物联网机电监测系统应用案例

金 磊

杭州倍捷（锟创）科技有限公司

0 前言

无论是公共建筑还是工业企业，要保障其正常运行或制造生产，离不开动力设备或机电设备的安全运行和动力保障，例如给排水、空调、热能、消防等设备。由于场地限制，部分设备位于地下室角落、设备夹层、楼顶、裙楼等地方，在巡检这些设备时，要弯腰、爬梯，时间久了巡检人员容易产生重复疲劳、巡检质量下降等问题。管理层也缺少有效的监测管理手段，难以确定员工是否巡检，又担心事故可能随时会发生。采用物联网机电监测系统，能将现场传感器监测的数据和信号上传到云端能数据库，并在移动端界面显示，移动端能对异常的数据和信号及时进行处理和预警，快速排除隐患和故障，确保各类机电设备的安全高效的运行。

1 物联网监测系统

1.1 系统结构

物联网机电监测系统主要由三部分组成，即受控机电设备、物联网机电终端和移动端监测界面，如图1所示。受控机电设备是指在公共建筑及工业企业领域普遍通用的机电设备，如空调、风机、水泵、空压机、锅炉等。根据不同机电设备的参数特性采用不同物理特性的传感器，以采集受控机电设备的运行参数，通过信号线，将采集的数据输入物联网机电终端。物联网机电终端内配置物联网卡，将采集的数据上传到云端并储存，同时把动态数据推送给移动端监测界面，受控机电设备运行状况在移动端界面实现动态同步显示。在移动端界面可以设定故障预警上下限值，软件后台运行作出预判，当运行参数超出设定值时，移动端会立即发出预警提示，通知操作人员迅速前往现场处理故障，或移动端按键远程启动、停机等。

1.2 主要功能

图1 物联网机电监测系统结构图

基于云技术、大数据、移动端APP等新一代信息技术和移动通讯技术，物联网机电监测系统突破传统机电设备的监控方式，将受控机电设备的关键运行参数汇集到物联网机电终端，上传至云端数据库，并与移动终端分享数据，从而实现机电设备的远程、实时在线监控。目前移动端可动态监测的基本参数包括电流、电压、电耗、压力、温度、湿度、液位等。在此基础上，还可以根据用户的不同场景监测需要，尤其在工业企业的安全生产监测中，通过二次技术升级和开发，满足用户的个性化需求，如气体浓度、粉尘浓度、甲醛和二氧化碳浓度、PM2.5等数据的物联网监测。

该系统可设定受控设备运行参数的故障预警上下限值，超出设定值，移动端立即显示预警信号；对受控设备的运行时间、启停次数进行统计，使用户能够准确知道受控设备的维修时间、备品备件采购时间和生命周期时间等，从而做出精准预判，制定下一步工作计划，避免盲目采购备品备件，减少资金占用；对非工作时间内仍在运行的受控设备也会发出预警，可以及时阻止浪费现象发生，促进节能增效；对管网的压力、流量进行动态监测，及时发现压力或流量降低和减少，移动端会自动发出预警信号，立即派人勘察漏源，防止跑冒滴漏现象发生，把损失降到最低。

该系统能为设备建立数据档案，以最通用的机电设备水泵为例，①实时掌握水泵的位置信息，并在地图上展示；②实时监控并展示水泵的运行状态及采集各类运行数据，包括运行停止时间、运行时长、故障时间、启停次数、电耗等数据；③水泵设备管理，包括设备型号、设备参数、设备位置、设备投入时间等信息；④水泵故障管理，记录故障信息，并准确传送给相关工作人员，并生成故障统计报表方便工作人员分析处理；⑤备品备件采购周期，水泵的易损件如轴封、轴承，设定其工作寿命分别为5 000 h，10 000 h，当运行时间达到90%占比后，用户再考虑配件的采购，大幅减少了资金占用和配件压库，提高了资金流动性；⑥生命周期管理，依靠数据档案，可以及时提醒设备维护周期，精准提醒客户进行设备维护或保养直到更换。由于有电耗数据记录，即可及时统计水泵的全生命周期的碳排放量。

