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基于XL-IoT工业物联网的自动巡检系统技术方案

作者:信立科技时间:2019-09-24来源:深圳市信立科技彩店宝彩票官网点击数:123
概述
1.某大型石化企业,主要业务是石化、炼化、化肥生产、烃烷烯类生产、储运。日常需要对各种罐体、塔、井下、管网、危险源等设施进行无人巡检

2.目前生产企业各车间、各种作业班组巡检,都是人工巡检,每个班组换班后都要按照固定的路线巡检三次以上,巡检方式是带各种手持仪器,通过仪器、手工感知、眼睛观察,仪表人员读数,按照规定的路线巡视班组负责线路上的仪器、仪表,电压、温度、湿度、火焰、管道跑冒滴漏等,手工登记线路上的巡检记录和数据。

3.巡检路线,需要下井、攀高,有高温、有毒有害气体等等危险,如此登高、下井、接近危险源、有害气体等非常费时、费力,另外班组巡检报表手工填写不能及时上报。

4.为了改善班组巡检环境,实现自动化班组巡检和自动化报表,企业计划通过物联网技术,在班组巡检路线上按照巡检内容安装各种传感器、探测器,和图像处理技术实现自动巡检。

5.该工程初步思路是分两部分,第一部分通过物联网技术在巡检线路上安装传感器和数据采集模块,通过无线网络将数据上传到上位机,在上位机上通过组态软件实现巡检数据的实时显示、检测、统计、报表,并实现超标数据源在上位机自动告警。

6.此次方案内容,只是针对仪表车间和电修车间,自动巡检编制的技术方案。

仪表车间自动巡检技术方案

1.仪表车间自动巡检需求概述
   按用户提出的需求,基于XL-IoT物联网自动巡检系统,需实现,仪表保温箱温度数据自动巡检(监测仪表壳体的温度或伴热管线的温度);自动监测高温仪表的温度(高温仪表是不固定的,需要随时可更换高温仪表的监测点);自动读取气动阀门压力、开度数据;采集仪表机柜内,电源、主机、输入/输出模块,以及通讯设备的运行状态;采集气体报警系统的数据;采集火灾报警信号;监测机房温度,以及是否发生水浸。

2.仪表保温箱温度数据采集方案
监测保温箱温度,间接检测伴热管是否畅通,有无蒸汽(热水)通过,使冬天保温箱内的温度达要求,确保箱内仪表正常运行。
监测方案:选用智能温度传感器,采集箱内温度,通过无线方式上传至物联网关,网关通过局域网,将数据推送至该石化企业的接口服务器。
技术要求:
选用AA级Pt100温度探头;
智能温度传感器选择短距离无线通讯方式上传数据;
无线选用免费频段,并和厂内对讲机不冲突的频率,建议选择高于470MHz的频段;
无线发射功率≤100mW;传输距离≥500米(指在该石化企业的厂区环境);
智能传感器选用内置电池供电。电池为一次性电池,电池使用时间≥3年(1分钟上传一次数据);
智能温度传感器支持智能终端,如智能手机,掌上电脑等设备修改、配置参数,和通过软件平台修改、配置参数;
智能温度传感器达到工业级标准;
智能温度传感器是防爆产品,防护等级为IP65。

3.高温仪表温度监测方案
由于生产过程及设备安装环境是动态变化的,会出现部分仪表在某个时间段工作在高温环境,或高温状态,需要对此类仪表的温度及周围环境的温度进行监测,确保仪表正常运行。
监测方案:选用智能温度传感器,采集仪表本体的温度,或最能反映仪表工作温度的点的温度。仪表通过无线方式上传至物联网关,网关通过局域网,将数据推送至该石化企业的接口服务器。
技术要求:
选用AA级Pt100温度探头;
智能温度传感器选择短距离无线通讯方式上传数据;
无线选用免费频段,并和厂内对讲机不冲突的频率,建议选择高于470MHz的频段;
无线发射功率≤100mW;传输距离≥500米(指在该石化企业的厂区环境);
智能传感器选用内置电池供电。电池为一次性电池,电池使用时间≥3年(1分钟上传一次数据);
智能温度传感器支持智能终端,如智能手机,掌上电脑等设备修改、配置参数,和通过软件平台修改、配置参数;
智能温度传感器达到工业级标准;
智能温度传感器是防爆产品,防护等级为IP67;
智能温度传感器,须安装简单、快捷,方便;适应现场随时改变安装位置,改变监测对象的要求。

