金 磊

杭州倍捷（錕創(chuàng)）科技有限公司

0 前言

無(wú)論是公共建筑還是工業(yè)企業(yè)，要保障其正常運(yùn)行或制造生產(chǎn)，離不開(kāi)動(dòng)力設(shè)備或機(jī)電設(shè)備的安全運(yùn)行和動(dòng)力保障，例如給排水、空調(diào)、熱能、消防等設(shè)備。由于場(chǎng)地限制，部分設(shè)備位于地下室角落、設(shè)備夾層、樓頂、裙樓等地方，在巡檢這些設(shè)備時(shí)，要彎腰、爬梯，時(shí)間久了巡檢人員容易產(chǎn)生重復(fù)疲勞、巡檢質(zhì)量下降等問(wèn)題。管理層也缺少有效的監(jiān)測(cè)管理手段，難以確定員工是否巡檢，又擔(dān)心事故可能隨時(shí)會(huì)發(fā)生。采用物聯(lián)網(wǎng)機(jī)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能將現(xiàn)場(chǎng)傳感器監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)和信號(hào)上傳到云端能數(shù)據(jù)庫(kù)，并在移動(dòng)端界面顯示，移動(dòng)端能對(duì)異常的數(shù)據(jù)和信號(hào)及時(shí)進(jìn)行處理和預(yù)警，快速排除隱患和故障，確保各類機(jī)電設(shè)備的安全高效的運(yùn)行。

1 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)機(jī)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由三部分組成，即受控機(jī)電設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)機(jī)電終端和移動(dòng)端監(jiān)測(cè)界面，如圖1所示。受控機(jī)電設(shè)備是指在公共建筑及工業(yè)企業(yè)領(lǐng)域普遍通用的機(jī)電設(shè)備，如空調(diào)、風(fēng)機(jī)、水泵、空壓機(jī)、鍋爐等。根據(jù)不同機(jī)電設(shè)備的參數(shù)特性采用不同物理特性的傳感器，以采集受控機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)信號(hào)線，將采集的數(shù)據(jù)輸入物聯(lián)網(wǎng)機(jī)電終端。物聯(lián)網(wǎng)機(jī)電終端內(nèi)配置物聯(lián)網(wǎng)卡，將采集的數(shù)據(jù)上傳到云端并儲(chǔ)存，同時(shí)把動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)推送給移動(dòng)端監(jiān)測(cè)界面，受控機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀況在移動(dòng)端界面實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)同步顯示。在移動(dòng)端界面可以設(shè)定故障預(yù)警上下限值，軟件后臺(tái)運(yùn)行作出預(yù)判，當(dāng)運(yùn)行參數(shù)超出設(shè)定值時(shí)，移動(dòng)端會(huì)立即發(fā)出預(yù)警提示，通知操作人員迅速前往現(xiàn)場(chǎng)處理故障，或移動(dòng)端按鍵遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停機(jī)等。

1.2 主要功能

圖1 物聯(lián)網(wǎng)機(jī)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

基于云技術(shù)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)端APP等新一代信息技術(shù)和移動(dòng)通訊技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)機(jī)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)突破傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控方式，將受控機(jī)電設(shè)備的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)匯集到物聯(lián)網(wǎng)機(jī)電終端，上傳至云端數(shù)據(jù)庫(kù)，并與移動(dòng)終端分享數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。目前移動(dòng)端可動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的基本參數(shù)包括電流、電壓、電耗、壓力、溫度、濕度、液位等。在此基礎(chǔ)上，還可以根據(jù)用戶的不同場(chǎng)景監(jiān)測(cè)需要，尤其在工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)中，通過(guò)二次技術(shù)升級(jí)和開(kāi)發(fā)，滿足用戶的個(gè)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(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)。

該系統(tǒng)可設(shè)定受控設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的故障預(yù)警上下限值，超出設(shè)定值，移動(dòng)端立即顯示預(yù)警信號(hào)；對(duì)受控設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間、啟停次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，使用戶能夠準(zhǔn)確知道受控設(shè)備的維修時(shí)間、備品備件采購(gòu)時(shí)間和生命周期時(shí)間等，從而做出精準(zhǔn)預(yù)判，制定下一步工作計(jì)劃，避免盲目采購(gòu)備品備件，減少資金占用；對(duì)非工作時(shí)間內(nèi)仍在運(yùn)行的受控設(shè)備也會(huì)發(fā)出預(yù)警，可以及時(shí)阻止浪費(fèi)現(xiàn)象發(fā)生，促進(jìn)節(jié)能增效；對(duì)管網(wǎng)的壓力、流量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓力或流量降低和減少，移動(dòng)端會(huì)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，立即派人勘察漏源，防止跑冒滴漏現(xiàn)象發(fā)生，把損失降到最低。

