一、项目背景

1.1 客户概况

本项目为河南省某工业互联网平台项目，实施地点位于省内某市多家企业的化工生产基地，多以精细化工产品为主，是区域内的重点化工企业。

1.2 业务痛点

化工生产装置中，各类电机驱动的离心泵、屏蔽泵、压缩机等是核心动力设备。这些设备长期运行在高温、高压、易燃易爆的严苛环境下，一旦发生异常停机，将导致：

1. 生产中断损失：单次非计划停机造成的直接经济损失可达数十万至数百万元

2. 安全风险：关键泵群失效可能导致介质泄漏、火灾爆炸等重大安全事故

3. 维护成本高企：传统定期检修模式存在”过修”或”失修”问题，备件库存和人工成本居高不下

4. 数据盲区：缺乏实时监测手段，设备运行状态靠人工巡检，难以发现早期故障征兆

1.3 项目目标

• 实现13台核心设备的振动（三轴加速度）和温度实时采集，采集周期≤5分钟

• 构建”传感器→防爆网关→5G路由→平台”的全无线传输链路，丢包率<1%

• 接入工业设备健康管理平台，实现故障预警推送和历史趋势分析

• 推动企业从”计划性维修”向”预测性维修”转型，降低维护成本20%以上

二、解决方案

2.1 系统总体架构

本项目采用四层无线传输架构，全程无需布设信号电缆，最大限度降低了在危险区域的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

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

各泵区墙面壁装

无线数据汇聚/转发

传输层

5G/LTE 工业路由器

配电间/控制室

远程数据传输

平台层

振动故障诊断系统平台

企业内网/云端

数据分析/预警展示

2.2 核心产品：本安型无线温振传感器

本项目选用本安型无线温振传感器，具备以下技术特点：

参数项

规格值

防爆标志

Ex ia IIC Ga / Ex ia IIC T₄ Db （本安型）

认证证书

CCRI 23.7515X

振动测量范围

加速度 0200 m/s²，速度有效值 010 mm/s

频率响应

10~5000 Hz（-3dB），覆盖常见机械故障频率

温度测量范围

-40~+125 ℃，精度 ±1 ℃

无线通信

Sub-1GHz（470~510 MHz），穿透力强、抗干扰好

供电方式

内置锂亚电池，使用寿命 >3 年，可外接3.6V电源

防护等级

IP68，适用于恶劣工业环境

安装方式

磁吸式/M8螺柱安装，无需钻孔，对设备零损伤

2.3 防爆设计

项目所在化工装置区属于爆炸性气体环境（Zone 1/Zone 2），气体分组以IIC级为主（涉及丁二烯、苯乙烯、丙烯酸酯类等高危介质）。所有电气设备均取得国家防爆认证：

• 传感器采用本安型（ib/ia）防爆设计，即使内部发生故障也不会引燃周围爆炸性气体

• 网关箱采用隔爆型（Exd）防爆接线箱，通过增安外壳隔离点火源

• 所有施工过程严格执行动火/临时用电许可制度，确保零安全事故

2.4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470510 MHz），具有穿透力强、抗干扰能力好的特点，特别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，覆盖半径约100300米。本项目共配置3台防爆网关，分别覆盖丁二烯泵棚区（13个传感器）、胶乳装置区（16个传感器）和循环水泵房/焚烧炉区（8个传感器）。

三、实施情况

3.1 监测设备覆盖范围

本项目共覆盖13台核心动力设备，分布于厂区内5个不同功能区域，总安装传感器点位约37个：

设备描述

电机功率

所在区域

测点数

丙烯酸丁酯输送/卸车泵

11 kW

胶乳泵棚区

4点

苯乙烯输送/卸车泵

11~37 kW

胶乳装置区

6点

丁二烯屏蔽泵

18.5 kW

丁二烯泵棚区

4点

丁二烯卸车泵

18.5 kW

丁二烯泵棚区

4点

丁二烯压缩机

22 kW

丁二烯区

2点

循环水泵

110 kW

循环水泵房

2点

焚烧炉助燃风机

7.5 kW

焚烧炉区

2点

丙烯酸输送泵

7.5 kW

胶乳装置区

2点

3.2 现场安装实况

项目于2026年5月启动进场施工，历经现场勘查、设备安装、系统调试三个阶段，于2026年7月完成全部建设并通过验收。以下是现场施工的关键节点记录：

3.2.1 传感器安装

传感器采用磁座吸附方式安装在电机驱动端/非驱动端轴承座及泵体关键测点，安装前对接触面进行打磨清洁至金属本色，确保信号传输精度。对于不锈钢材质屏蔽泵则采用M8螺柱固定方式：

