大型离心泵的网络化在线监控方法探讨

梅碎彬 应富强

摘要:在线监测技术的发展已有几十年的历史,在各行业得到广泛应用,但大型离心水泵的在线监测尚未见到。文章提出要依据泵组本身的机械特征,合理地选择离心水泵测点、传感器型号、硬件、软件,来对泵组的振动、摆度、压力脉动等物理量进行在线监测,从而建立功能较为完备的在线监测分析系统。

关键词:大型离心泵;网络化在线监控;测力传感器;离心泵;能量化

中图分类号:TM734文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0010-02

一、大型离心泵的网络化在线监控对设备的技术要求

1.整套设备必须为全密闭结构,水通道材质采用304食品级不锈钢,保证水与空气的完全隔离,避免对水产生任何污染。

2.所有给水设备,都采用微机变频控制,运用模糊控制技术,使整套设备始终处于高效区运行,达到充分节能的效果。

3.为保证设备的可靠运行,所有设备都应具有远程监控、监测功能,供水系统必须有远程网络监控功能,要求必须能分别监控并显示到供水系统中的各个关键点的工作压力、设定压力、流量,自来水的进水压力,各台水泵的工作电流、频率、电压等参数,并具有预警及报警处理功能。对设备24小时进行远程控制、监测。

二、网络化控制及远程监控系统的组成及使用方法

网络化控制及远程监控系统由三级组成,其组成及使用具体阐述如下:

(一)单机就地控制

水泵、真空泵、抽气电磁阀、出水电动阀门由现场电气控制柜或按钮实现(应急、维修时用)。

(二)过程控制和数据采集与传输,在值班室由集中控制台实现

1.控制环节:真空泵、抽气电磁阀、水泵、出水电动阀门等。在集中控制台上设有手动→联动转换开关,既可按钮单独控制各设备的运行(变频水泵的调速),又能在联动方式时用PLC和传感器通过触摸屏工控机按照开、停泵工作流程图自动完成工作。

2.检测信号:出水流量、出水压力、河水位、原水浊度、溶解氧、PH值、抽气真空度、工作电压、用电量、水泵运行电流、电动机温度以及各设备的状态指示灯。并用触摸屏工控机显示和存储有关数据。

(三)监控管理,在中央控制室的操作台实现

在净水厂二泵房设有中央控制室(距二水源泵站约15公里),装配有组态软件、监控软件、安全软件等的上位机系统,用宽带ADSL、无线数传电台通信能达到:实现第二级的控制环节;显示第二级的检测信号,浑水管道上数据采集终端RTU的数据,设定参数,故障报警;完成班、日、月、年报表、图表、曲线图,即数据处理和存储;(4)多媒体视频监控:多画面动态20帧以上,录像保存一个月以上,有录音功能。

1.单级双吸离心泵组:选用国内大厂大品牌产品,使用SKF或NSK轴承和德国博格曼BURGMANN机械密封或填料密封,能保证8000小时运行无泄漏。如连成、凯泉、东方等品牌;其配套电动机也要选用西门子或清江、人民等大品牌产品,并通过国家节能认证。

2.变频调速柜、软起动柜:其中变频器、软起动器、继电器等选用西门子、ABB、施耐德等国际品牌,断路器、接触器、按钮、信号灯、端子、仪表等选用西门子SIEMENS、瑞士ABB、施耐德SCHNEIDER等国际品牌或人民、正泰、国内大厂大品牌产品,电力电缆、控制电缆是国内大厂大品牌产品。

3.传感器等计量产品要通过国家或省级计量认可,精度达0.2%,压力传感器选用日本横河EJA、美国罗斯蒙特ROSEMOUNT、德国WIKA等国际品牌,电流变换器、电压变换器、温度传感器、超声波流量计、液位计可选用国内大厂大品牌产品。

三、网络化在线监控方法

1.为了满足系统的可移植性、安全性、可扩展性和大规模数据交换和网络访问的要求,将Web服务器和OPC服务器分别建立在不同的主机节点上,并将OPC服务器的实时数据利用程序自动转储到专用的数据库服务器上。系统架构如图1所示:

2.多个大型离心泵泵站的网络构成,将多个大型离心泵站构成一个虚拟局域网。通过此设置方法,中心站的管理人员可以非常方便地控制各注水泵站的启停,查询和设置各种参数。

3.网络通信软件的使用方法。本系统采用PC Anywhere 9.2简体中文版来实现网络通信功能。因为它具有强大的网络通信功能,可以减少自主开发网络通信软件的难度。PC Anywhere是一款宣为人知的远程控制软件,利用PC Anywhere,计算机管理人员可以轻松地实现在本地计算机上控制远程计算机,使得两地的计算机可以协同工作。在实现远程控制的同时,PC Anywhere还引进了良好的安全策略与密码验证机制,使得远程被控主机的安全性能得到强有力的保障。运行平台:Windows 98/NT/2000/XP。PC Anywhere 9.2简体中文版具有控制台接管、文件传输、远程屏幕浏览、键盘交谈、Internet连接、故障诊断等功能。

为保证设备的可靠运行,所有设备都应具有远程监控,监测功能,供水系统必须有远程网络监控功能,要求必须能分别监控并显示到供水系统中的各个关键点的工作压力、设定压力、流量,自来水的进水压力,各台水泵的工作电流、频率、电压等参数,并具有预警及报警处理功能。对设备24小时进行远程控制、监测。控制系统要求采用工控微机及无负压变频控制技术,远程网络监控技术,以便联合远程网络总监系统,最终实现设备的全自动无人值守控制。

4.离心泵振动信号故障时,利用网络化在线监控诊断的方法如下:(1)将离心泵振动信号时间序列数据经验模态分解(Emirical Mode Decomosition,简称EMD);(2)经过Hilbert-Huang变换获得各模态(Intrinsic Mode Functions,简称IMF)的能量,并以“能量比”为元素,构造离心泵振动信号的特征向量,根据Elman神经网络模型能够逼近任意非线性函数的特点和具有反映系统动态特性的能力,利用Elman神经网络模型实现离心泵故障的诊断;(3)从泵启动开始,系统连续检测各机泵的流量、轴功率(电流),同时不断检测各泵出口压力和系统压力之差。实验研究结果表明该方法对离心泵振动信号故障具有很高的诊断率。

四、结语

大型离心泵在运行中的一大问题是由于逐渐增大或瞬时增大的轴向力所引起的机器的损坏,这类现象已引起了广泛重视。本文以大型离心泵的网络化在线监控方法为研究点入手,对于分布开放式控制系统中以单片机系统作为前置控制器进行了设计和研制,阐述了控制器利用多机通信技术,完成前置机和主机的数据交换,并对控制器抗干扰问题进行了分析研究,显著地提高了测力传感器的灵敏度,并通过实验得到了验证。采用这种方式,可减轻工程维护人员的工作量,直接监控工艺装备的工作性能和产品的开采量。

参考文献

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[3]葛新锋,闫小行.基于PLC和触摸屏控制的恒压供水系统的监控系统设计[J].工业控制计算机,2008,21(10).

[4]许军舫,柯军,等.大型离心泵机组状态监测系统的完善[J].水泵技术,2001,(4).

作者简介:梅碎彬(1979-),男,温州文成人,温州职业技术学院助教,浙江工业大学在读硕士,研究方向:机械电子工程;应富强(1957-),男,浙江工业大学教授,研究方向:机电系统与现代装备、现代设计理论与方法、机电产品快速设计与制造。