該系統(tǒng)能為設(shè)備建立數(shù)據(jù)檔案，以最通用的機(jī)電設(shè)備水泵為例，①實(shí)時(shí)掌握水泵的位置信息，并在地圖上展示；②實(shí)時(shí)監(jiān)控并展示水泵的運(yùn)行狀態(tài)及采集各類運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括運(yùn)行停止時(shí)間、運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、故障時(shí)間、啟停次數(shù)、電耗等數(shù)據(jù)；③水泵設(shè)備管理，包括設(shè)備型號(hào)、設(shè)備參數(shù)、設(shè)備位置、設(shè)備投入時(shí)間等信息；④水泵故障管理，記錄故障信息，并準(zhǔn)確傳送給相關(guān)工作人員，并生成故障統(tǒng)計(jì)報(bào)表方便工作人員分析處理；⑤備品備件采購(gòu)周期，水泵的易損件如軸封、軸承，設(shè)定其工作壽命分別為5 000 h，10 000 h，當(dāng)運(yùn)行時(shí)間達(dá)到90%占比后，用戶再考慮配件的采購(gòu)，大幅減少了資金占用和配件壓庫(kù)，提高了資金流動(dòng)性；⑥生命周期管理，依靠數(shù)據(jù)檔案，可以及時(shí)提醒設(shè)備維護(hù)周期，精準(zhǔn)提醒客戶進(jìn)行設(shè)備維護(hù)或保養(yǎng)直到更換。由于有電耗數(shù)據(jù)記錄，即可及時(shí)統(tǒng)計(jì)水泵的全生命周期的碳排放量。

物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的顯示有移動(dòng)端和PC端。移動(dòng)端的監(jiān)測(cè)方便、靈活，但是與PC端相比仍有不足之處。例如，預(yù)警的信號(hào)不夠醒目，需要經(jīng)常查看手機(jī)才能發(fā)現(xiàn)預(yù)警情況；由于采用無(wú)線組網(wǎng)，在移動(dòng)信號(hào)不強(qiáng)的地方，信號(hào)反應(yīng)較慢，造成數(shù)據(jù)上傳延遲；移動(dòng)端的功能比較單一，僅進(jìn)行簡(jiǎn)單的控制，如對(duì)受控設(shè)備只能進(jìn)行遠(yuǎn)程啟停等。PC端的功能更全面、覆蓋面廣，可實(shí)施多種控制功能，延遲現(xiàn)象較少。

1.3 應(yīng)用場(chǎng)景

根據(jù)機(jī)電設(shè)備種類及監(jiān)測(cè)的參數(shù)，物聯(lián)網(wǎng)機(jī)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可應(yīng)用在各種場(chǎng)景，如表1所列。

2 應(yīng)用案例

2.1 醫(yī)院應(yīng)用案例

近幾年，我國(guó)的醫(yī)院建設(shè)如雨后春筍般地迅速發(fā)展，醫(yī)院大樓越造越大、越造越多。而醫(yī)院的機(jī)電設(shè)備布局卻非常分散。例如，浙江大學(xué)附屬第二醫(yī)院的心血管手術(shù)室的專用空調(diào)箱安裝在八層樓高的手術(shù)室屋頂，工程師每天巡檢必須經(jīng)過(guò)手術(shù)室再攀爬檢修梯到達(dá)空調(diào)箱機(jī)房，非常不便。作為示范，該醫(yī)院安裝了物聯(lián)網(wǎng)機(jī)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)空調(diào)箱的回風(fēng)濕度、回風(fēng)溫度、二氧化碳濃度、運(yùn)行時(shí)間、耗電量等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，圖2為專用空調(diào)箱監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的移動(dòng)端界面，分別顯示累計(jì)啟動(dòng)次數(shù)、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、累計(jì)耗電量、工作電流、工作電壓、回風(fēng)溫度、回風(fēng)濕度、濾網(wǎng)壓差、二氧化碳濃度等，即受控設(shè)備的運(yùn)行情況清楚地顯示在移動(dòng)端屏幕上，護(hù)士值班室和后勤服務(wù)中心工程師從手機(jī)端即可以同時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行情況，減少了人工巡檢次數(shù)。當(dāng)發(fā)生預(yù)警時(shí)，護(hù)士和工程師可以同時(shí)接受到預(yù)警信號(hào)，互相提醒，防止事故處理的拖延。