物联网监测系统的显示有移动端和PC端。移动端的监测方便、灵活，但是与PC端相比仍有不足之处。例如，预警的信号不够醒目，需要经常查看手机才能发现预警情况；由于采用无线组网，在移动信号不强的地方，信号反应较慢，造成数据上传延迟；移动端的功能比较单一，仅进行简单的控制，如对受控设备只能进行远程启停等。PC端的功能更全面、覆盖面广，可实施多种控制功能，延迟现象较少。

1.3 应用场景

根据机电设备种类及监测的参数，物联网机电监测系统可应用在各种场景，如表1所列。

2 应用案例

2.1 医院应用案例

近几年，我国的医院建设如雨后春笋般地迅速发展，医院大楼越造越大、越造越多。而医院的机电设备布局却非常分散。例如，浙江大学附属第二医院的心血管手术室的专用空调箱安装在八层楼高的手术室屋顶，工程师每天巡检必须经过手术室再攀爬检修梯到达空调箱机房，非常不便。作为示范，该医院安装了物联网机电监测系统，对空调箱的回风湿度、回风温度、二氧化碳浓度、运行时间、耗电量等进行监测，图2为专用空调箱监测数据的移动端界面，分别显示累计启动次数、累计运行时间、累计耗电量、工作电流、工作电压、回风温度、回风湿度、滤网压差、二氧化碳浓度等，即受控设备的运行情况清楚地显示在移动端屏幕上，护士值班室和后勤服务中心工程师从手机端即可以同时了解设备运行情况，减少了人工巡检次数。当发生预警时，护士和工程师可以同时接受到预警信号，互相提醒，防止事故处理的拖延。

表1 物联网机电监测系统的主要应用场景

图2 空调箱运行参数监测

在获得满意的使用效果后，该医院又增加了空压机、消防装置、排污泵、空调循环泵、冷却塔等设备的物联网机电监测系统，如图3、图4、图5、图6所示，极大提高了医院后勤中心工程师的工作效率，缩短了故障排除的时间。

图3 空压机的压力监测

图4 冷却塔的液位监测

图5 消防水泵压力及远程启停的监测

图6 空调循环泵进行介质温度/供回水压差/管网压力的监测

此外，在移动端监测界面，清楚地显示不同运行参数的上下限设定值，当实际运行参数超出设定值时立即预警，同时把预警信号发送到用户移动端，如图7所示。

图7 物联网水泵故障预警界面

2.2 工业应用案例

杭州一家年产200万t水泥的工业企业，生产车间距离取水点和水泵房2 km，生产车间周边建有280 t蓄水池一座。传统的取水调节采用人工值守，即当蓄水池接近高液位或低液位时，取水点水泵房的值守人员手动控制水泵的启停。由于车间系24 h连续生产，需2个值守人员轮班才能完成任务，每年仅人工成本需开支100 000元。采用物联网机电监测系统进行改造，在蓄水池安装液位传感器和物联网机电终端，如图8所示，在用户的移动端事先设定低液位和高液位值，并在水泵房安装联动控制装置。当蓄水池处于低液位时，水泵自动启动，当蓄水池高液位时，水泵自动停止，同时在移动端动态可视化监测蓄水池的液位值，一旦超出高/低液位设定值时，移动端会收到预警信号，提醒派人前往现场处理故障。“机器换人”的方式，一是可以降低人力成本，二是避免人工操作容易产生的重复疲劳，防止因人为因素出现问题。实施具有终端同步监测功能系统，可以相互提醒，实现一机多控的功能。

图8 某水泥厂蓄水池液位物联网监测终端（左：蓄水池，右上：物联网）

3 市场前景

物联网机电监测系统用户应用范围不仅限于公共建筑和工业企业，且具有更加广阔的市场空间，如农田水利灌溉、海产品和水产品养殖、隧道防止水涝、人防工程的水位溢流预警、军事设施的防淹抗涝、水渠管网的压力监测等。由于这些场景都在野外，特别适合物联网机电监测系统的应用和发挥其优势功能。物联网的应用场景十分丰富，涉及到生产、生活的方方面面，前景十分美好。