CN103336735A - 风机水泵能效在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风机水泵能效在线监测系统，该监测系统包括：多个风机能效在线监测装置和多个水泵能效在线监测装置，分别设于多个企业现场内；多个企业级监测中心，每个企业级监测中心分别与设于自己企业现场内的风机能效在线监测装置和水泵能效在线监测装置连接；以及市级监测中心，与企业级监测中心进行数据连接。本发明采用无线通信方式，解决了传统的有线传输方式布线繁琐、系统扩展性差等问题，降低了系统的设计成本，保障了风机水泵能效在线监测的高效、安全运行。能够实时在线监测并汇总风机水泵的运行参数以及能效数据，有利于企业生产管理者及时掌握风机水泵的能效状态，以便尽早发现问题，及时维修，减少浪费。

Description

风机水泵能效在线监测系统

技术领域

本发明涉及机器设备性能参数的在线检测，具体地指一种风机水泵能效在线监测系统。

背景技术

众所周知，风机、水泵等通用电机拖动设备是我国最主要的终端耗电设备，它们的总耗电量占国家总发电量的相当部分。据粗略统计，我国风机、水泵的总耗电量约占国家总发电量的30%，但是风机、水泵的实际运行效率普遍不高，因此具有巨大的节电潜力。为了降低风机、水泵的能源消耗，首先就要对风机、水泵的效率进行监测，通过对风机、水泵的监测效率进行分析以掌握风机、水泵的运行状态，这对于提高风机、水泵的能效和优化操作具有十分重要的意义。

风机、水泵的效率定义为风机、水泵的输出功率和输入功率之比。一般来说，风机、水泵的输出功率可通过风量或出水量的测量间接求出，而输入功率则以电动机传递到风机、水泵的轴功率为依据。现在对电动机的轴功率测量一般采用转矩仪测量法或铭牌参数法进行。其中，转矩仪测量法虽然精度较高，但是现场实施较为困难；铭牌参数法误差很大，难以满足对风机、水泵性能评价的要求。因此，要得到准确的风机、水泵的效率，通常将电动机与风机、水泵作为整体来考虑计算，而不区分电机效率、传动效率，即风机、水泵的效率为风机、水泵的输出功率和电动机输入功率之比。

国标GB/T 15913-2009《风机机组与管网系统节能监测》规定了风机机组与供风管网系统节能监测方法和考核指标，国标GB/T 19762-2007《清水离心泵能效限定值及节能评价值》规定了清水离心泵效率的测量方法、泵能效限定值以及节能评价值。通过准确、便捷地测量风机、水泵的效率，系统的分析、比较各行业、各地区的风机、水泵能效数据，可以指导企业进行风机、水泵节能降耗改造，提高风机、水泵的整体运行效率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种风机水泵能效在线监测系统，该监测系统能够根据需要获得某个行业以及某个区域内所用风机水泵的能效，以供分析之用。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种风机水泵能效在线监测系统，包括：

分别设于多个企业现场内的风机能效在线监测装置，每个企业现场内至少设置有一个风机能效在线监测装置，N个风机能效在线监测装置用于分别采集企业现场内的所有风机运行参数以及能效数据；

分别设于多个企业现场内的水泵能效在线监测装置，每个企业现场内至少设置有一个水泵能效在线监测装置，N个水泵能效在线监测装置用于分别采集企业现场内的所有水泵运行参数以及能效数据；

多个企业级监测中心，每个企业级监测中心分别与设于自己企业现场内的所有风机能效在线监测装置和所有水泵能效在线监测装置连接；以及

市级监测中心，分别与市区域内的所有企业级监测中心进行数据连接。

进一步地，本发明风机水泵能效在线监测系统还包括省级监测中心以及多个市级监测中心，所述多个市级监测中心与省级监测中心通过数据通信网进行数据连接。

更进一步地，本发明风机水泵能效在线监测系统还包括国家级监测中心以及多个省级监测中心，所述多个省级监测中心与国家级监测中心通过数据通信网进行数据连接。

本发明具有以下优点：

（1）本发明的风机水泵能效在线监测系统采用了无线通信方式，解决了传统的有线传输方式布线繁琐、系统扩展性差等问题，降低了系统的设计成本，保障了风机水泵能效在线监测的高效、安全运行。