4.气压阀数据采集方案
由于设备及传动系统会有潜在的,或还未发生质变的故障,导致阀门的开度、压力,和控制输出的给定值不一致,甚至相差过大。需要对气动阀进行巡检,查看压力、开度值误差是否正确,或误差是否在允许的范围内。
监测方案:每个气动阀门巡检点,配置1台摄像头,将阀门指针仪表的图像数据,通过无线方式,接入Wi-Fi网络;配置1台图像处理服务器,和1套图像识别软件。用图像识别技术,获取每个阀门三个显示仪表的显示值。图像服务器获取的仪表读数,通过局域网,将数据推送至该石化企业的接口服务器。
技术要求:
以获取三个表盘的读数为目的;
考虑成本及图像识别的方便性,图像识别由专用的服务器处理完成,转发;
选用Wi-Fi或有线以太网的方式,传输图像数据;最后进入企业局域网;
图像识别服务器,将获取的压力、开度数值,推送至该石化企业接口服务器;
摄像机、网桥等设备,须适合该石化企业工厂安装地点的使用环境。

5.机柜间及机柜内模块自动巡检方案
机柜间,主要巡检室内的温、湿度,及是否发生水浸。

机柜内,主要巡检柜内设备,主机模块,I/O模块,电源,通讯设备,等是否运行正常。


5.1 机柜间自动巡检方案:
技术方案:在每个机柜间安装1台智能温湿度传感器,和1台智能水浸传感器,监测房间的温、湿度数据及水浸情况,通过线方式将采集的数据上传至物联网关。
技术要求:
温湿度技术要求:温度量程:-40~120℃,精度:±0.3℃;湿度量程:0-100%RH精度:±3%RH;
水浸技术要求:选用线缆式水浸探测元件,监测长度≥100m,任何一点出现水浸,都能检测出来;
智能传感器带显示,显示温、湿度数值,或是否有水浸出现;
智能传感器选择短距离无线通讯方式上传数据;
无线选用免费频段,并和厂内对讲机不冲突的频率,建议选择高于470MHz的频段;
无线发射功率≤100mW;传输距离≥500米(指在该石化企业的厂区环境);
智能传感器可选外部电源供电,或用内置电池供电;
智能传感器支持智能终端,如智能手机,掌上电脑等设备修改、配置参数,和通过软件平台修改、配置参数;
智能传感器达到工业级标准。

5.2机柜内设备自动巡检方案:

技术方案:选用智能颜色传感器,监视每个模块或设备运行指示灯的颜色,通过无线方式将监视的数据上传至物联网关;每面柜内配置2至3台智能颜色传感器,每台需要监视运行状态的设备,配置1支颜色探头。


技术要求:
颜色探头,可探测红、绿、黄三色指示灯的颜色;
颜色探头要体积小,安装简单、快捷,且便于安装监视柜内设备的运行指示灯;
1台智能颜色传感器,至少可配备16支颜色探头;探头可即插即用,无需在主机上进行任何配置;
智能颜色传感器选择短距离无线通讯方式上传数据;
无线选用免费频段,并和厂内对讲机不冲突的频率,建议选择高于470MHz的频段;
无线发射功率≤100mW;传输距离≥500米(指在该石化企业的厂区环境);
智能传感器选外部电源供电;
智能传感器支持智能终端,如智能手机,掌上电脑等设备修改、配置参数,和通过软件平台修改、配置参数;
智能传感器达到工业级标准。

