汪世明

（中國石油 玉門油田煉化總廠，甘肅 玉門 735200）

0 引言

隨著近幾年大型石化基地的不斷建成投產(chǎn)，行業(yè)內(nèi)競爭日趨白熱化，催促著各石化企業(yè)不斷自我要求改革創(chuàng)新，以取得生存空間。眾所周知，石化行業(yè)生產(chǎn)過程復(fù)雜，流程要求精細(xì)，是高危、高附加值行業(yè)。安全、環(huán)保、質(zhì)量是它的生命線；長期、連續(xù)、優(yōu)化生產(chǎn)是它的成長線；設(shè)備本質(zhì)安全可靠性是它的保障線。其中，防爆型電動機(jī)則是它的“心臟”，為石化生產(chǎn)、調(diào)和、儲輸系統(tǒng)的正常運(yùn)行持續(xù)提供動力。

石化企業(yè)里無論加工規(guī)模大小還是加工流程長短，都在大量使用著防爆型電動機(jī)。處在工藝流程位置的電動機(jī)都是采用“開一備一”形式配備的，在關(guān)鍵工藝位置的電機(jī)甚至要采用“開一備二”的方式，其供電電源均需采用雙回路方式[1]，由此可見其重要性。如何保證電動機(jī)長周期運(yùn)行，無疑越來越受到業(yè)界的高度重視。

1 石化行業(yè)電動機(jī)管理現(xiàn)狀

1.1 防爆型電動機(jī)的主動維修

隨著石化設(shè)備質(zhì)量的不斷提升，設(shè)備管理能力的不斷強(qiáng)化，石化行業(yè)的設(shè)備大修也由“每年一休”逐步提升為“三年一修”或“五年一修”。但是，防爆型電動機(jī)故障，尤其是常見的接線端斷路、短路，因其隱蔽性很強(qiáng)、突發(fā)性很高，后果非常嚴(yán)重，已成為造成石化企業(yè)大面積非計劃停工的“罪魁禍?zhǔn)住盵2]。應(yīng)運(yùn)而生的“抗晃電”技術(shù)也只是作為“后手”，不得不在連續(xù)型生產(chǎn)企業(yè)廣泛推廣使用。為了把風(fēng)險預(yù)判評估提到事故前面，電動機(jī)主動性維修的概念迅速獲得推廣。企業(yè)通常通過制度上強(qiáng)推，要求每年兩次的電動機(jī)接線開蓋檢查，通過有計劃地排查篩選，每年也能發(fā)現(xiàn)一些異常情況，使電機(jī)故障率有所下降。

1.2 防爆型電機(jī)的過度檢修

防爆型電動機(jī)接線柱的維修，通常經(jīng)過開電機(jī)接線盒蓋，拆接連接線纜接頭，拆裝接線柱隔板、儀器檢測等工作來完成。對于大型電機(jī)來講，拆裝工作量很大，需要耗費(fèi)大量的人工和體力來完成。對于中小型電機(jī)來說，由于防爆電機(jī)接線盒內(nèi)作業(yè)空間狹小，頻繁拆卸電纜接頭部位易造成接線鼻子損壞、電機(jī)引線松脫、斷線等[3]。因維修人員技能水平低、思想麻痹等原因，會造成部件不夠緊固、薄弱位置不完好，電動機(jī)破壞性耐壓試驗(yàn)等過度維修。這些因素?zé)o疑會給防爆電機(jī)的長期可靠運(yùn)行埋下隱患，是“杜絕非計劃停工”要求不能容忍的。

1.3 防爆型電機(jī)的維修風(fēng)險

電動機(jī)是由電能來驅(qū)動的，它的維修過程涉及斷電能量隔離、重物搬移（如大型電機(jī)接線盒蓋）、防爆密封面損壞，必然存在人員觸電、機(jī)械傷害、火災(zāi)爆炸風(fēng)險；加之，主泵維修過程中備用機(jī)泵的單泵運(yùn)行發(fā)生“禍不單行”的事故也屢見不鮮。這些風(fēng)險的存在，為頻繁開展防爆型電機(jī)開蓋檢查的管理增加了難度，耗費(fèi)了大量資源，與當(dāng)今企業(yè)廣泛推行的精益化管理要求早已格格不入。因此，電動機(jī)預(yù)知性維修的需要“破土而出”。

2 常規(guī)防爆型電動機(jī)測溫方式及局限

從防爆型電機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況來看，電機(jī)接線端故障的發(fā)生、發(fā)展到故障，其常見故障形式有松動、斷股、過電流斷線或絕緣老化破壞，接地、弧光短路；其外在物理量表現(xiàn)形式均為溫度持續(xù)升高。

