| 项目名称 | 泵群预测性维护无线监测系统 |
|---|---|
| 文件类别 | 施工设计方案 |
| 文件版本 | V1.0 |
| 编制单位 | 上海数采物联网科技有限公司 |
| 编制日期 | 2026年 |
1 项目概述
1.1 项目背景
本项目为化工企业电机泵群预测性维护无线监测系统建设项目。化工生产装置中,各类电机驱动泵(离心泵、屏蔽泵、输送泵等)是核心动力设备,一旦发生异常停机,将导致生产中断和安全事故,损失巨大。
通过在电机和泵体关键测点安装无线温振传感器,采集振动加速度和温度数据,接入工业设备故障预测性维护平台,实现对设备运行状态的实时监测和故障预警,从”计划性维修”转型为”预测性维修”。
1.2 现场设备概况
根据现场设备采集清单,本次监测覆盖以下设备类型:
| 位号 | 描述 | 泵型号 | 电机功率 | 转速 | 控制方式 |
|---|---|---|---|---|---|
| P-301B | 丙烯酸丁酯输送泵 | XQ-8/25-200*2 | 11 kW | 2940 rpm | 变频 |
| P-301C | 丙烯酸丁酯卸车/输送泵 | IMZ80-50-160 | 11 kW | 2940 rpm | 变频 |
| P-303B | 苯乙烯输送泵 | IMZ65-40-315L | 37 kW | 2950 rpm | 变频 |
| P-303C | 苯乙烯输送泵 | IMZ65-40-315L | 37 kW | 2950 rpm | 变频 |
| P-2104A | 丁二烯屏蔽泵 | PN50-300/A33B | 18.5 kW | 2900 rpm | 变频 |
| P-2104B | 丁二烯屏蔽泵 | PN50-300/A33B | 18.5 kW | 2900 rpm | 变频 |
| P-201A | 丁二烯卸车泵 | R0508V-516 | 18.5 kW | 定频 | |
| P-201B | 丁二烯卸车泵 | N72-412JBM | 18.5 kW | 定频 | |
| C-202 | 丁二烯压缩机 | ZW-1.5/10-16 | 22 kW | 730 rpm | 定频 |
| P-108B | 循环水泵 | 12SH-9 | 110 kW | 1490 rpm | 变频 |
| C-206 | 焚烧炉助燃风机 | YB3-132S2-2 | 7.5 kW | 2910 rpm | 定频 |
| P-304 | 丙烯酸输送泵 | YBX3-132S2-2W | 7.5 kW | 2900 rpm | 定频 |
(表格内容较多,此处仅展示前 12 行)
注:上述设备分布于胶乳泵棚区、胶乳装置区、丁二烯泵棚区、循环水泵房、焚烧炉等区域,均处于防爆危险区域(Zone 1/Zone 2),传感器及网关设备须具备相应防爆资质。
1.3 设计目标
● 实现全部监测泵体电机振动(三轴加速度)和温度的实时采集,采集周期 ≤5 分钟
● 无线传输覆盖各泵区,网关至平台数据传输稳定,丢包率 <1%
● 传感器安装规范,满足防爆要求,不影响原设备正常运行
● 系统上线后接入 预测性维护 平台,实现故障预警推送和历史趋势分析
● 施工过程符合化工企业作业许可要求,零安全事故构设计
2.1 总体架构
本系统采用”传感器 → 防爆无线网关 →5G路由器 → 平台服务器”四层无线传输架构,全程无需布设信号电缆,最大限度降低施工难度和对生产的影响。
| 层次 | 核心设备 | 部署位置 | 主要功能 |
|---|---|---|---|
| 感知层 | 本安型无线温振传感器 | 安装于电机轴承座/泵体 | 振动+温度采集 |
