CN110166549B - 一种远程实时监测冷却塔运行状态的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种远程实时监测冷却塔运行状态的装置，属于冷却塔工作状态监测技术领域，包括微处理器，以及分别和微处理器连接的电动机电流检测模块、风扇转速检测模块、电流及转速检测通道切换模块、进出水温度检测模块、参数配置模块、数据远程传送模块，还包括同时与微处理器、电动机电流检测模块、风扇转速检测模块、进出水温度检测模块、参数配置模块、数据远程传送模块连接的供电模块；能够准确判断并及时获知冷却塔各部件的工作状态，便于采取维修或更换措施，保证冷却塔的稳定高效运行。

Description

一种远程实时监测冷却塔运行状态的装置
技术领域
本发明属于冷却塔工作状态监测技术领域，具体涉及一种远程实时监测冷却塔运行状态的装置。
背景技术
冷却塔作为制冷系统的重要组成部分，保证其稳定运行十分关键，又由于其运转时机械强度大，持续工作时间长，风扇轴承、传动皮带、电动机等各部件容易产生磨损、老化，导致冷却塔性能下降，严重的还会产生各种故障，进而对制冷系统带来不同程度的恶劣影响，包括制冷不达标及能耗增加等。
一直以来，对上述各部件的工作状态及磨损、老化程度，没有一种比较有效的实时监测方式，现有判断方式只是简单地根据安装时间概算工作时长，来估计部件“应该”需要换了，有的虽然对冷却塔运行状态有简单监测和记录，但不能做到记录完备、分析判断或实时在线查看，因此就不能及时给出预警和告警，无法准确判断冷却塔的运行健康情况，不能保证冷却塔性能以及避免故障的发生。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种远程实时监测冷却塔运行状态的装置，能够准确判断并及时获知冷却塔各部件的工作状态，便于采取维修或更换措施，保证冷却塔的稳定高效运行。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种远程实时监测冷却塔运行状态的装置，包括微处理器，以及分别和微处理器连接的电动机电流检测模块、风扇转速检测模块、电流及转速检测通道切换模块、进出水温度检测模块、参数配置模块、数据远程传送模块，还包括同时与微处理器、电动机电流检测模块、风扇转速检测模块、进出水温度检测模块、参数配置模块、数据远程传送模块连接的供电模块；所述电动机电流检测模块和进出水温度检测模块连接于微处理器内的模数转换器，所述电流及转速检测通道切换模块、参数配置模块、数据远程传送模块连接于微处理器内的数据分析处理模块，所述风扇转速检测模块连接于微处理器内的频率检测模块。
进一步的，所述电动机电流检测模块包括置于电动机接线盒内的开合式电流互感器。
进一步的，所述风扇转速检测模块包括皮带轮、支架和用于承载风扇的风扇支撑梁、霍尔传感器和磁铁，所述风扇支撑梁固定连接于支架的一端，所述皮带轮与风扇同轴设置，且皮带轮下方吸附有磁铁，所述支架另一端开设有能够使磁铁的轴向中心线穿过的圆孔，所述圆孔内固定连接有霍尔传感器，所述霍尔传感器的感应端朝向磁铁，且霍尔传感器的感应端与磁铁间距离为3-6mm，霍尔传感器将检测到的信号输出至微处理器内的频率检测模块。
进一步的，所述电流及转速检测通道切换模块包括3位用于使能电流检测通道和转速检测通道的拨码开关，拨码开关在ON位置，则电流检测通道和转速检测通道可用，拨码开关在OFF位置，则电流检测通道和转速检测通道禁用。
进一步的，所述进出水温度检测模块包括分别放置于进水槽和出水槽的温度传感器；所述进出水温度检测模块采用消除引线电阻影响的三线制测量方式。
