基于物联网的通用泵监测保护平台的研究和开发

宋正江 杨欣烨

摘要： 随着国民经济发展需求变化，国内外泵行业产品向着专业化、精细化的发展，特别是机、电、仪一体化的发展趋势非常迅猛，物联网改造也已是大势所趋，因此省内泵业公司特别是中小企业提升设备自动化、可靠性需求十分强烈。目前省内泵业生产的水泵大部分是小型泵，为家用、农用、建筑行业水泵，结构简单，技术水平与大型泵、高速泵，在机、电、仪一体化方面还有差距，基本上属于劳动密集型的产品，产品附加值低、同质化严重，升级需求强烈。本文主要对基于物联网的通用泵监测保护平台的研究和开发进行阐述。

关键词：物联网;通用泵;监测保护平台

（一）背景

泵是一种面广量大的通用机械，与国民生产生活息息相关，泵业从业者经常说的一句话“有人类活动的地方就有水泵”，虽有夸张但也道出了工业泵使用的广度。目前国际泵行业总销售额大概246亿美元，其中头部地位基本都被美国、日本、德国等发达国家所垄断，其中美国ITT流体技术公司、古尔兹泵公司、日本的荏原公司、德国的凯士比公司、瑞士的苏尔寿公司、丹麦的格兰富公司是最著名的公司。国内浙江、江苏、辽宁、山东是泵行业主要参与者，华东地区产值全国第一。其中浙江省产量产值目前已是全国首位，省内温岭、永嘉是主要的泵业生产基地，形成了典型块状经济，配套生产链完整，发展迅速。

目前省内泵业公司基本分为三个层次，第一层以新界、利欧、大元等标志性上市的泵业骨干公司，第二层次为中、小型企业，这些企业都是近年来从家庭作坊脱颖而出的，有合格的生产许可证，真正通过ISO9000质量体系认证，加大技术监督力度和技改投入，各项基础工作及生产、测度水平不断提高产值和产量逐年提高。第三层次为家庭作坊，没有技术投入、没有测试，只有装配，这类企业将逐步被淘汰。

随着国民经济发展需求变化，国内外泵行业产品向着专业化、精细化的发展，特别是机、电、仪一体化的发展趋势非常迅猛，物联网改造也已是大势所趋，因此省内泵业公司特别是中小企业提升设备自动化、可靠性需求十分强烈。目前省内泵业生产的水泵大部分是小型泵，为家用、农用、建筑行业水泵，结构简单，技术水平与大型泵、高速泵，在机、电、仪一体化方面还有差距，基本上属于劳动密集型的产品，产品附加值低、同质化严重，升级需求强烈。

（二）研究现状：

泵监测系统研究现状：

英国的 S. Perovic 等人[1]通过电流频谱来分析诊断故障，并完成单机独立应用。美国的 Bechtel公司专门为火电站的一些设备开发的设备诊断专家系统[2]。加拿大维保公司为水轮发电机研制的在线监测和故障诊断系统;德国西门子公司为汽轮机及辅助设备研制的 Siemens/KMU 状态数据监测系统;

物联网技术研究现状：

2009 年，美国“智慧地球”概念的提出旨在使人类的生活更加智能，更加便捷。德国“工业 4.0”这一战略性研究项目的提出旨在建立智能化的制造业体系，以提升商品制造中的精度、速度和可靠度。同时，2013 年，我国国务院也颁布了有关物联网的文件，旨在推进物联网健康有序的发展。2017 年，国务院印发了《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导》。物联网应用领域取得长足进步，工业互联网应用规划已经形成。 2018年11月浙江省印发《浙江省人民政府关于加快发展工业互聯网促进制造业高质量发展的实施意见》明确指出要建设培育形成1个国际级基础性工业互联网平台和多个行业级工业互联网平台，形成具有特色的“1+N”工业互联网平台体系，促进更多的设备通过物联网改造连接上网。国内头部科技企业纷纷推出自己的物联网平台。

2.1 构建了一个基于物联网的通用泵自动化监测与保护平台方案。

作为一个定位于服务通用泵的监控和保护平台，首要任务是理解通用泵在实际运行中的存在痛点，明确需求：

故障保护：研究表明通用泵 60%故障是电气故障，其中电机故障超过总故障的40%。说明电机是泵运行过程中最薄弱的部分，电机故障超过九层，都是由于缺相、卡壳、过载，继而发生漏电、短路等情况，最终导致长时间的电流过载，温升过高，泵被烧坏。通用泵保护的主要是电流、电压。项目组通过边云协同构建电流、电压监测，实现泵的运行保护功能，并实现线下警报器、线上APP、手机短信等推送方式报警。

自动控制：自动控制是通用水泵的另一个痛点。目前普通泵实际运行中，无法做到无人值守。往往要依据液位水平，确定是否工作。当液位下降到一定位置开始工作，当储水装置到达容量上限后，需要自动停止工作，例如农业灌溉、建筑排水等使用场景等。项目组通过液位传感器结合PLC实现本地自动控制，通过线上app、网页等形式配置定时控制策略，实现自动控制。

2.2 利用物联网边云协同技术实现工业水泵本地缺相保护、电流过载等故障保护，实现多种方式预警。

缺项保护：缺相保护就是正常的三相电源其中某一相断路.原有的三相设备会降低输出功率使其不能正常工作.或造成事故.因此对于一些重要的设备需要加缺相保护装置。线路电源缺相时，会产生负序电流分量，三相电流不均衡或过大，引起电动机迅速烧毁。为了保障电动机的安全运行，使其在发生缺相运行时能及时停止电动机的运行。

1.3利用多种接入技术，实现水泵运行状态实时上云服务，打通数据流，提供通用泵设备全生命周期管理。

根据设备工况，支持多种接入技术，提供高可用性云服务，依托阿里物联网平台，提供高并发支持。设备接入的稳定性和扩展性，提供稳定的运行数据流是通用泵管理的关键，通过与企业生产、销售需模块对接，完成通用泵生命周期管理。

项目以当前浙江省内中小泵业企业产品为研发对象，通过文献查阅、走访调研、行业专家访谈等多种形式，明确通用泵使用痛点，寻求智慧赋能与通用性、性价比之间平衡点，明确改造提升目标;分析技术瓶颈、关键指标，确立技术方案，完成平台架构;再次，确定软硬件通讯协议、接口，软硬件团队独立开发测试，最后整合测试，取得了良好的效果。

作者简介：宋正江，副教授，研究方向为物联网开发，算法研究，浙江工业职业技术学院;杨欣烨，浙江工业职业技术学院，计算机应用技术学生

本文受浙江省新苗人才项目《基于物联网的通用泵监测保护平台的研究和开发》资助 项目编号 ：2020R460001