CN105090084A - 风机在线监测系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种风机在线监测系统及其监测方法，包括温度传感器、负压传感器、电力仪表装置、工控机、显示器和数据库服务器；在风机入口处设置温度传感器和负压传感器，测得的数据可以用于计算风机能耗，考虑了风机入口条件的能耗比现有技术更精确，则当本系统用在节能改造前后的能耗测量并计算节能情况时，计算结果更为准确，采用工控机和显示器可用于集中处理和监控各数据，可实时、精确监测风机，从而在能够获得准确数据的基础上，当实际数据产生较大偏差时，操作者可以及时发现并进行相应处理。

Description

风机在线监测系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及冶金生产工艺中风机技术，特别涉及的是一种基于节能改造的更精确的风机节能情况的在线监测系统及其监测方法。

背景技术

风机是冶金生产工艺中非常重要的设备，其使用范围广、数量多、能耗高，应用于炼铁、炼焦、炼钢、轧钢、化工和电厂等各个区域，其耗电量占到宝山分公司总耗电量的40％左右。由于冶金行业的除尘风机、引风机、鼓风机等电机功率一般都很大，因此，可节能量十分可观，风机节能改造项目也成为各节能环保公司重要的业务板块。

节能改造是指用全新的高效风机整体替换原风机或在原风机的基础上更换效率更高的叶轮，对风机原管网系统可以不做改动。对风机进行节能改造后，使系统工况点处在风机最佳工作范围内，是一种非常有效的节能途径，节能率在20％～30％之间。

然而风机经过长期的连续运转，加之磨损、腐蚀、叶轮变形、管道阻力增加以及生产工艺改变等原因，效率逐年下降，即风机的节能效果也会逐年下降。如何实时掌握风机的节能情况并提前采取措施，使风机一直处于较佳的节能状态，靠常规的设备维护手段是难以实现的。

传统计算风机节能率的方法，仅通过对比风机改造前后的运行功率计算而得，不考虑其它因素。事实上，根据风机相似定律，风机的耗电量与通过风机的气体密度成正比，而气体密度与其温度、压力直接相关。假设风机处于理想的工作状态，即风机运行参数和管网特性恒定，仅温度变化对风机功率的影响就达到了10％，如果再叠加大气压的影响，环境因素对风机能耗的综合影响率在10％以上。

综上所述，希望提供一种技术能够监测风机，以精确把握风机的实际节能情况，有效避免因实际节能效果下降并未及时把握实际情况而造成的损失，可方便各节能公司或研究单位使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是一种风机在线监测系统及其监测方法，能够集中监控风机实时能耗情况，以使操作者更及时在出现问题时进行检查维修。

为解决上述问题，本发明提出一种风机在线监测系统，包括温度传感器、负压传感器、电力仪表装置、工控机、显示器和数据库服务器；

所述温度传感器安装于风机入口处，用以实时测量风机入口的温度并生成温度数据，所述温度传感器有线连接所述工控机；所述负压传感器安装于风机入口处，用以实时测量风机入口的压力并生成压力数据，所述负压传感器有线连接所述工控机；所述电力仪表装置的电气测量接口连接到风机电气开关柜的电气开关上，用以测量风机电机的实时有功功率，所述电力仪表装置的通信接口连接所述工控机；

所述工控机在一定时间周期内同步采集所述温度数据、压力数据和实时有功功率，并传输至所述数据库服务器中存储或更新，所述数据库服务器的对所述温度数据、压力数据和实时有功功率的存储周期为设定时间周期，所述数据库服务器中还存储有常规标况有功功率，所述工控机将从所述数据库服务器中获取的历史数据和/或将其采集的数据传输到所述显示器中显示。

根据本发明的一个实施例，所述数据库服务器中的数据存储格式包括时间字段、温度数据字段、压力数据字段、实时有功功率字段、实时标况有功功率字段、常规标况有功功率字段、标记字段、可扩展字段。

根据本发明的一个实施例，所述温度传感器和负压传感器安装于偏离风机入口的连接法兰大体1米位置处，采用螺纹连接方式连接。

根据本发明的一个实施例，所述温度传感器和所述负压传感器的输出端均为可编程模拟量输出，该系统还包括第一A/D转换器和第二A/D转换器，第一A/D转换器连接所述温度传感器的输出端并将模拟量的温度数据转换为数字量，第二A/D转换器连接所述负压传感器的输出端并将模拟量的压力数据转换为数字量。

根据本发明的一个实施例，还包括远程上位机，和所述工控机通过有线或无线网络连接，所述工控机通过网络将从所述数据库服务器中获取的历史数据和/或将其采集的数据传输到远程上位机中用于显示或用于处理。