进一步的，所述微处理器内的数据分析处理模块对电动机电流数据和风扇转速数据进行独立和关联判断，得出正常、轴承磨损、皮带松动的判断结果：当电动机电流与风扇转速都在设定的上下限值范围内，判断结果为正常；当电动机电流与风扇转速都低于下限值，判断结果为皮带松动；当风扇转速低于下限值而电动机电流高于上限值，判断结果为轴承磨损；微处理器累计计算电动机、皮带、风扇工作时间，并与额定无故障工作时间长度相比较，当接近额定无故障工作时间长度的90％时给出告警。
进一步的，所述参数配置模块包括异步收发串口通信模块、手机和手机app，手机通过Wi-Fi与异步收发串口通信模块相连，通过手机app进行参数设置。
进一步的，所述数据远程传送模块包括2G、3G或4G移动通信模块，所述移动通信模块与微处理器进行通信，获取数据，并通过移动通信网络将数据传送至云服务器。
进一步的，所述供电模块包括工频变压器及整流滤波电路，工频变压器的原边绕组接220V AC电源，副边绕组输出给由全桥整流器及电解电容构成的整流滤波电路，产生12V DC电源，供给风扇转速检测模块；12V DC电源经过DC-DC电路得到5V DC电源，供给电动机电流检测模块和进出水温度检测模块；5V DC电源经过LDO线性降压变换器得到3.3V DC电源，供给微处理器及参数配置模块；5V DC电源经过DC-DC电路得到3.8V DC电源，供给数据远程传送模块。
进一步的，所述模数转换器和频率检测模块分别与数据分析处理模块在微处理器内部相连。
本发明的有益效果是：1、采用非接触式的风扇转速检测方式，避免了风扇磨损问题，保证了本装置的长期稳定运行，方便安装；
2、3位电流及转速检测通道切换功能，使得某个检测通道损坏后可灵活切换到备用通道，避免了产品的返修，节省了维护成本，保证了装置的持续运转；
3、微处理器对检测数据进行综合判断和累计，能够智能判断出具体的不良现象，并对部件工作寿命进行监测和及时告警；
4、数据实时上传至云服务器，远程访问云服务器可实时查看设备状态，保证及时发现问题并采取措施。
附图说明
图1为本发明的电源拓扑结构图；
图2为本发明的结构框图；
图3为本发明的电动机电流检测模块电路原理图；
图4为本发明的风扇转速检测模块安装结构示意图；
图5为本发明的风扇转速检测模块电路原理图；
图6为本发明的参数配置模块电路原理图；
图7为本发明的供电模块12V电源电路原理图。
图中附图标记如下：1、皮带轮，2、磁铁，3、支架，4、风扇支撑梁，5、NJK-5002C霍尔传感器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
一种远程实时监测冷却塔运行状态的装置，包括微处理器，所述微处理器内包含有模数转换器、数据分析处理模块和频率检测模块，所述模数转换器与数据分析处理模块在微处理器内部相连，所述频率检测模块与数据分析处理模块在微处理器内部相连；本装置还包括电动机电流检测模块、风扇转速检测模块、电流及转速检测通道切换模块、进出水温度检测模块、参数配置模块、数据远程传送模块、供电模块。
所述电动机电流检测模块包括置于电动机接线盒内的开合式电流互感器，优选的，所述的开合式电流互感器为OPCT16AL，方便安装；所述OPCT16AL一侧与电动机供电线连接，另一侧输出信号给微处理器内的模数转换器，模数转换器将数据转换后传输给数据分析处理模块；本实施例中给出3种优选的开合式电流互感器具体型号：OPCT16AL 1000:1，用于18KW以下电动机；OPCT16AL 2000:1，用于18KW至36KW以下电动机；OPCT16AL 4000:1，用于36KW至75KW电动机；开合式电流互感器信号经过信号调理电路和AD转换，转变为数字化的电流数据。每一个电动机电流检测模块可以检测一个电动机的电流，作为一路电流检测通道，优选的，本实施例中共有3路电流检测通道，一共可以检测3个电动机电流。