| 汇聚层 | 防爆无线网关(Exd IIC T4 Gb) | 就近壁装于各泵区 | 无线数据汇聚/转发 |
| 传输层 | 5GLTE 工业路由器(可选有线以太网) | 安装于配电间/控制室附近 | 远程数据传输 |
| 平台层 | 预测性维护 工业设备健康管理平台 | 部署于企业内网或云端 | 数据分析/预警展示 |
2.2 无线通信方案
传感器与防爆网关之间采用 Sub-1GHz 工业无线协议(频段 470~510 MHz),具有穿透力强、抗干扰能力好的特点,适合化工厂房密集金属管道环境。
单个网关可接入最多 37 个传感器节点(本项目按每网关接入 816 个传感器配置),覆盖半径约 100300 m(视遮挡条件),可根据实际勘测结果调整网关数量及位置。

2.3 防爆分区与选型说明
本项目所在化工装置区属于爆炸性气体环境,危险区域等级为 Zone 1/Zone 2,气体分组以 IIC 级为主(丁二烯、苯乙烯、丙烯酸等)。
| 设备名称 | 型号 | 防爆标志 | 证书编号 | 防爆方式 |
|---|---|---|---|---|
| 温振传感器 | Ex ia IIC Ga / Ex ia IIC T₄ₘ₁ Db | / | 本安型 ib/ia | |
| 防爆网关箱 | 防爆接线箱 BJX | Ex db IIB T6 Gb / Ex db IIC T6 Gb | SYEx24.0303 | 隔爆型 d |
3 设备材料清单
3.1 主要设备清单
| 序号 | 设备/材料名称 | 品牌/规格 | 单位 | 数量 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 无线温振传感器 | 数采物联 | 台 | 13+16+8=37 | 含安装磁座/螺杆底座 |
| 2 | 防爆无线网关(含外壳) | 配套产品 | 台 | 3 | 含防爆接线箱 BJX,Exd IIC |
| 3 | 5G工业路由器 | 配套产品 | 台 | 1 | 含天线、SIM卡 |
| 4 | 电源线缆(屏蔽) | m | 按实测 | ZR-KVVP 2×1.5mm²,阻燃屏蔽 | |
| 5 | 膨胀螺栓 M10 | 套 | 按需 | 用于网关箱壁装固定 | |
| 6 | 不锈钢管卡/扎带 | 套 | 按需 | 线缆固定 | |
| 7 | 接地铜导体 | m | 按需 | 4mm² 黄绿双色绝缘线 | |
| 8 | 电缆保护管(KBG/镀锌) | m | 按实测 | DN20,用于电源线保护 | |
| 9 | 不锈钢标识牌 | 块 | 37 | 传感器位号标识 |
3.2 传感器技术参数
| 参数项 | 规格值 |
|---|---|
| 防爆标志 | Ex ia IIC Ga / Ex ia IIC T₄ₘ₁ Db |
| 认证证书 | / |
| 振动测量范围 | 0 |
| 频率响应 | 10~5000 Hz(-3dB) |
| 温度测量范围 | 40~+125 ℃ |
| 温度精度 | ±1 ℃ |
| 无线通信 | Sub-1GHz,470~510 MHz |
| 供电方式 | 内置锂亚电池(寿命 >3 年,可外接 3.6V 电源) |
| 防护等级 | IP68 |
| 安装方式 | 磁吸 / M8 螺柱安装 |
| 外形尺寸 | φ36×78 mm(约) |
| 工作温度 | 40~+85 ℃(环境温度) |
3.3 防爆网关箱技术参数
| 参数项 | 规格值 |
|---|---|
| 防爆形式 | Exd 隔爆型(BJX) |