2.1 常規(guī)電動機(jī)測溫方式

為了確保防爆型電機(jī)的可靠運(yùn)行，及時發(fā)現(xiàn)電機(jī)風(fēng)險點(diǎn)，為主動維修提供科學(xué)合理的技術(shù)依據(jù)，現(xiàn)常采用紅外溫度計法，即利用紅外測溫槍、熱成像儀等紅外測溫儀器定期對電動機(jī)進(jìn)行測溫，依據(jù)環(huán)境溫度、電機(jī)負(fù)荷大小來判斷電機(jī)的風(fēng)險指數(shù)。兩者檢測范圍不同，紅外測溫槍測量的是以發(fā)出紅外線與被測物形成的光點(diǎn)為計量溫度，適用于單臺設(shè)備的局部或定點(diǎn)測溫；而熱像儀則是以面為單位，立體呈現(xiàn)熱像儀視角內(nèi)溫度梯度情況，適用于設(shè)備群、大型設(shè)備、面的檢測。兩者價格也相差較大，熱像儀價格通常為紅外測溫儀價格的數(shù)十倍。

2.2 常規(guī)測溫的局限性

通常使用的紅外測溫設(shè)備在使用過程中，對反射率等參數(shù)要依據(jù)被測物的材質(zhì)正確選用，否則測量結(jié)果誤差會很大。但是，由于石化裝置電機(jī)因其使用工藝位置的環(huán)境不同，其紅外線反射率不同，需要長期的經(jīng)驗(yàn)積累才可準(zhǔn)確掌握測量設(shè)備參數(shù)的設(shè)定，確保測量數(shù)據(jù)有效。由于石化行業(yè)防爆性的要求，防爆型測溫設(shè)備笨重，不便于攜帶，且測量數(shù)據(jù)實(shí)時性差，不便于綜合性分析，給使用者帶來很多“不友好”的體驗(yàn)。如果采用固定安裝方式，則需要供給電源，信號遠(yuǎn)傳需鋪設(shè)大量線纜，鏡頭需經(jīng)常擦拭等工作，施工量不容小覷。

3 無線測溫系統(tǒng)

隨著無線射頻傳輸技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以及測溫元件、高能電池、高耐壓絕緣材料等的開發(fā)使用，無線測溫系統(tǒng)在防爆型高、低壓電動機(jī)接線端處的應(yīng)用，以成為解決防爆型電動機(jī)測溫難題的最佳方案。

3.1 無線測溫系統(tǒng)構(gòu)架

無線測溫系統(tǒng)主要由四部分組成：無線溫度傳感器、智能溫度監(jiān)測儀、監(jiān)控服務(wù)器、監(jiān)控軟件。其中，無線溫度傳感器和智能溫度監(jiān)測儀是系統(tǒng)的終端設(shè)備，監(jiān)控服務(wù)器和監(jiān)控軟件是整個系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的管理、數(shù)據(jù)記錄與處理，并提供多客戶端的查詢功能。系統(tǒng)構(gòu)架圖如圖1所示。

3.2 無線測溫系統(tǒng)各組件及功能

3.2.1 無線溫度傳感系統(tǒng)

1）無線溫度傳感器

無線溫度傳感器溫度探頭通過引線引出，固定在待測溫度點(diǎn)。傳感器內(nèi)部通過電池供電，不需要外接電源。無線溫度傳感器內(nèi)部標(biāo)配有3個溫度探頭，也可根據(jù)用戶的要求配1～2個溫度探頭。

無線溫度傳感器按照系統(tǒng)設(shè)置的時間間隔（時間間隔可根據(jù)用戶需要調(diào)整），每隔一定時間發(fā)送一次溫度數(shù)據(jù)；如果溫度上升到設(shè)定的上限值，不管間隔時間是否到了，則自動上傳溫度值，做到及時發(fā)現(xiàn)，及時處理。傳感器具有自檢測功能，當(dāng)電池電量低或傳感器故障時，自動發(fā)送報警信息給智能溫度監(jiān)測儀。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)架圖Fig.1 System architecture diagram

2）無線溫度傳感器主要技術(shù)指標(biāo)

① 采用進(jìn)口溫度探頭，測量精度高，抗干擾能力強(qiáng)。測溫的精度±1℃以內(nèi)，溫度分辨率為0.1℃，測溫范圍-40℃～+125℃。

② 低功耗設(shè)計，采用耐高溫鋰電池供電。工作時間1～6年（與用戶設(shè)置的時間間隔和工作環(huán)境有關(guān)）。

③ 每個無線溫度傳感器具備唯一的地址號，防止互相干擾。

④ 使用電壓環(huán)境10kW及以下。

3.2.2 智能溫度監(jiān)測儀系統(tǒng)