表1 物聯(lián)網(wǎng)機(jī)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要應(yīng)用場(chǎng)景

圖2 空調(diào)箱運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)

在獲得滿意的使用效果后，該醫(yī)院又增加了空壓機(jī)、消防裝置、排污泵、空調(diào)循環(huán)泵、冷卻塔等設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)機(jī)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如圖3、圖4、圖5、圖6所示，極大提高了醫(yī)院后勤中心工程師的工作效率，縮短了故障排除的時(shí)間。

圖3 空壓機(jī)的壓力監(jiān)測(cè)

圖4 冷卻塔的液位監(jiān)測(cè)

圖5 消防水泵壓力及遠(yuǎn)程啟停的監(jiān)測(cè)

圖6 空調(diào)循環(huán)泵進(jìn)行介質(zhì)溫度/供回水壓差/管網(wǎng)壓力的監(jiān)測(cè)

此外，在移動(dòng)端監(jiān)測(cè)界面，清楚地顯示不同運(yùn)行參數(shù)的上下限設(shè)定值，當(dāng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)超出設(shè)定值時(shí)立即預(yù)警，同時(shí)把預(yù)警信號(hào)發(fā)送到用戶移動(dòng)端，如圖7所示。

圖7 物聯(lián)網(wǎng)水泵故障預(yù)警界面

2.2 工業(yè)應(yīng)用案例

杭州一家年產(chǎn)200萬(wàn)t水泥的工業(yè)企業(yè)，生產(chǎn)車間距離取水點(diǎn)和水泵房2 km，生產(chǎn)車間周邊建有280 t蓄水池一座。傳統(tǒng)的取水調(diào)節(jié)采用人工值守，即當(dāng)蓄水池接近高液位或低液位時(shí)，取水點(diǎn)水泵房的值守人員手動(dòng)控制水泵的啟停。由于車間系24 h連續(xù)生產(chǎn)，需2個(gè)值守人員輪班才能完成任務(wù)，每年僅人工成本需開(kāi)支100 000元。采用物聯(lián)網(wǎng)機(jī)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行改造，在蓄水池安裝液位傳感器和物聯(lián)網(wǎng)機(jī)電終端，如圖8所示，在用戶的移動(dòng)端事先設(shè)定低液位和高液位值，并在水泵房安裝聯(lián)動(dòng)控制裝置。當(dāng)蓄水池處于低液位時(shí)，水泵自動(dòng)啟動(dòng)，當(dāng)蓄水池高液位時(shí)，水泵自動(dòng)停止，同時(shí)在移動(dòng)端動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)測(cè)蓄水池的液位值，一旦超出高/低液位設(shè)定值時(shí)，移動(dòng)端會(huì)收到預(yù)警信號(hào)，提醒派人前往現(xiàn)場(chǎng)處理故障?！皺C(jī)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(chǎn)生的重復(fù)疲勞，防止因人為因素出現(xiàn)問(wèn)題。實(shí)施具有終端同步監(jiān)測(cè)功能系統(tǒng)，可以相互提醒，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多控的功能。

圖8 某水泥廠蓄水池液位物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)終端（左：蓄水池，右上：物聯(lián)網(wǎng)）

3 市場(chǎng)前景

物聯(lián)網(wǎng)機(jī)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用戶應(yīng)用范圍不僅限于公共建筑和工業(yè)企業(yè)，且具有更加廣闊的市場(chǎng)空間，如農(nóng)田水利灌溉、海產(chǎn)品和水產(chǎn)品養(yǎng)殖、隧道防止水澇、人防工程的水位溢流預(yù)警、軍事設(shè)施的防淹抗?jié)?、水渠管網(wǎng)的壓力監(jiān)測(cè)等。由于這些場(chǎng)景都在野外，特別適合物聯(lián)網(wǎng)機(jī)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)功能。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景十分豐富，涉及到生產(chǎn)、生活的方方面面，前景十分美好。