为解决上述问题，本发明还提出一种风机在线监测方法，包括以下步骤：

S1：工控机在一定时间周期内同步采集温度传感器、负压传感器分别测量的风机入风口的温度数据和压力数据、以及电力仪表装置测量的风机电机的实时有功功率，并在数据库服务器中存储或更新，所述数据库服务器的对所述温度数据、压力数据和实时有功功率的存储周期为设定时间周期；

S2：根据风机节能改造前在测试时间内的所述温度数据、压力数据和实时有功功率的数据平均值确定常规标况有功功率，所述常规标况有功功率存储到所述数据库服务器中，并在所述数据库服务器中标记为不可更改或删除，公式如(a)：

$\frac{{P_o}^{,}}{P_{bs}}=\frac{p^{,}}{1013.25}\×\frac{293}{273+t^{,}}\mathrm{......}\left(a\right)$

其中，P_o’—节能改造前的实时有功功率，单位KW；

P_bs—常规标况有功功率，单位KW；

p’—节能改造前的风机入口平均压力数据，单位hPa；

t’—节能改造前的风机入口平均温度数据，单位℃；

S3：根据风机节能改造后在测试时间内的所述温度数据、压力数据和实时有功功率的数据平均值确定实时标况有功功率，公式如(b)：

$\frac{P_o}{P_{bs}}=\frac{p}{1013.25}\×\frac{293}{273+t}\mathrm{......}\left(b\right)$

其中，P_o—实时有功功率，单位KW；

P_bs—实时标况有功功率，单位KW；

p—风机入口平均压力数据，单位hPa；

t—风机入口平均温度数据，单位℃；

S4：根据常规标况有功功率和实时标况有功功率确定实时节能率，并将实时节能率存储到数据库服务器中，公式如(c)：

$\mathrm{\ξ}=\frac{P_{bq}-P_{bs}}{P_{bq}}\mathrm{......}\left(c\right)$

式中，ζ—实时节能率，单位％；

P_bq—常规标况有功功率，单位Kw；

P_bs—实时标况有功功率，单位Kw；

S5：工控机将从所述数据库服务器中获取的历史数据和/或将其采集的数据和/或将所述实时节能率在显示器上显示。

根据本发明的一个实施例，所述数据库服务器中的数据存储格式包括时间字段、温度数据字段、压力数据字段、实时有功功率字段、实时标况有功功率字段、常规标况有功功率字段、节能率字段、标记字段、可扩展字段。

根据本发明的一个实施例，还包括步骤S6：风机节能改造后依次重复执行步骤S1、S3-S5。

根据本发明的一个实施例，所述工控机通过网络将从所述数据库服务器中获取的历史数据和/或将其采集的数据和/或将所述实时节能率传输到远程上位机中用于显示或用于处理。

根据本发明的一个实施例，所述间隔时间为1小时，工控机每小时采集1次，一天采集24次温度数据、压力数据和实时有功功率的数据，数据在所述数据库服务器的设定时间周期大于等于3个月。

采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：在风机入口处设置温度传感器和负压传感器，测得的数据可以用于计算风机能耗，考虑了风机入口条件的能耗比现有技术更精确，则当本系统用在节能改造前后的能耗测量并计算节能情况时，计算结果更为准确，采用工控机和显示器可用于集中处理和监控各数据，可实时、精确监测风机，从而在能够获得准确数据的基础上，当实际数据产生较大偏差时，操作者可以及时发现并进行相应处理。

此外，风机在线监测方法将风机入口处的温度和压力(气压)条件考虑在内，分别测量节能改造前后的常规标况有功功率和实时标况有功功率，获得的节能率是由温度和压力条件下的能耗相应转换而来的，使风机节能率测量的误差控制在±1％以内，能够实现风机运维的实时可控，减小损失。

附图说明

图1为本发明一个实施例的风机在线监测系统的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的风机在线监测方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

参看图1，本发明实施例的风机在线监测系统，包括温度传感器1、负压传感器2、电力仪表装置3、工控机4、显示器5和数据库服务器6。

其中，温度传感器1安装于风机入口Mentr处，用以实时测量风机入口Mentr的温度并生成温度数据，所述温度传感器1有线连接所述工控机4；所述负压传感器2安装于风机入口Mentr处，用以实时测量风机入口Mentr的压力并生成压力数据，所述负压传感器2有线连接所述工控机4；所述电力仪表装置3的电气测量接口连接到风机电气开关柜的电气开关KS上，用以测量风机电机7的实时有功功率，所述电力仪表装置3的通信接口连接所述工控机4。

