前言

设备在线诊断系统通过振动传感器等装置对运转中机械设备进行实时监测，对设备异常情况能够实现早期发现与精准诊断。在系统部署过程中，需要将振动传感器安装在监测对象上，并将信号线缆铺设至测量设备。然而，由于经济或物理条件的限制，系统部署过程会面临实施难题。当监测对象分布范围较大时，则会导致布线工程费用高昂；当监测对象为移动设备时，则会导致布线工程施工困难。为此，日本JFE公司通过无线通信与电池驱动技术，成功研发出基于无线方式的设备在线诊断系统，实现了无线式远程监控。本文介绍了该系统整体架构及其核心优势。

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开发系统的概述与特点

2.1无线式设备在线诊断系统构成

无线式设备在线诊断系统由振动传感器模块、无线单元模块、网关模块和在线工作站构成，图1为无线式设备在线诊断系统示意图。振动传感器模块负责采集测量数据，无线单元模块将数据以无线信号形式传输，网关模块将无线信号转换为以太网传输，而在线工作站模块则具备自动采集测量数据、执行信号处理与运算处理，以及数据存储与显示等功能。此外，该系统可与传统有线系统兼容，实现数据的集中化管理。

2.2无线网络和无线单元

2.2.1无线网络

该系统无线通信频段采用920MHz频段，该频段自2012年投入使用以来，其在工业物联网领域的应用范围持续扩大。相较于Wi-Fi等技术普遍使用的2.4GHz频段，920MHz频段具有更优的电磁波绕行特性，即便在障碍物存在的条件下仍能保持良好通信。在信号覆盖良好的区域，通信距离最长可达1公里。此外，由于与2.4GHz频段（该频段因设备密集而存在信号衰减问题）采用不同频段，因此更能有效避免电磁波的干扰影响。

2.2.2无线单元

无线单元是通过振动传感器采集信号并进行初步处理，最终转换为无线信号的装置。该设备采用分体式连接设计，通过电缆连接传感器。即使测量点处于布局复杂的空间环境中，只要将无线单元安装在非密闭环境，就能轻松保障稳定的通信效果。各无线单元如图2所示。无线单元的振动传感器输入支持2通道输入（2ch）、4通道输入（4ch）和12通道输入（12ch）三种输入模式。在4通道和12通道输入单元中，除了振动信号外，还可接入温度传感器和模拟信号。

该系统通过滤波处理、积分处理等信号处理技术，对振动信号进行分析，生成状态监测和诊断所需的加速度、速度、位移等关键参数。系统支持与上级计算机的双向通信，既能响应警报触发，也能根据用户指令执行快速傅里叶变换（FFT）处理，还能根据设备运行状态进行触发式测量和连续监测。其FFT处理功能具备最高20kHz的解析频率范围和800线的最大解析分辨率，可有效用于振动异常的根源分析。此外，无线设备的运行设置调整和固件更新也能通过上级计算机进行操作。

2.2.3无线单元的驱动电源

无线单元的驱动电源配置如下：2通道输入采用内置电池供电，4通道和12通道输入除内置电池供电外，还采用外部电源供电方案。对于连续监测、短周期测量或设备运行触发的测量场景，系统会自动切换至外部电源供电模式；若测量周期为每日一次或更长周期，则可选择内置电池供电方案。这种智能切换机制能根据监测对象的重要程度和经济性，灵活选择最合适的供电驱动方式。

2.2.4无线接入点

无线接入点是当子设备（无线单元）无法直接与母设备（无线网关）建立无线连接时，作为中间中继节点使用的设备。该设备最多可实现7级中继，通过这种中继机制能够连接相距较远的无线单元，从而支持构建覆盖范围更广的系统架构。此外，采用外部供电方式的无线单元与无线接入点一样，都具备中继功能。

2.2.5无线网关

无线网关负责将无线单元的920MHz频段无线通信信号与上级计算机的以太网信号进行相互转换的中继处理。

2.2.6在线工作站

在线工作站可实时显示警报信息、振动值趋势管理数据及FFT分析结果等。此外，系统还具备设置警报判定等级的功能。

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部署无线系统

3.1与CU-30000/CU-30000HG的连接

将振动监测所需功能集中于设备本体，还新增了无线式紧凑型监控单元（CU-30000/CU-30000HG）到产品阵容中。该设备在确保数据保密性和可扩展性的同时，实现了简单快捷的无线振动监测系统部署。

3.2其他系统的连接

3.2.1通过CSV文件进行数据公开

测量数据和警报判定等级等设置信息会自动以CSV文件形式从在线工作站输出，通过上级系统访问后，可与上级系统中存储的其他数据实现统一管理。此外，使用专用软件还能直接将无线网关的测量数据以CSV文件形式自动导出。通过将导出的CSV数据导入其他系统，即可轻松实现其他系统的无线振动监测功能。

3.2.2PLC联动

通过以太网信号将无线网关与PLC连接，可直接将采集的振动数据传输至PLC。这样一来，无需依赖CMS专用软件，就能轻松实现设备振动状态的实时监控。

3.3防爆型无线单元

JFE成功研发并推出防爆型无线单元，现已正式上市销售。该产品通过了针对第二类危险场所（Zone2）的本体安全防爆结构认证。目前正在开发配套的具备安全增强型防爆结构的无线接入点，这将使以往难以覆盖的危险场所也能实现中继通信。

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结语

本文介绍了920MHz频段无线式设备在线诊断系统的整体架构与核心优势。该系统突破传统设备振动监测的局限，通过将振动监测技术应用于以往难以覆盖的设备领域，有望为设备管理的智能化升级提供重要支撑。