用，并可通过Mesh网状 网方式扩展, 既可以实现点对点通信，也适合于点对多点而且分散不便于挖沟布线等应用场 合，不需要复杂的设置和布线，工程人员很容易使用。应用说明：现场振动传感器接入VRS7600无线振动监测系统终端，监控中心电脑串口也 连接一个VRS7600-H终端，这样即可形成无线485总线网络。如果现场到DCS系统较远, 中间可以加VRS7600-H终端作为中继器2.12.1 设计原则2.1.1 系统的可靠性 本技术方案充分考虑压缩机、风机、电机等旋转设备的结构的特点

11、，选择 适合振动传感器传感器，具有针对性和适用性。VRS7600 充分考虑工业环境的复杂性、干扰等因素，其稳定性好，易维护 采用软件固化技术的嵌入式操作系统，真正做到免维护；已在工业现场得到长 期实践考验。2.1.2 系统的先进性 充分利用无线传输的软硬件资源；系统的软硬件设计为日后的进一步升级 提供便利的条件；高可靠性的软硬件系统及自诊断功能；在信号采集处理上，充分考虑压缩 机、电机、风机的工况复杂性，其信号的采集。为机组检修提供直接的技术数据，以供运行检修人员发现设备运行中存在 的缺陷问题和确定大修目标。2.1.3 系统的开放性系统应具有良好的兼容性，可以与电厂计算机监控系统和MIS等系统

12、进行 通信，实现数据共享。原来有线 485 网络下的数据传输格式无需改变。通信方式也和原来的 485 有线网络一样，采用半双工通信机制。2.1.4 实用性和针对性 本系统方案是基于现场环境复杂、铺设电缆难度大、人工成本高因素等，在，结合设备常见故障的机理和特点，充分运用计算机技术、现代信号处理技 术和通讯技术建立的，从传感器的选择、信号采集硬件的设计、信号的分析处 理、故障诊断的建立等等方面，进行了针对性的考虑和设计。2.1.5 系统集成完整性 系统的兼容性、扩展性好：能方便地进行系统扩展，对其他类型的监测装置能方便地接入。2.1.6 操作的简单方便性采用人性化的全中文界面。2.1.7 技术和

13、服务的可靠性 强大的售后服务体系：不但提供定期、主动的售后服务，更有长久的软件个性化定制及升级服务； 提供机组的性能分析现场动平衡的专业服务团队2.4设计制造的行业技术标准循的主要现行技术标准和规程规范机构名称缩写中华人民共和国国家标准GB国际标准化组织ISO国际电工委员会标准IEC美国材料及试验协会标准ASTM美国机械工程师协会标准ASME水电部标准SD电力部标准DL机械部标准JB冶金部标准YB电磁流量计JB/T9248电子计算机场地通用规范GB2887数据终端（DTE）和数据电路终端设备（DCE）之间的接口 GB/T 3453的定义电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范 GB5

14、0172信息技术 软件工程术语GB/ T11457电力系统实时数据通信应用层协议DL476工业控制计算机系统验收大纲JB/T5234电磁兼容性标准GB 12668.3计算机软件需求规格说明规范GB/T 9385三. 系统结构及组成“VRS7600 无线振动监测系统系统”已成功应用于国内外各类型钢厂、化 工厂、水泥厂、自来水厂等，深受广大用户的欢迎与好评。合成氨、水溶液尿素 6台设备需要做在线振动监测，每台监测 2 振动测点 结合VRS7600无线振动监测系统的特点，我们3台设备配置一套VRS7600无线 振动监测系统采集器，监控中心电脑串口也连接一个VRS7600-H终端，这样即可形成无线 4

15、85 总线网络。如果现场到 DCS 系统较远，中间可以加 VRS7600-H终端作为中继器。系统结构图如图：DCS系网络打印机printerR57600-H 中继卜操作员工作站OWSVRS7600无线振动架集器 振动传感器严00-H无线礬端VRS7600无线振胡采集器 振动传:感器数宛侔服务器工程帅工作站EWSserver泵 压缩机、电机泵、压缩机、电机四、系统性能特点4.1 VRS-5 速度传感器VRS-5 型振动传感器是原来公司老产品MLV系列7型8 型的升级产品。 用于测量低转速机械，低频下限可到5Hz （如泵、电动机、风扇、压 缩机等）的壳体和结构振动。频率响应：51000Hz （3d