1）智能溫度監(jiān)測儀

智能溫度監(jiān)測儀采用防爆設(shè)計，可以實(shí)時顯示溫度數(shù)據(jù)；現(xiàn)場設(shè)定相關(guān)參數(shù)，具有報警和預(yù)報警功能，并可利用總線技術(shù)，組網(wǎng)完成集中顯示、設(shè)定、數(shù)據(jù)記錄等功能。因此，可實(shí)現(xiàn)無人值班情況下的實(shí)時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)溫度過高馬上報警，及時處理，防患于未然，保證電機(jī)安全運(yùn)行。

2）智能溫度監(jiān)測儀主要技術(shù)指標(biāo)

① 監(jiān)測各測溫點(diǎn)的溫度值并在LCD液晶屏上顯示。

② 溫度傳感器數(shù)量用戶可自由設(shè)置，最多可以設(shè)置24個溫度傳感器。

③ 顯示各個傳感器的狀態(tài)：探頭溫度、電池電量、信號強(qiáng)度。

④ 報警輸出：兩個（無源接點(diǎn)）觸點(diǎn)容量：3A/250VAC。

圖2 無線溫度傳感器Fig.2 Wireless temperature sensor

圖3 智能溫度監(jiān)測儀Fig.3 Intelligent temperature monitor

⑤ 監(jiān)測溫度超過預(yù)警值，在屏幕上顯示該通道預(yù)警，并觸發(fā)無源預(yù)警輸出。

⑥ 具有RS485通訊接口，MODBUS協(xié)議，波特率可選。

⑦ 工作溫度：-20℃～+70℃。

3.2.3 監(jiān)控服務(wù)器系統(tǒng)

1）監(jiān)控服務(wù)器

監(jiān)控服務(wù)器是本系統(tǒng)的核心硬件平臺，由數(shù)據(jù)服務(wù)器和Web服務(wù)器組成。數(shù)據(jù)服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、存儲、處理等業(yè)務(wù)；Web服務(wù)器為客戶端提供Web服務(wù)。服務(wù)器硬件采用機(jī)架式服務(wù)器，具有運(yùn)行穩(wěn)定、功能強(qiáng)大、接口豐富的特點(diǎn)，為設(shè)備的擴(kuò)展預(yù)留了充分的空間。

2）監(jiān)控服務(wù)器最低配置要求

① 處理器：至強(qiáng)，四核，主頻3.5GHz。

② 內(nèi)存 ：16G。

③ 硬盤：2T×2企業(yè)級，RAID1模式。

④ 網(wǎng)卡：雙口1Gb自適應(yīng)網(wǎng)卡，獨(dú)立千兆管理口。

⑤ 接口：4個USB、VGA。

3.2.4 客戶端系統(tǒng)

客戶端計算機(jī)是用戶操作的終端設(shè)備，為了提高產(chǎn)品的集成度，選擇一體機(jī)。品牌計算機(jī)最低配置要求如下：

① CPU：Intel/AMD雙核，1.6GHz以上。

② 內(nèi)存 ：8G DDR4。

③ 硬盤 ：512G。

④ 網(wǎng)卡：Intel或者RealTek的100Mbps以上的網(wǎng)卡。

⑤ 接口：2個USB，1個RJ45。

⑥ 顯示屏：24寸，分辨率1920×1080。

3.2.5 監(jiān)控軟件架構(gòu)要求

監(jiān)控軟件運(yùn)行于監(jiān)控服務(wù)器上，軟件集成了數(shù)據(jù)配置、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)監(jiān)控及后臺管理、Web服務(wù)等功能。監(jiān)控軟件采用Browser/Server（瀏覽器/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)下，用戶界面完全通過WWW瀏覽器實(shí)現(xiàn)。客戶端基本上沒有專門的應(yīng)用程序，應(yīng)用程序基本上都在服務(wù)器端。由于客戶端沒有程序，應(yīng)用程序的升級和維護(hù)都可以在服務(wù)器端完成，升級維護(hù)方便。

1）監(jiān)控軟件的功能劃分

數(shù)據(jù)服務(wù)器：對智能溫度監(jiān)測儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并記錄，同時進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，還能實(shí)時輸出各種報表，如測溫點(diǎn)越限告警表、實(shí)時數(shù)據(jù)曲線報表、歷史數(shù)據(jù)趨勢報表等，令用戶不僅能提前判斷測溫點(diǎn)溫度變化趨勢，還能及時反映測溫點(diǎn)數(shù)值超標(biāo)狀態(tài)。一旦溫度出現(xiàn)異常情況（溫度過高、溫度上升過快），立刻發(fā)出報警信號，以便管理人員及時采取措施，避免事故發(fā)生。