具体的，温度传感器1和负压传感器2可以安装于偏离风机入口Mentr连接法兰大体1米处，用于同步测量风机入口Mentr的温度和压力，安装方式可采用螺纹连接型。传感器具有可编程模拟量输出功能，如果风机入口Mentr直接与大气相通，则将负压传感器2和温度传感器1安装于风机入口Mentr附近的墙面上即可，安装形式需根据连接方式重新选型。温度传感器1例如可以采用插入式螺纹连接型，测温范围-20℃～250℃，精度等级0.1％FS并具有国家计量院校验报告，模拟输出信号4～20mA的温度传感器。负压传感器2例如可以采用插入式螺纹连接型，测压范围0～-100kPa.精度等级0.1％FS并具有国家计量院校验报告，模拟输出信号4～20mA。

在一个实施例中，温度传感器1和负压传感器2的输出端均为可编程模拟量输出，则风机在线监测系统还包括第一A/D(模数)转换器和第二A/D转换器(图中未示出)，第一A/D转换器连接所述温度传感器1的输出端并将模拟量的温度数据转换为数字量，第二A/D转换器连接所述负压传感器2的输出端并将模拟量的压力数据转换为数字量。

电力仪表装置3例如是多功能电力仪表，具有实时测量电压、电流、有功功率、无功功率、有功电度的功能，有功功率测量精度不低于0.5％，可校验；具有通讯接口和可编程模拟量输出端口。电力仪表装置3的安装时机例如是在风机M节能改造时，将多功能电力仪表安装在风机电气开关柜上，电气开关KS连接风机供电母线。

工控机4在一定时间周期内同步采集所述温度数据、压力数据和实时有功功率，并传输至所述数据库服务器6中存储或更新，所述数据库服务器6的对所述温度数据、压力数据和实时有功功率的存储周期为设定时间周期，例如设定时间周期为3个月以上，达到3个月后数据的标记字段标记为无效，从而更新时被其他新的数据替换，所述数据库服务器6中还存储有常规标况有功功率，所述工控机4将从所述数据库服务器6中获取的历史数据和/或将其采集的数据传输到所述显示器5中显示。

根据本发明的一个实施例，所述数据库服务器6中的数据存储格式包括时间字段、温度数据字段、压力数据字段、实时有功功率字段、实时标况有功功率字段、常规标况有功功率字段、标记字段、可扩展字段。

在一个实施例中，风机在线监测系统还包括远程上位机(图中未示出)，和所述工控机4通过有线或无线网络连接，所述工控机4通过网络将从所述数据库服务器6中获取的历史数据和/或将其采集的数据传输到远程上位机中用于显示或用于处理，可进一步实现对风机M能耗状态的远程监控。

参看图2，本发明实施例的一种风机在线监测方法，可以采用图1所示的系统，该方法包括以下步骤：

S1：工控机在一定时间周期内同步采集温度传感器、负压传感器分别测量的风机入风口的温度数据和压力数据、以及电力仪表装置测量的风机电机的实时有功功率，并在数据库服务器中存储或更新，所述数据库服务器的对所述温度数据、压力数据和实时有功功率的存储周期为设定时间周期；

S2：根据风机节能改造前在测试时间内的所述温度数据、压力数据和实时有功功率的数据平均值确定常规标况有功功率，所述常规标况有功功率存储到所述数据库服务器中，并在所述数据库服务器中标记为不可更改或删除，公式如(a)：

$\frac{{P_o}^{,}}{P_{bs}}=\frac{p^{,}}{1013.25}\×\frac{293}{273+t^{,}}\mathrm{......}\left(a\right)$

其中，P_o’—节能改造前的实时有功功率，单位KW；

P_bs—常规标况有功功率，单位KW；

p’—节能改造前的风机入口平均压力数据，单位hPa；

t’—节能改造前的风机入口平均温度数据，单位℃；

S3：根据风机节能改造后在测试时间内的所述温度数据、压力数据和实时有功功率的数据平均值确定实时标况有功功率，公式如(b)：

$\frac{P_o}{P_{bs}}=\frac{p}{1013.25}\×\frac{293}{273+t}\mathrm{......}\left(b\right)$