16、b）灵敏度：20.0mv/mmsT, 土5 % （在 80Hz，速度为 10mm/s 情况 下测得） 幅值线性度： 3% 横向灵敏度比： 5% 最大可测位移：1mm （单峰值） 工作方向： 以传感器安装面在下方为 0 VRS-50土100（通用型）输出电阻：W600Q绝缘电阻：2MQ 环境条件：防尘,防潮（ 95 %不冷凝） 重 量： 约 200g 安装方式： 1 ）在底座中心孔用一个 M8 螺钉固定 2）用快卸强磁吸座固定（用于现场检测）4.2 VRS7600 无线振动监测系统4.2.1 采集系统特点系统的控制核心是采集模块及输出控制模块，现场检测元件和传感器系统将系统主要监 控参数采集进来

17、，通过最高12Mbit/s采集数据 传输到中央控制器，控制器根据具体工艺要求进 行处理，再通过 MODBUS 网络将控制传给输出模 块，实现各现场监测元件的控制流程。供电电压：A: +10+30VDC,电源反接保护； B:220VAC（可选）工业级塑料外壳，标准DIN导轨安装；通讯接口：隔离2500 VDC，ESD、过压、过 流保护；隔离耐压： 2500 VDC 模拟量输入 输入路数： 8路振动传感器、电涡流、加速度信号输入ADC 分辨率： 16位 采样精度：0.05 采样速率： 2次/秒（全通道） 输入低通滤波、过压保护4.2.2 VRS7600 采集器、中继器通讯特点主要特征：采用无线方式

18、模拟485总线，替代有线方式采用Mesh网状网技术，有效传输距离可任意扩展 ISM开放频段470-510MHZ,无需申请频点直流924VDC/1A供电，平均工作电流小于50mA 数据自动路由，中间节点收到数据，自动继续转发； 自动修复路径，节点原来的路径不通时，可以寻找新的路径连接网络 数据透明传输，插上即用，零设置、免二次开发； 具有较高的实时性，网络每增加一级增加100 毫秒，用户可根据应用系统的具体要求灵 活掌握； 完整的安全体系，防止非法入侵和数据篡改。技术参数：调制方式 GFSK工作频率 470-510MHZ发射功率 10mW（50mW）接收灵敏度 -110dBm信道数 150子网数

19、量 无限制子网容量 路由节点最大 252，其余节点无限制发射电流 100mA接收电流30mA睡眠电流5uA接口速率 1200/2400/4800/9600/19200模拟量 0-20mA/4-20Ma;0-5V;1-4 通道 ADC 分辨率 10bit接口类型 RS232/RS485/AD工作电源 +12-24V DC平均功耗 小于 1W工作温度 -30 C-85 C工作湿度 10%90% 不结露外形尺寸 94mm*78mm*24mm重量 240 克平均功耗 小于 1W工作温度 -30C-85C工作湿度 10%90% 不结露产品优势： 可以直接代替有线485接口，实现无线遥测遥控 可灵活分组使

20、用，同一现场构建多无线总线，互不影响 自动入网，上电后，节点可以自动寻找网络入网 自动修复路径，最专业的自组网技术 真正的自动跳频技术，超强抗干扰性能，适应恶劣环境 具有较高的实时性，网络每增加一级增加 100 毫秒 完整的安全体系，防止非法入侵和数据篡改网络特色（与同类型产品相比较）序号项目同类产品ZSR-Mesh系列产品1协议栈绝大部分基于点对点的星 型网络结构，少数基于 ZigBee.自主开发的专用网络协议，充分考虑了无 线透传和自组网特征2、乙、“.信道数8-16信道。受干扰时切换到 备用信道，用户需设置信道150信道，自动跳频，自动重传，超强抗干 扰能力，无需用户进行再设置3子站数少

21、于255个，部分厂家产品只支持32个子站无子站数量限制4网络拓扑部分产品需要用户制定中 继，节点层次等设置。设置 复杂，无法适应环境的变化各数据节点间自动组网，可以随环境变化 自动重新组网，具有很强的环境适应性。5工作频段大部分工作在433MHZ频 段，部分工作在2.4G。470-510MHZ频段，高达40MHZ的频带宽 度，充分避免频率冲突。6实时性绝大部分产品无法满足实 时性的要求母一级增加100ms，取多16级网络7可靠性需要用户应用软件支持，基 本没有重传机制如果传输失败由协议底层进行自动重传， 保证数据的可靠性8安全体系大部分产品都没有完整的 安全体系在网络协议中设计了完整的安全体系，同 时对数据采用AES128加密算法，保证数据 安全性。五、系统清单序号产品名称规格型号数量单位单价备注1无线振动采集系统VRS76001套2无线终端、中继器VRS-7600-H2套3振动传感器VRS-512个