| 防爆标志 | Ex db IIB T6 Gb / Ex db IIC T6 Gb / Ex tb IIIC T80℃ Db |
| 额定电压/电流 | AC380V/220V,200A |
| 外形尺寸 | 200×318.95×57.2 mm(宽×高×深) |
| 安装孔距(宽) | 155.6 mm,安装孔径 φ4 mm |
| 防护等级 | IP66 |
| 天线接口 | 3 路 SMA 外置天线(LoRa/Wi-Fi/5G可选) |
| 供电 | AC 220V,就近引自现有供电点 |
| 认证标准 | GB/T 3836.1-2021 / GB/T 3836.2-2021 / GB/T 3836.31-2021 |
4 传感器安装施工方案
4.1 安装位置选取原则
传感器测点的选取遵循”靠近轴承、传力路径短、振动信号强”的原则,确保采集到的信号真实反映轴承和转子的运行状态。
● 水平/径向(H):安装于电机驱动端/非驱动端轴承座侧面,方向水平,顺/逆时针各 90°位置任选其一
● 垂直/轴向(V/A):条件具备时增加轴向测点,用于检测轴向窜动和对中问题
● 泵端测点:安装于泵体靠近轴承处,或与电机联轴节对侧泵端轴承座
● 屏蔽泵:安装于泵壳外壁靠近轴承端盖位置(无法接触轴承座时),使用磁吸底座牢固吸附
● 避开高温区域(>85℃)、油脂涂抹面和油漆过厚区域(>3mm),安装前须打磨至金属本色
4.2 安装方式
▶ 4.2.1 磁座吸附安装(优先方式)
对于铁磁性材质(铸铁、碳钢)电机壳体,优先采用传感器自带强力磁座直接吸附,操作简便,无需钻孔,对设备本体无损伤。
安装要求:
○ 1. 清洁安装区域,用角磨机或砂纸打磨至金属光亮面(Ra ≤ 3.2 μm)
○ 2. 将磁座与传感器组合后垂直按压至测点,确认吸附牢固,轻拨不松动
○ 3. 用扎带或钢丝捆绑固定传感器引线,防止振动导致线缆疲劳断裂
○ 4. 粘贴位号标识牌,记录安装位置照片并存档
▶ 4.2.2 螺柱安装(稳定性更高)
对于不锈钢材质设备(屏蔽泵泵壳等)或磁座吸力不足的场合,采用 M8 螺柱焊接或攻丝安装方式。
○ 1. 确认安装位置,标记 M8 中心孔位,打磨清洁
○ 2. 如允许焊接:预焊 M8 螺柱(焊接须具备化工企业焊接许可)
○ 3. 如不允许焊接:在轴承座或辅助支架上攻 M8 螺纹孔,深度 ≥ 12 mm
○ 4. 安装传感器底座,力矩扳手紧固至 8~12 N·m
○ 5. 涂抹少量螺纹锁固剂(Loctite 243),防止振动松动
4.3 各类泵型安装要点
| 设备类型 | 安装要点 |
|---|---|
| 离心泵(P-301/303/108/304/303A) | 单侧安装:电机驱动端轴承座 |
| 水平方向;有条件时增加非驱动端测点。泵端安装于泵体近轴承侧。 | |
| 屏蔽泵(P-2104A/B) | 因结构封闭,安装于靠近前后轴承端盖外壁,采用磁座或M8螺柱。屏蔽泵振动相对较小,传感器灵敏度设置调高。 |
| 卸车泵(P-201A/B) | 按现场照片,传感器安装于泵体近出口端侧面,磁座吸附。注意泵体为不锈钢时须改为螺柱安装。 |
| 压缩机(C-202) | 安装于曲轴箱两端轴承座,730 rpm低速,优先采集低频振动(10~1000Hz)。 |
| 风机(C-206) | 安装于电机两端轴承座,记录运行工况(开启/关闭时间)。 |
4.4 安装数量规划
依据现场设备采集清单(共 13 台设备),结合实际监测需求,建议安装点位如下:
| 设备类型 | 安装点位说明 | 点位数量 | 所在区域 |
|---|---|---|---|
| 离心泵(5 台) | 每台 2 点(电机驱动端 + 泵端) | 10 | 胶乳泵棚区/循环水泵房 |