（2）本发明的风机水泵能效在线监测系统可实时在线监测并汇总风机水泵的运行参数以及能效数据，有利于企业生产管理者及时掌握风机水泵的能效状态，以便尽早发现问题，及时维修，减少浪费。

（3）本发明的风机水泵能效在线监测系统为企业提供了可视化的节能管理平台，为企业全面进行节能降耗改造提供了准确数据和科学依据；通过能效对标为企业提供行业和地区能效标准，帮助企业进行节能管理，强化企业的节能管理意识。

附图说明

图1为本发明风机水泵能效在线监测系统的结构框图；

图2为图1中风机能效在线监测系统的结构框图；

图3为图1中水泵能效在线监测系统的结构框图；

图4为本发明中电功率测量模块的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明风机水泵能效在线监测系统包括：水泵能效在线监测装置100、风机能效在线监测装置200、企业级监测中心400、市级监测中心600。如图1所示，以一个企业监测中心400为例，该企业监测中心400的区域内设有N个水泵能效在线监测装置（水泵能效在线监测装置1······水泵能效在线监测装置N）和N个风机能效在线监测装置（风机能效在线监测装置1······风机在线监测装置N）。

N个风机能效在线监测装置200，···，20N和N个水泵能效在线监测装置100，···，10N设置在企业现场内，分别用于采集风机和水泵运行参数以及能效数据，并将采集到的风机和水泵运行参数以及能效数据处理后通过无线通信网络300发送给所属的企业级监测中心400。

一个市级监测中心600的区域内设有N个企业级监测中心400，N个企业级监测中心将本企业内数据通过数据通信网500发送至市级监测中心600。无线通信网络300为GPRS、CDMA、 ZigBee等无线网络，现场测量时采用无线通信，易于布线安装，能够方便、灵活、准确地传输风机水泵的效率数据。

企业级监测中心400通过接收的风机和水泵运行参数以及能效数据，供企业掌握风机水泵的运行情况。企业级监测中心400包括数据库服务器401、WEB服务器402和客户端403，数据库服务器401用于接收通过无线通信网络传来的风机和水泵运行参数以及能效数据并进行存储；WEB服务器402接收客户端403的请求后，再从数据库服务器401中提取数据，并发送给客户端403显示；客户端403用于提供用户访问WEB服务器402的界面，实现风机水泵能效数据的查询。

市级监测中心600用于接收企业级监测中心400发送的能效数据，通过能效对标，分析设备节电或耗电的原因，找出该类设备的最佳运行方式，同时建立该类设备的能效标准，要求低效率的设备向高效率的设备看齐，监督每台设备的操作者以最优的方式运行设备。市级监测中心600包括数据库服务器601、WEB服务器602和客户端603。同理，数据库服务器601用于接收各个企业通过数据通信网500传输的风机和水泵运行参数以及能效数据并进行存储，WEB服务器602用于接收客户端603的请求，从数据库服务器601中提取数据，并发送给客户端603显示；客户端603用于提供用户访问WEB服务器602的界面，实现风机水泵能效数据的查询。数据通信网500为有线或者无线方式进行数据连接和传输，其中有线方式可以为通过以太网或光纤进行数据连接和传输，无线方式可以为GPRS、GSM、CDMA等无线网络进行数据连接和传输。

本实施例中，所用风机能效在线监测装置200包括：用于实时测量电动机输入功率的第一电功率测量模块和用于测量风机输出功率的风机输出功率测量模块。如图2所示，风机输出功率测量模块包括温度传感器、压力传感器、毕托管、微压计、信号调理A/D转换单元和微处理器，微处理器还连接有液晶显示单元、指示灯、按键和存贮器、串行通信接口1和串行通信接口2。其中，串行通信接口1配接有第一无线通信模块，串行通信接口2也配接有第二无线通信模块。

风机输出功率测量模块通过温度传感器和压力传感器分别测量大气温度和大气压力，通过毕托管和微压计分别测量风机进出口处的静压、动压和全压，测量到的信号经信号调理A/D转换单元处理转换为数字信号后输入微处理器，微处理器根据测量的信号计算测量点处的气体密度、气体流量、风机输出功率，然后通过第一无线通信模块接收第一电功率测量模块发送的电动机输入功率和电功率实时在线计算风机的效率，最后通过第二无线通信模块将电动机的输入功率、风机的运行参数和输出功率、以及能效数据传输到无线通信网300。