其中，P_o—实时有功功率，单位KW；

P_bs—实时标况有功功率，单位KW；

p—风机入口平均压力数据，单位hPa；

t—风机入口平均温度数据，单位℃；

S4：根据常规标况有功功率和实时标况有功功率确定实时节能率，并将实时节能率存储到数据库服务器中，公式如(c)：

$\mathrm{\ξ}=\frac{P_{bq}-P_{bs}}{P_{bq}}\mathrm{......}\left(c\right)$

式中，ζ—实时节能率，单位％；

P_bq—常规标况有功功率，单位Kw；

P_bs—实时标况有功功率，单位Kw；

S5：工控机将从所述数据库服务器中获取的历史数据和/或将其采集的数据和/或将所述实时节能率在显示器上显示。

具体的，在步骤S1中，在风机M节能改造前，温度传感器1、负压传感器2分别测量的风机入口Mentr的温度数据和压力数据、以及电力仪表装置3测量的风机电机7的实时有功功率，工控机4可以仅同步采集1次温度数据、压力数据和实时有功功率便执行步骤S2，常规标况有功功率为固定值，是节能改造后计算风机M实时节能率的能耗基准，因此可以仅测量1次，数据在数据库服务器6中存储；风机M节能改造之后，工控机4持续在一定时间周期内同步采集温度数据、压力数据和实时有功功率，并在数据库服务器6中存储或更新，所述数据库服务器6的对所述温度数据、压力数据和实时有功功率的存储周期为设定时间周期。在一个较佳的实施例中，采集的时间周期为1小时，工控机每小时采集1次，一天采集24次温度数据、压力数据和实时有功功率的数据，数据在所述数据库服务器的设定时间周期大于等于3个月。

在步骤S2中，根据公式(a)计算常规标况有功功率，也就是将风机M节能改造前的温度数据、压力数据、实时有功功率转换为标况(20℃，1013.25hpa)下的常规标况有功功率，并且该数据在风机M节能改造之后保持固定不变，优选的，该常规标况有功功率是由多次测量数据后的平均值的温度数据、压力数据、实时有功功率确定的，这些数据可以是风机M节能改造之前测量，而存储在数据库服务器6中，并在风机M节能改造之后从数据库服务器6中调取数据，然后进行计算。

在步骤S3中，根据公式(b)计算实时标况有功功率，也就是将风机M节能改造后在测试时间内的所述温度数据、压力数据和实时有功功率的数据平均值转换为实时标况有功功率，根据实际需要确定测试时间，也就是划定一用来计算实时标况有功功率的温度数据、压力数据和实时有功功率的工控机4同步采集时间，并取温度数据、压力数据和实时有功功率的各平均值，从而使用各平均值和公式(b)获得实时标况有功功率。

值得注意的是，在风机M节能改造之后，工控机4的数据采集工作持续进行，从而获取到最新的温度数据、压力数据和实时有功功率，最新的数据存储到数据库服务器6中，同时可以传输到显示器5中显示。

在步骤S4中，根据公式(c)确定实时节能率，并将实时节能率存储到数据库服务器6中，可以增加记录或者替换旧数据。

在步骤S5中，工控机4将从所述数据库服务器6中获取的历史数据和/或将其采集的数据和/或将所述实时节能率在显示器5上显示。

根据本发明的一个实施例，所述数据库服务器6中的数据存储格式包括时间字段、温度数据字段、压力数据字段、实时有功功率字段、实时标况有功功率字段、常规标况有功功率字段、节能率字段、标记字段、可扩展字段。时间字段用来存储采集数据的时间，也可以用简化的时间数据表示，标记字段用来标记该数据是否有效，在时间超过设定时间周期时则更改为无效，从而可由其他数据替换。

在一个实施例中，该方法还包括步骤S6：风机节能改造后依次重复执行步骤S1、S3-S5，从而在节能改造后的能耗计算中，无需重复计算常规标况有功功率，提高效率。

在一个实施例中，所述工控机4通过网络将从所述数据库服务器6中获取的历史数据和/或将其采集的数据和/或将所述实时节能率传输到远程上位机中用于显示或用于处理，可进一步实现对风机M能耗状态的远程监控。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种风机在线监测系统，其特征在于，包括温度传感器、负压传感器、电力仪表装置、工控机、显示器和数据库服务器；

所述温度传感器安装于风机入口处，用以实时测量风机入口的温度并生成温度数据，所述温度传感器有线连接所述工控机；所述负压传感器安装于风机入口处，用以实时测量风机入口的压力并生成压力数据，所述负压传感器有线连接所述工控机；所述电力仪表装置的电气测量接口连接到风机电气开关柜的电气开关上，用以测量风机电机的实时有功功率，所述电力仪表装置的通信接口连接所述工控机；