6.燃气报警系统数据采集方案
厂内燃气监测点,已安装有气体变送器,信号已集中至机柜间的可燃气体报警柜。只要从气体报警柜内获取报警数据上传。
技术方案:每套燃气报警系统,配置1台智能采集装置,采集燃气变送器的信号,或从燃气报警器主机的通讯接口读取数据,智能采集装置通过线方式将采集的数据上传至物联网关。
技术要求:
智能采集装置支持RS485/232/Ethernet接口读取数据;
智能采集装置支持接入,DC4-20mA,DC0-20mA,DC0-5V,DC0-10,等信号接入,且输入数量增加方便;
智能采集装置选择短距离无线通讯方式上传数据;
无线选用免费频段,并和厂内对讲机不冲突的频率,建议选择高于470MHz的频段;
无线发射功率≤100mW;传输距离≥500米(指在该石化企业的厂区环境);
智能采集装置外部电源供电;
智能采集装置支持智能终端,如智能手机,掌上电脑等设备修改、配置参数,和通过软件平台修改、配置参数;
智能采集装置达到工业级标准。

7.消防火灾报警系统信号采集方案
厂内已安装有消防报警系统,只要从消防报警系统内,获取报警信号或数据即可。
技术方案:每套消防报警系统,配置1台智能采集装置,采集报警信号,或读取报警数据,智能采集装置通过线方式将采集的数据上传至物联网关。
技术要求:
智能采集装置支持RS485/232/Ethernet接口读取数据;
智能采集装置支持开关量输入,开关量输入支持干接点输入和NPN信号输入,输入数量增加方便;
智能采集装置选择短距离无线通讯方式上传数据;
无线选用免费频段,并和厂内对讲机不冲突的频率,建议选择高于470MHz的频段;
无线发射功率≤100mW;传输距离≥500米(指在该石化企业的厂区环境);
智能采集装置外部电源供电;
智能采集装置支持智能终端,如智能手机,掌上电脑等设备修改、配置参数,和通过软件平台修改、配置参数;
智能采集装置达到工业级标准。

8.物联网关及物联网方案
物联网关是无线传感网络的核心装置,通过无线读取智能传感器的数据,通过局域网将数据推送至该石化企业的接口服务器。

8.1 物联网关技术要求
作为传感网络的核心,启动、管理传感网络,协调传感节点通信,实现通讯管理、数据采集、协议转换,数据处理、转发等等功能,构建更稳定、更可靠、更安全的智能传感网络。
是传感网络节点和平台服务器之间的通讯枢纽和桥梁,实现通讯网络转换、通信协议转换;
传感网络核心,构建大容量的传感网络;
集成多种通讯方式;
支持物联网协议MQTT、SOAP,以及工业、电力等等多种通信协议;
 可为用户定制开发指定的通信协议;
基于ARM Cortex-A8及以上架构工业级核心板,800MHz主频;256MB DDR2 SDRAM,256MB Flash,可扩展TF卡存储卡;
100/1000M自适应以太网接口;
支持5GHz Wi-Fi传输;
两路LoRa无线通讯接口,构建两个独立的无线传输网络;
操作系统:Linux 
1台物联网关,至少管理64个智能传感器节点(指无线接入点)。

8.2 无线传感网络技术方案

无线传感网络选择星形的通讯网络,智能传感器、智能采集装置、智能采集终端、智能转换器等等,作为节点装置,通过无线方式将数据上传,物联网关,物联网关通过局域网,将数据上传至该石化企业接口服务器。



8.3 物联网关及无线传感网络布置方案
根据巡检点及设备的安装平面位置,来布置物联网关的安装位置,设计无线传输网络。建议方案如下:
在监测点最近的,有局域网接口的位置,布置1台或多台物联网关,并设定每台网关的接入范围和传感器内容;
在每个机柜室,配置1台或多台物联网关,管理柜室内的智能传感器;
为了便于管理和运行维护,相类装置接入同一个网关;
一个位置,网关的配置尽量有适当裕量;
对于距离很长,很分散的的传感节点,可选择增加路由或网关的方式,实现长距离无线传输。