3.2.2 防爆网关部署

3台防爆无线网关分别部署在各泵区附近墙面，采用壁装固定方式，配备外置LoRa天线确保信号覆盖。网关箱体为Exd隔爆型，标有”严禁带电开盖”警示标识：

图：Exd隔爆型防爆无线网关箱外观及模块安装细节

3.2.3 安装完成效果

全部设备安装完成后，现场呈现规范整洁的效果。防爆网关箱就近取电并可靠接地，传感器分布均匀、标识清晰：

图：两台防爆网关箱并列安装完成效果

图：防爆网关箱与配电柜的电气连接完成

3.2.4 设备区域全貌

图：室内泵棚区域多台电机加装传感器后全景

四、平台应用效果

4.1 振动故障诊断系统

所有传感器数据通过防爆网关和5G网络实时上传至工业设备健康管理平台的”振动故障诊断系统”。该平台提供设备监控大屏、趋势分析、频谱分析、故障预警等完整功能：

图：振动故障诊断系统主界面 — 监控13台设备全部在线正常

4.2 数据分析能力

平台提供多维度的数据分析功能，包括时域波形、频域分析、性能参数趋势等，帮助运维人员精准定位设备异常：

图：平台综合分析界面 — 幅值趋势、时域波形、性能参数、频谱分析四维联动

图：频谱详细分析 — 可识别不平衡、不对中、轴承故障等典型故障特征频率

4.3 项目成果指标

指标项

目标值

实际达成

监测设备数量

≥10台

13台（超额完成30%）

传感器在线率

≥95%

100%（全部在线）

数据采集周期

≤5分钟

≤5分钟（达标）

无线信号强度

RSSI ≥ -80 dBm

-65 ~ -78 dBm（优良）

温度测量精度

偏差 ≤2℃

≤1.5℃（优于目标）

接地电阻

≤4Ω

1.2~2.8Ω（合格）

施工周期

~15个工作日

7天（提前完工）

安全事故

0起

0起（达标）

五、应用价值

5.1 经济效益

• 减少非计划停机：通过早期故障预警，预计每年可避免2~3次突发停机事件，间接经济效益超百万元

• 优化备件管理：基于实际设备健康状态制定备件采购计划，降低备件库存资金占用约25%

• 延长设备寿命：及时发现并处理早期缺陷，避免小故障演变为大损坏，延长关键设备使用寿命15%~20%

• 降低运维人力：从被动巡检转变为主动预警，巡检效率提升40%以上

5.2 安全效益

• 本质安全设计：传感器采用本安型防爆，即使在危险区域内也能安全使用，不增加额外风险

• 泄漏预防：泵群密封失效、轴承过热等问题可在早期被发现，有效防止危化品泄漏事故

• 合规保障：满足《危险化学品企业安全风险隐患排查治理导则》对关键设备状态监测的要求

5.3 数字化转型价值

• 数据资产积累：建立完整的设备运行数据库，为后续AI模型训练和智能决策提供数据基础

• 管理透明化：管理层可通过移动端随时查看设备健康状态，决策有据可依

• 可复制推广：本项目形成了一套成熟的化工行业设备预测性维护解决方案，可快速复制到其他装置和基地

六、总结与展望

本项目成功实现了该化工生产基地13台核心动力设备的无线温振在线监测，构建了从感知、传输到分析预警的完整技术链条。项目的顺利实施充分验证了以下关键技术能力：

1. 本安型无线传感技术在Zone 1/Zone 2爆炸性危险环境中的可靠性

2. Sub-1GHz无线通信技术在密集金属管道环境中的稳定穿透能力

3. 振动故障诊断算法对旋转机械设备典型故障模式的有效识别

4. 不停产施工方案在连续生产企业中的可行性和安全性

展望未来，本项目将持续深化应用：一方面扩大监测范围，逐步覆盖厂区内所有A类关键设备；另一方面引入AI故障预测模型，实现从”状态监测”到”剩余寿命预测”的能力跃升，助力企业全面迈向智能制造新时代。