| 屏蔽泵(4 台) | 每台 2 点(前/后轴承端盖) | 8 | 胶乳装置区/丁二烯泵棚区 |
| 卸车泵(2 台) | 每台 2 点(电机 + 泵体) | 4 | 丁二烯泵棚区 |
| 压缩机(1 台) | 每台 2 点(曲轴箱两端) | 2 | 丁二烯区 |
| 风机(1 台) | 每台 2 点(电机两端) | 2 | 焚烧炉区 |
| 总计 | 26 | 与实际37点方案对比,可按需增加 |
5 防爆网关安装施工方案
5.1 网关选址原则
● 安装于泵区附近无遮挡墙面,与传感器组群的无线距离 ≤ 100 m(开阔区),≤ 50 m(管道密集区)
● 安装高度 1.5~2.0 m,天线朝上,避免正对大型金属构件,确保信号覆盖
● 就近引入 AC 220V 供电,从现有动力配电箱内空余断路器取电,电缆长度 ≤ 20 m
● 远离高温热源(蒸汽管道、加热设备)和强电磁干扰源(变频器等)
● 安装位置须满足正常巡检和维护通道要求,操作面无遮挡
5.2 机械安装步骤
防爆网关箱外形尺寸 200 mm(宽)×318.95 mm(高)×57.2 mm(深),壁装安装孔距 155.6 mm,孔径 φ4 mm。
● 1. 现场勘查,确定安装位置,用卷尺量取安装孔位,在墙面画线标记
● 2. 电锤钻孔,孔径 10 mm,深度 80 mm,清除粉尘并嵌入膨胀螺栓(M8×80)
● 3. 将网关箱导轨对准固定孔,使用 M8 螺母紧固,力矩 ≥ 15 N·m
● 4. 安装水平仪检查,确保箱体垂直,倾斜度 ≤ 1°
● 5. 三路天线从顶部穿出,旋紧 SMA 接头,天线垂直朝上或45°偏角安装
● 6. 拍摄安装位置照片,记录经纬度坐标(或相对位置),存档备查
5.3 电气接线要求
● 1. 从就近配电箱引出专用回路,安装 6A 小型断路器保护,开关标识”无线网关专用”
● 2. 电源线选用 ZR-YJV 2×2.5mm²(阻燃)或 ZR-KVVP 2×2.5mm²(屏蔽),穿 DN20 镀锌管保护至网关箱底部进线口
● 3. 进线口使用防爆填料函(Pg16)密封,线缆外护套进入填料函长度 ≥ 50 mm
● 4. 接线端子 L/N/PE,PE 接地线须可靠连接至防爆箱体,接地电阻 ≤ 4 Ω
● 5. 线缆进入网关箱后,多余线缆整齐盘绕,用尼龙扎带固定,不得有裸露芯线
● 6. 合闸验证:测量箱内供电电压 AC 220V ±10%,记录实测值
5.4 接地保护
防爆设备的接地是防爆安全的重要保障,须严格执行:
● 网关箱体外壳接地线截面积 ≥ 4 mm²(黄绿双色绝缘铜芯线)
● 接地线连接至就近等电位接地母排,接地电阻 ≤ 4 Ω(验收时用接地电阻测试仪测量)
● 电源线中 PE 线同时可靠连接至网关箱接地螺栓
● 传感器本安电路的本安接地须独立,不与动力接地混接
6 施工组织方案
6.1 施工准备
▶ 6.1.1 进场条件
● 完成与业主方的合同签署和施工交底,取得项目进场许可
● 施工人员完成化工企业安全教育培训(三级安全教育),持证上岗
● 取得”特殊作业许可证”(临时用电、高处作业等,视现场条件)
● 编制施工安全专项方案,经业主安全主管审批
● 设备、工具、材料到场验收,防爆认证文件齐全
▶ 6.1.2 施工工具清单
| 工具名称 | 数量 | 用途 |
|---|---|---|
| 电锤(带吸尘) | 1 把 | 墙面打孔 |
| 角磨机(配砂轮片) | 1 把 | 打磨安装表面 |
| 力矩扳手(5~50 N·m) | 1 套 | 螺栓紧固 |
| 数字万用表 | 1 台 | 电气测量 |
| 接地电阻测试仪 | 1 台 | 接地验证 |