如图3所示，本发明中水泵能效在线监测装置100包括：用于实时测量电动机输入功率的第二电功率测量模块和用于测量水泵输出功率的水泵输出功率测量模块。如图3所示，水泵输出功率测量模块包括：压力传感器、流量传感器、液面高度传感器、信号调理A/D转换单元、微处理器，微处理器还连接有液晶显示单元、指示灯、按键、存贮器、串行通信接口3和串行通信接口4。其中串行通信接口3配接有第三无线通信模块，串行通信接口4配接有第四无线通信模块。

水泵输出功率测量模块通过流量传感器测量水泵的流量，通过压力传感器（进口/出口）和进口/出口液面高度传感器分别测量水泵的扬程，上述测量的信号经过信号调理AD转换单元处理转换为数字信号后输入微处理器，微处理器根据上述测量的信号计算水泵的输出功率，第三无线通信模块接收第二电功率测量模块发送的电动机输入功率和电功率实时在线计算水泵的效率，最后微处理器通过第四无线通信模块电动机的输入功率、水泵的运行参数和输出功率、以及能效数据传输到无线通信网300。

如图4所示，本实施例所用第一、第二电功率测量模块包括电压探头700和钳形电流互感器800、信号调理A/D转换单元和微处理器、微处理器连接有液晶显示单元、微处理器、指示灯、按健、存贮器和串行通信接口5。串行通信接口5配接有第五无线通信模块。电功率测量模块通过电压探头和钳形电流互感器实时采集电动机输入端的电压信号和电流信号，计算电动机输入端的电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率等参数，采集的信号输入到信号调理A/D转换单元，进行处理转换得到数字信号后输入到微处理器，微处理器经过计算处理后通过第五无线通信模块将这些参数分别传输到风机输出功率测量模块和水泵输出功率测量模块。

本实施例中，液晶显示单元、指示灯、按键和存贮器根据微处理器的处理命令实现显示、指示、输入输出、和存储数据，这些操作均为本领域技术人员所常用技术手段，此处不再赘述。

本发明所用市级监测中心600还可以为多个，同时还包括省级监测中心（图中未示出），多个市级监测中心600与省级监测中心通过有线或者无线方式进行数据连接。其连接方式同多个企业级监测中心400与市级监测中心600之间的连接方式，此处不再赘述。

与现有同类型技术相比，本系统的应用不受地理位置限制，部署速度快，成本低，可靠性和安全性高，风机水泵能效在线监测系统可以实时在线监测风机水泵的运行参数以及效率，帮助企业和节能监测中心掌握风机水泵的运行情况以及能效水平并进行能效对标，指导企业进行节能降耗改造，具有很高的实用价值。

本发明依据现行的国家标准GB/T15913-2009《风机机组与管网系统节能监测》和GB/T 19762-2007《清水离心泵能效限定值及节能评价值》规定的测试方法及计算公式对相关参数进行数据采集、计算和处理。

本发明在使用中涉及的相关参数包括有：

（1）电动机输入功率P₁：

其中：U为输入线电压；I为输入线电流；为功率因数。

（2）风机效率η：

①风机输出功率P_yP：

P_yP=Q×P

其中: Q为风机流量；P为风机全压。

②风机效率η：

$\mathrm{\η}=\frac{P_{\mathrm{yP}}}{P_1}\×100\%$

其中:P_yP为风机输出功率；P₁为电动机输入功率。

③测试点处的气体密度ρ

$\mathrm{\ρ}={\mathrm{\ρ}}_0\×\frac{273}{273+t}\×\frac{P_h+P_j}{101325}$

其中：ρ₀为标准状态下的气体密度，（空气取1.29；烟气取1.30）；t为大气的温度；P_h为当地大气的压力；P_j为流量测量点处的平均静压。

④风机流量Q：

$Q=\mathrm{\μF}\sqrt{\frac{2P_d}{\mathrm{\ρ}}}$

其中: μ为毕托管测压修正值，标准毕托管μ=1； F为流量测点处测量的截面面积；P_d为流量测点处的平均动压；ρ为流量测点处气体密度。

⑤风机全压P：

P=(P_j2+P_d2)-(P_j1+P_d1)