所述工控机在一定时间周期内同步采集所述温度数据、压力数据和实时有功功率，并传输至所述数据库服务器中存储或更新，所述数据库服务器的对所述温度数据、压力数据和实时有功功率的存储周期为设定时间周期，所述数据库服务器中还存储有常规标况有功功率，所述工控机将从所述数据库服务器中获取的历史数据和/或将其采集的数据传输到所述显示器中显示。

2.如权利要求1所述的风机在线监测系统，其特征在于，所述数据库服务器中的数据存储格式包括时间字段、温度数据字段、压力数据字段、实时有功功率字段、实时标况有功功率字段、常规标况有功功率字段、标记字段、可扩展字段。

3.如权利要求1所述的风机在线监测系统，其特征在于，所述温度传感器和负压传感器安装于偏离风机入口的连接法兰大体1米位置处，采用螺纹连接方式连接。

4.如权利要求1所述的风机在线监测系统，其特征在于，所述温度传感器和所述负压传感器的输出端均为可编程模拟量输出，该系统还包括第一A/D转换器和第二A/D转换器，第一A/D转换器连接所述温度传感器的输出端并将模拟量的温度数据转换为数字量，第二A/D转换器连接所述负压传感器的输出端并将模拟量的压力数据转换为数字量。

5.如权利要求1所述的风机在线监测系统，其特征在于，还包括远程上位机，和所述工控机通过有线或无线网络连接，所述工控机通过网络将从所述数据库服务器中获取的历史数据和/或将其采集的数据传输到远程上位机中用于显示或用于处理。

6.一种使用权利要求1所述系统的风机在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：工控机在一定时间周期内同步采集温度传感器、负压传感器分别测量的风机入风口的温度数据和压力数据、以及电力仪表装置测量的风机电机的实时有功功率，并在数据库服务器中存储或更新，所述数据库服务器的对所述温度数据、压力数据和实时有功功率的存储周期为设定时间周期；

S2：根据风机节能改造前在测试时间内的所述温度数据、压力数据和实时有功功率的数据平均值确定常规标况有功功率，所述常规标况有功功率存储到所述数据库服务器中，并在所述数据库服务器中标记为不可更改或删除，公式如(a)：

$\frac{{P_o}^{,}}{P_{bs}}=\frac{p^{,}}{1013.25}\×\frac{293}{273+t^{,}}\mathrm{......}\left(a\right)$

其中，P_o’—节能改造前的实时有功功率，单位KW；

P_bs—常规标况有功功率，单位KW；

p’—节能改造前的风机入口平均压力数据，单位hPa；

t’—节能改造前的风机入口平均温度数据，单位℃；

S3：根据风机节能改造后在测试时间内的所述温度数据、压力数据和实时有功功率的数据平均值确定实时标况有功功率，公式如(b)：

$\frac{P_o}{P_{bs}}=\frac{p}{1013.25}\×\frac{293}{273+t}\mathrm{......}\left(b\right)$

其中，P_o—实时有功功率，单位KW；

P_bs—实时标况有功功率，单位KW；

p—风机入口平均压力数据，单位hPa；

t—风机入口平均温度数据，单位℃；

S4：根据常规标况有功功率和实时标况有功功率确定实时节能率，并将实时节能率存储到数据库服务器中，公式如(c)：

$\mathrm{\ξ}=\frac{P_{bq}-P_{bs}}{P_{bq}}\mathrm{......}\left(c\right)$

式中，ζ—实时节能率，单位％；

P_bq—常规标况有功功率，单位Kw；

P_bs—实时标况有功功率，单位Kw；

S5：工控机将从所述数据库服务器中获取的历史数据和/或将其采集的数据和/或将所述实时节能率在显示器上显示。

7.如权利要求6所述的风机在线监测方法，其特征在于，所述数据库服务器中的数据存储格式包括时间字段、温度数据字段、压力数据字段、实时有功功率字段、实时标况有功功率字段、常规标况有功功率字段、节能率字段、标记字段、可扩展字段。

8.如权利要求6所述的风机在线监测方法，其特征在于，还包括步骤S6：风机节能改造后依次重复执行步骤S1、S3-S5。

9.如权利要求6所述的风机在线监测方法，其特征在于，所述工控机通过网络将从所述数据库服务器中获取的历史数据和/或将其采集的数据和/或将所述实时节能率传输到远程上位机中用于显示或用于处理。

10.如权利要求6所述的风机在线监测方法，其特征在于，所述间隔时间为1小时，工控机每小时采集1次，一天采集24次温度数据、压力数据和实时有功功率的数据，数据在所述数据库服务器的设定时间周期大于等于3个月。