| 无线信号测试仪/笔记本 | 1 台 | 网关-传感器通讯测试 |
| 水平仪(磁性) | 1 个 | 安装垂直度检查 |
| 热缩管/防爆电工胶带 | 若干 | 接线绝缘保护 |
| 绳索/安全带 | 1 套 | 高处作业防护 |
| “禁止合闸”警示牌 | 2 块 | 停电挂牌 |
6.2 施工流程
本次施工分三个阶段实施,建议利用设备短暂停机窗口(计划检修期间)进行,若条件允许也可在不停机状态下安装传感器磁座(不涉及停电操作的部分)。
| 阶段 | 工期 | 主要工作内容 | 责任人员 |
|---|---|---|---|
| 阶段一 | 施工准备(1天) | 进场教育、工具材料验收、网关选址勘测、测点标记 | 项目经理+安全员 |
| 阶段二 | 设备安装(2~3天) | 网关箱体机械固定、传感器安装打磨、电源接线(停电作业) | 2名安装工+电工 |
| 阶段三 | 调试验收(1天) | 传感器配对入网、数据上云验证、接地测试、资料移交 | 项目经理+调试工程师 |
6.3 人员配置
| 岗位 | 人数 | 职责 |
|---|---|---|
| 项目经理 | 1 | 总体协调、安全管理、业主对接 |
| 安全员 | 1 | 现场安全监督,具备化工企业安全员资质 |
| 安装工 | 2 | 传感器和网关机械安装,须完成安全教育培训 |
| 电工 | 1 | 电源接线(持电工操作证),负责临时用电管理 |
| 调试工程师 | 1 | 设备配置、系统联调、平台接入 |

7 安全与 HSE 要求
7.1 防爆安全要求
● 进入危险区域施工人员须穿戴防静电工作服、防静电鞋,严禁穿化纤衣物
● 禁止在危险区域使用非防爆电器(手机、普通电动工具等),需使用防爆认证工具
● 角磨机打磨属于动火作业,须取得”动火作业许可证”,作业前检测气体浓度,配备干粉灭火器(不少于 2 台)
● 防爆箱接线端子操作须在断电确认后执行,验电笔验证无电后方可操作
● 所有防爆设备安装后,外观检查无裂纹、损伤,密封圈完好,螺丝全部紧固
7.2 临时用电安全
● 临时用电方案须经业主电气主管审批,编制”临时用电安全方案”
● 施工电源从专用配电箱内取电,安装漏电保护开关(30mA,动作时间 ≤ 0.1s)
● 所有移动电具须经电工检查合格,绝缘电阻 ≥ 1MΩ
● “一机一闸一漏保”原则,严禁多台设备共用一个开关
● 施工完成后立即拆除临时用电,恢复原配电状态
7.3 高处作业要求
若网关安装高度 > 2 m(从基准面算起),须执行高处作业要求:
● 取得”高处作业许可证”,两人协作(一人作业,一人监护)
● 使用合格的绝缘人字梯(承重 ≥ 150 kg),或搭设脚手架平台
● 作业人员佩戴安全带,安全带高挂低用,挂钩连接于牢固结构
● 下方设警戒区域,禁止无关人员进入,防止落物伤人
7.4 环境保护要求
● 打磨产生的铁屑、粉尘及时清理,统一收集装袋处置,严禁随意丢弃
● 废旧包装材料及时清运,保持施工区域整洁
● 施工废液(清洗溶剂等)不得直接排放,交业主危废处置
● 施工结束后恢复现场,确保设备、管道无碰损,地面清洁
8 调试与验收
8.1 传感器配对与入网
● 1. 使用配套调试工具逐一检查核对并录入设备 ID 和安装位号
● 2. 网关上电后自动搜索传感器,确认各传感器入网(信号指示灯常亮)
● 3. 检查网关管理界面,确认传感器数量与设计一致,信号强度(RSSI)≥ -80 dBm
● 4. 修改传感器采集参数(采样率、采集间隔、阈值报警),按现场设备特性配置
● 5. 对每台传感器执行手动触发采集,观察振动波形和温度数值合理
8.2 数据上云验证