Web服務(wù)器：Web服務(wù)器的基本功能是提供Web信息瀏覽服務(wù)。

2）監(jiān)控軟件的運(yùn)行環(huán)境要求

① 服務(wù)器軟件。

② 操作系統(tǒng)：Windows Server 2012。

③ 數(shù)據(jù)庫：MySQL。

3）客戶端計算機(jī)軟件要求

① 操作系統(tǒng)：Windows XP SP3/Windows7/ Windows8/Windows10（32位/64位）。

② 瀏覽器：IE10及以上或采用IE核的其它瀏覽器。

4）監(jiān)控軟件功能要求

① 用戶管理：具有用戶增加、修改、刪除、停用/啟用、登錄等功能。

② 權(quán)限管理：不同的用戶具有不同的權(quán)限，管理員可設(shè)置用戶的權(quán)限。

③ 角色管理：具有修改、停用/啟用等功能。

④ 平臺維護(hù)：具有數(shù)據(jù)庫備份、系統(tǒng)配置等功能。

⑤ 廠區(qū)管理：具有權(quán)限區(qū)分功能，不同級別的用戶可管理的廠區(qū)不同，支持新增、修改、刪除等功能。

⑥ 設(shè)備管理：具有新增、修改、刪除、查詢等功能。

⑦ 遠(yuǎn)程設(shè)置：可以遠(yuǎn)程設(shè)置設(shè)備的相關(guān)參數(shù)。

⑧ 實(shí)時顯示數(shù)據(jù)：以圖形、列表等形式詳細(xì)展示實(shí)時數(shù)據(jù)。

⑨ 歷史數(shù)據(jù)查詢：對設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。

⑩ 統(tǒng)計圖表：對設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)以月度、年度等統(tǒng)計匯總，分析數(shù)據(jù)。

? 報表導(dǎo)出：將歸類查詢的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，支持excel和pdf格式。

? 報警監(jiān)控：將報警信息及時推送給用戶。

4 無線測溫系統(tǒng)的應(yīng)用

無線測溫系統(tǒng)采用分體式設(shè)計，由智能溫度監(jiān)測儀與無線溫度傳感器（含溫度探頭）組成，溫度傳感器安裝靈活方便，可適應(yīng)多種電機(jī)的安裝。通過防爆認(rèn)證，適用于防爆要求場合。其具有使用無線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式，解決數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸和大規(guī)模組網(wǎng)問題。系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用于高壓帶電體溫度的實(shí)時監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了高壓帶電體溫度的非接觸式測量。無線溫度傳感器能夠精確測量待測點(diǎn)的溫度，并通過無線通訊的方式發(fā)送給智能溫度監(jiān)測儀，智能溫度監(jiān)測儀對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)溫度超過所設(shè)定的溫度值，發(fā)出報警信號。智能溫度監(jiān)測儀具有RS485通訊接口，可直接與監(jiān)控數(shù)據(jù)服務(wù)器實(shí)時通訊，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的溫度監(jiān)測和預(yù)警。該系統(tǒng)采用“分布控制、集中管理”的架構(gòu)，系統(tǒng)高效安全。智能溫度監(jiān)測儀實(shí)時監(jiān)測溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)溫度超限后及時發(fā)出預(yù)警信號，現(xiàn)場工作人員可第一時間響應(yīng)處理。同時數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_監(jiān)控數(shù)據(jù)服務(wù)器，方便管理人員統(tǒng)一調(diào)度指揮。

5 結(jié)束語

無線測溫系統(tǒng)通過高壓側(cè)測溫元件與低壓側(cè)接收單元射頻通信，徹底實(shí)現(xiàn)電氣隔離，確保系統(tǒng)安全可靠。該系統(tǒng)在防爆型高、低壓電動機(jī)接線端的成功應(yīng)用，提高了電動機(jī)預(yù)防性檢測的實(shí)時性、準(zhǔn)確性；通過與電機(jī)電流、環(huán)境溫度、海拔、電機(jī)拖動負(fù)載類型等已有數(shù)據(jù)庫的融合，利用大數(shù)據(jù)優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)防爆型電機(jī)接線端壽命趨勢的智能預(yù)判，為電動機(jī)科學(xué)預(yù)防性維修提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐，有效解決了防爆型電機(jī)薄弱部位預(yù)知性維修的瓶頸問題；通過電磁、磁電技術(shù)和低功耗電子元件的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)無線測溫傳感器的自供電和與電機(jī)接線柱一體化制造，既可解決測溫單元“續(xù)航”能力不足的問題，又可節(jié)省電機(jī)接線盒空間。隨著“四新技術(shù)”的創(chuàng)新應(yīng)用，將為石化企業(yè)智能化建設(shè)持續(xù)提供不斷的發(fā)展動能。