9.图像传输网络方案
阀门指针仪表读数的采集,采用图像识别技术获取。建立一个独立的Wi-Fi网络,传输采集阀门仪表摄像头的图像数据。

技术方案:选用带回传、覆盖的无线网桥,构建无线局域网(独立于企业的内部网络),只在接入点进行该石化企业网络,无线网络会有多个接入点。网络覆盖用2.4GHz,Wi-Fi网络节点之间的回传用5GHz。


网络桥接节点布置方案:
根据气动阀巡检点的安装平面位置图,布置网络桥接及接入节点,设计、构建Wi-Fi网络。建议方案如下:
接入节点尽量安装在非防爆区域;
在保证接入覆盖和回传桥接前提下,尽量减少桥接设备的数量,和节点数量。

电修车间自动巡检技术方案


1.电修车间自动巡检需求概述
   按用户提出的需求,基于XL-IoT物联网自动巡检系统,需实现,电动机的温度、振动、电流、电压(可选)数据自动采集;变压器巡检;直流系统巡检;配电系统巡检。  

2.电机监测技术方案
按用户巡检需求,每台电机,监测振动、温度,电流、电压。

技术方案:每台电机,配置一套无线传输的数显电流、电压表(一块表同时采集、显示电流、电压);配置1台智能温度传感器,监测电机机身的温度;配置2台X、Y轴两个方向的智能振动温度传感器,监测电机负荷侧和非负荷侧水平、垂直方向的振动,及温度。智能传感器,将监测的数据,无线上传至物联网关。


技术要求:
电流电压表:电流输:AC 0-5A,精度0。5级;电压输:A C0-100V/0-380V,精度0。5级;CT、PT变比可设;电源:AC220V或DC100-300V;
电流电压表配无线传输模块;
电流电压表,数码管显示,盘面安装,刚好可安装在原有指针式电流表的安装孔;
智能温度传感器,选配AA级Pt100温度探头;
智能温度传感器安装简单、方便的,以便于安装在电机上;
智能振动温度传感器:选配AA级Pt100温度探头;振动参数:监测 加速率(峰值),真有效值 (RMS);测量 X, Y两轴的振动;测量范围: 加速率 0 to 130 mm/s²,速度0 to 20 mm/s;监测频段:10 to 1,000 Hz (± 3 dB);测量精度: ± 10% FS @ 100 Hz (X, Y轴);
智能温度振动传感器,要求安装简单、方便,便于安装在电机上;
选择短距离无线通讯方式上传数据;
无线选用免费频段,并和厂内对讲机不冲突的频率,建议选择高于470MHz的频段;
无线发射功率≤100mW;传输距离≥500米(指在该石化企业的厂区环境);
智能温度传感器和和智能振动温度传感器,选用内置电池供电。电池为一次性电池,电池使用时间≥3年(1分钟上传一次数据);
智能传感器支持智能终端,如智能手机,掌上电脑等设备修改、配置参数,和通过软件平台修改、配置参数;
智能传感器达到工业级标准。

3.变压器监测技术方案
按用户巡检需求,监测变压器的温度、油位、冷却风机工作状态,瓦斯继电器是否动作;变压器室内是否有水浸,变压器室门窗是否未经授权打开或关闭。
技术方案:每台变压器,配置一套智能采集终端,监测变压器的温度、油位、冷却风机工作状态,瓦斯继电器是否动作等信号;在每间变压器室,安装1台智能温湿度传感器,和1台智能水浸传感器,监测变压器室的温、湿度数据及水浸情况;在每个需要监测的门、窗上,粘贴一个智能标签,监测门窗的异常开启。所有设备通过线方式上传数据至物联网关。
技术要求:
智能采集终端:可采集模拟量、开关量信号,模拟量支持接入,DC4-20mA,DC0-20mA,DC0-5V,DC0-10,Pt100等信号输入;开关量支持干接点、NPN信号的输入;输入数量方便扩容;
根据变压器各监测点的安装方式,配备相应的温度传感器、液位传感器;
智能采集终端带显示,可现场查看采集的数据及风机等的状态;
智能温湿度传感器:温度量程:-40~120℃,精度:±0.3℃;湿度量程:0-100%RH精度:±3%RH;带显示;可电池供电,或外接电源供电;
智能水浸传感器:选用线缆式水浸探测元件,监测长度≥100m,任何一点有水浸,都能检测水浸情况;带显示;可电池供电,或外接电源供电;
智能标签:安装在需要监测的门或窗上,当门、窗被打开后,发出报警信号;变位或移动触发;电池供电;
选择短距离无线通讯方式上传数据;
无线选用免费频段,并和厂内对讲机不冲突的频率,建议选择高于470MHz的频段;
无线发射功率≤100mW;传输距离≥500米(指在该石化企业的厂区环境);
智能传感器支持智能终端,如智能手机,掌上电脑等设备修改、配置参数,和通过软件平台修改、配置参数;
产品达到工业级标准。