其中: P_d2、P_d1为风机出入口的平均动压；P_j2、P_j1为风机出入口的平均静压。

（3）水泵效率η：

①水泵输出功率P_u：

P_u=ρgQH

其中：ρ为输送液体的密度；g为重力加速度；Q为流量；H为扬程。

②水泵效率η：

$\mathrm{\η}=\frac{P_u}{P_1}\×100\%$

其中: P_u为水泵输出功率；P₁为电动机输入功率。

Claims (10)

1.一种风机水泵能效在线监测系统，其特征在于，包括：

分别设于多个企业现场内的风机能效在线监测装置，每个企业现场内至少设置有一个风机能效在线监测装置，N个风机能效在线监测装置用于分别采集企业现场内的所有风机运行参数以及能效数据；

分别设于多个企业现场内的水泵能效在线监测装置，每个企业现场内至少设置有一个水泵能效在线监测装置，N个水泵能效在线监测装置用于分别采集企业现场内的所有水泵运行参数以及能效数据；

多个企业级监测中心，每个企业级监测中心分别与设于自己企业现场内的所有风机能效在线监测装置和所有水泵能效在线监测装置连接；以及

市级监测中心，分别与市区域内的所有企业级监测中心进行数据连接。

2.根据权利要求1所述风机水泵能效在线监测系统，其特征在于，所述风机能效在线监测装置包括：

第一电功率测量模块，用于实时测量风机电动机输入功率；以及

风机输出功率测量模块，用于测量风机输出功率。

3.根据权利要求2所述风机水泵能效在线监测系统，其特征在于：

所述第一电功率测量模块包括：第五无线通信模块，用于将所述测量的风机电动机输入功率通过无线通信网络输出；

所述风机输出功率测量模块包括：

与所述第五无线通信模块通过所述无线通信网络连接的第一无线通信模块，所述第一无线通信模块接收第五无线通信模块输出的信号；

第一处理器，与所述第一无线通信模块连接；以及

第二无线通信模块，与所述第一处理器连接，用于将所述第一处理器处理的信号通过数据通信网发送至企业级监测中心。

4.根据权利要求3所述风机水泵能效在线监测系统，其特征在于：所述第一无线通信模块与第二无线通信模块为彼此能相互无线通信的GPRS、CDMA、 ZigBee无线通信装置。

5.根据权利要求1所述风机水泵能效在线监测系统，其特征在于，所述水泵能效在线监测装置包括：

第二电功率测量模块，用于实时测量水泵电动机输入功率；以及

水泵输出功率测量模块，用于测量水泵输出功率。

6.根据权利要求5所述风机水泵能效在线监测系统，其特征在于：

所述第二电功率测量模块包括：第六无线通信模块，用于将所述测量的水泵电动机输入功率通过无线通信网络输出；

所述水泵输出功率测量模块包括：

与所述第六无线通信模块通过所述无线通信网络连接的第三无线通信模块，所述第三无线通信模块接收第六无线通信模块信号；

第二处理器，与所述第三无线通信模块连接；以及

第四无线通信模块，与所述第二处理器连接，用于将所述第二处理器处理的信号通过数据通信网发送至所述企业级监测中心。

7.根据权利要求6所述风机水泵能效在线监测系统，其特征在于：所述第三无线通信模块与第四无线通信模块为彼此能相互无线通信的GPRS、CDMA、 ZigBee无线通信装置。

8.根据权利要求1~7任一项所述风机水泵能效在线监测系统，其特征在于：还包括省级监测中心以及多个市级监测中心，所述多个市级监测中心与省级监测中心通过数据通信网进行数据连接。

9.根据权利要求8所述风机水泵能效在线监测系统，其特征在于：还包括国家级监测中心以及多个省级监测中心，所述多个省级监测中心与国家级监测中心通过数据通信网进行数据连接。

10.根据权利要求9所述风机水泵能效在线监测系统，其特征在于，所述数据通信网为以太网或光纤有线网络，或者为GPRS、GSM、CDMA无线网络。

Images