网关通过5G/以太网将数据传输至 预测性维护 平台,调试期间验证以下内容:
● 平台侧可接收到所有传感器数据,设备在线率 100%
● 数据时间戳与实际时间偏差 ≤ 5 s(网络时钟同步正常)
● 振动数据单位、量程、精度与传感器规格
● 温度数据与现场实测温度计对比,偏差 ≤ 2℃
● 历史数据可存储并查询,趋势图显示正常

8.3 验收测试项目
| 验收项目 | 验收标准 | 验收方法 | 结果 |
|---|---|---|---|
| 传感器安装牢固度 | 手动拨动无松动 | 目测+手测 | ☑ 合格 □ 不合格 |
| 磁座/螺柱接触 | 打磨光洁,面接触无虚磁 | 目测+磁力计 | ☑ 合格 □ 不合格 |
| 无线信号强度 | RSSI ≥ -80 dBm | 网关管理界面 | ☑ 合格 □ 不合格 |
| 数据在线率 | 100%(正常运行时) | 平台监控页面 | ☑ 合格 □ 不合格 |
| 温度精度 | 与参考值偏差 ≤ 2℃ | 红外测温仪对比 | ☑ 合格 □ 不合格 |
| 振动基线 | 数值在正常范围,无异常峰值 | 平台振动波形 | ☑ 合格 □ 不合格 |
| 接地电阻 | ≤ 4 Ω | 接地电阻测试仪 | ☑ 合格 □ 不合格 |
| 防爆密封 | 进线填料函紧固,无缝隙 | 目测 | ☑ 合格 □ 不合格 |
| 标识牌 | 位号标识清晰,与清单一致 | 对照清单核查 | ☑ 合格 □ 不合格 |
| 系统联调报警 | 超阈值告警正常推送 | 测试记录 | ☑ 合格 □ 不合格 |
8.4 竣工资料移交
● 竣工图纸(传感器安装位置图、网关接线图)
● 设备出厂合格证及防爆认证证书复印件
● 施工记录表(每台传感器安装记录,含照片)
● 验收测试记录表(签字版)
● 系统使用说明及运维手册
● 传感器设备 ID 与位号对应清单
● 接地电阻测试报告
9 运维管理建议
9.1 日常巡检
| 周期 | 巡检内容 |
|---|---|
| 每周 | 目视检查传感器安装状态,确认未发生碰撞、移位或意外脱落;网关指示灯状态正常 |
| 每月 | 登录 预测性维护 平台查看设备在线率,核查是否有长时间离线传感器;检查电源线、接线端子是否有松动 |
| 每季度 | 检查防爆箱密封圈是否老化开裂,必要时更换;检测接地电阻是否仍 ≤ 4 Ω |
| 每年 | 传感器电池电量确认(若内置锂亚电池,使用 2年后预防性更换);系统软件版本升级 |
9.2 常见故障处理
| 故障现象 | 可能原因 | 处理措施 |
|---|---|---|
| 传感器离线 | 无线信号弱或遮挡 | 调整安装角度或增设中继网关;检查传感器电量 |
| 振动数值异常偏大 | 传感器松动或位置移动 | 检查磁座/螺柱是否紧固;确认安装面清洁 |
| 温度读数偏差大 | 接触热阻过大或探头位置不当 | 重新打磨安装面至金属本色;移至更靠近轴承位置 |
| 网关频繁断线 | 4G信号弱或路由器故障 | 检查 SIM 卡信号强度;更换路由器或天线 |
| 平台无数据 | 网络/云平台问题 | 检查5G 路由器状态;联系平台方排查接入配置 |
9.3 备件建议
| 备件名称 | 建议库存 | 说明 |
|---|---|---|
| 无线温振传感器 | 备 2 台 | 通常供货周期 1~2 周 |
| 防爆填料函 Pg16 | 备 6 个 | 密封件易损耗 |
| 天线 SMA 2.4G/Sub-GHz | 备 3 根 | 室外易损 |
| 断路器 6A 单极 | 备 3 个 | 网关供电保护 |
| 接地线 4mm² 黄绿 1m | 备 5 根 | 接地连接线 |