4.直流系统监测技术方案
按用户巡检需求,查看每套直流系统,监测直流电压、电流,充、放电电流,直流系统绝缘等等参数。
技术方案:每套直流电源系统,配置1台智能采集装置,通过直流系统的通讯接口,读取巡检查看的数据,无线上传至物联网关。
技术要求:
支持RS485/RS232/Ethernet等通讯接口读取数据;
短距离无线通讯方式上传数据;
无线选用免费频段,并和厂内对讲机不冲突的频率,建议选择高于470MHz的频段;
无线发射功率≤100mW;传输距离≥500米(指在该石化企业的厂区环境);
导轨安装。

5.配电室自动巡检技术方案
按用户巡检需求,读取每条配电回路,特别主进线、母联,主输出回路的用电参数。已有配电柜,每个需要监视的回路,已配有智能电表。

技术方案:每面配电柜,配置1台智能转换器,通过RS485/232通读接口,读取柜内所有电力监测仪表的数据,无线上传至物联网关。


技术要求:
智能转换器支持RS485/RS232通讯接口读取数据;
短距离无线通讯方式上传数据;
无线选用免费频段,并和厂内对讲机不冲突的频率,建议选择高于470MHz的频段;
无线发射功率≤100mW;传输距离≥500米(指在该石化企业的厂区环境);
导轨安装。

6.物联网关及物联网方案
物联网关是无线传感网络的核心装置,通过无线读取智能传感器的数据,通过局域网将数据推送至该石化企业的接口服务器。

6.1 物联网关技术要求
作为传感网络的核心,启动、管理传感网络,协调传感节点通信,实现通讯管理、数据采集、协议转换,数据处理、转发等等功能,构建更稳定、更可靠、更安全的智能传感网络。
是传感网络节点和平台服务器之间的通讯枢纽和桥梁,实现通讯网络转换、通信协议转换;
传感网络核心,构建大容量的传感网络;
集成多种通讯方式;
支持物联网协议MQTT、SOAP,以及工业、电力等等多种通信协议;
 可为用户定制开发指定的通信协议;
基于ARM Cortex-A8及以上架构工业级核心板,800MHz主频;256MB DDR2 SDRAM,256MB Flash,可扩展TF卡存储卡;
100/1000M自适应以太网接口;
支持5GHz Wi-Fi传输;
两路LoRa无线通讯接口,构建两个独立的无线传输网络;
操作系统:Linux 
1台物联网关,至少管理64个智能传感器节点(指无线接入点)。

6.2 无线传感网络技术方案

无线传感网络选择星形的通讯网络,智能传感器、智能采集装置、智能采集终端、智能转换器,等等,作为节点装置,通过无线方式将数据上传,物联网关,物联网关通过局域网,将数据上传至该石化企业接口服务器。



6.3 物联网关及无线传感网络布置方案
根据巡检点及设备的安装平面位置,来布置物联网关的安装位置,设计无线传输网络。建议方案如下:
在监测点最近的,有局域网接口的位置,布置1台或多台物联网关,并设定每台网关的接入范围和传感器内容;
在每个配电室,配置1台或多台物联网关,管理配电柜内监控仪表数据的智能传感器;
为了便于管理和运行维护,相类装置接入同一个网关;
一个位置,网关的配置尽量有适当裕量;
对于距离很长,很分散的传感节点,可选择增加路由或网关的方式,实现长距离无线传输。
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