所述风扇转速检测模块一侧与风扇相连，另一侧输出信号给微处理器内的频率检测模块，频率检测模块将接收到的信号传输给数据分析处理模块；所述风扇转速检测模块包括皮带轮1、支架3和用于承载风扇的风扇支撑梁4、霍尔传感器5和磁铁2，本实施例中优选的霍尔传感器5型号为NJK-5002C；所述风扇支撑梁4通过固定螺丝固定连接于支架3的一端，所述皮带轮1与风扇同轴设置，且皮带轮1下方吸附有磁铁2，所述支架3另一端开设有能够使磁铁2的轴向中心线穿过的圆孔，所述圆孔内通过螺母和垫片固定连接有霍尔传感器5，所述霍尔传感器5的感应端朝向磁铁2，且霍尔传感器5的感应端与磁铁2间距离为3-6mm，霍尔传感器5将检测到的信号输出至微处理器内的频率检测模块；
优选的，在本实施例中，风扇转速检测模块的工作方法如下：如图4所示，在皮带轮1上确定一个偏心位置，吸附一至两个磁铁2，支架3一端通过固定螺丝固定与风扇支撑梁4连接，支架3另一端有圆孔，磁铁2的轴向中心线能够穿过圆孔，NJK-5002C霍尔传感器5穿过圆孔，通过螺母、垫片固定，NJK-5002C霍尔传感器5感应端朝向磁铁2，且感应端与磁铁2的距离A保持在3-6mm范围，使得风扇每转一周，磁铁2可以经过NJK-5002C霍尔传感器5的检测范围一次，这样NJK-5002C霍尔传感器5的输出信号就变化一次，通过微处理器的频率检测模块对信号变化的快慢进行计算，得出转速数据；本实施例中风扇转速检测模块的设置方式避免了机械结合式的检测手段因磨损、偏心等原因导致的不能长期稳定运行的问题，每一个风扇转速检测模块可以检测一个风扇的转速，作为一路转速检测通道，优选的，本实施例中共有3路转速检测通道，一共可以检测3个风扇转速。
所述电流及转速检测通道切换模块连接于微处理器内的数据分析处理模块，包括3位用于使能电流检测通道和转速检测通道的拨码开关，拨码开关在ON位置，则电流检测通道和转速检测通道可用，拨码开关在OFF位置，则电流检测通道和转速检测通道禁用。作为本实施例的优选方案，上述电流检测通道及转速检测通道各有3路，编号1#、2#、3#，最多可以检测3个电动机电流和3个风扇转速，电流及转速检测通道切换模块的3位拨码开关编号1#、2#、3#，来分别使能电流检测通道和转速检测通道，即1#拨码开关在ON位置，则1#电流检测通道及转速检测通道可用，在OFF位置则1#电流检测通道及转速检测通道禁用；2#拨码开关用于使能2#电流检测通道和转速检测通道；3#拨码开关用于使能3#电流检测通道和转速检测通道。优选的，为了应对电流检测通道和转速检测通道损坏的异常情况，当电流检测通道和转速检测通道未用满且某个电流检测通道或转速检测通道损坏时，可将损坏通道编号对应的拨码开关拨至OFF，禁用此通道，再将未用的通道拨码开关拨至ON，实现损坏通道的替换，避免了产品的返修，节省了维护成本，保证了本装置的持续运转。
所述进出水温度检测模块连接于微处理器内的模数转换器，包括分别放置于进水槽和出水槽的温度传感器，优选的，所述温度传感器为PT100型铂电阻温度传感器或PT1000型铂电阻温度传感器；优选的，为使测量精确，减除导线电阻带来的测量误差，所述进出水温度检测模块采用消除引线电阻影响的三线制测量方式，温度传感器导线接至温度检测电路，经过电阻-电压转换及电压倍数放大后，传给微处理器的模数转换器，转换成数字化的温度数据。
所述数据分析处理模块获得电动机电流数据和风扇转速数据后进行独立和关联判断，得出正常、轴承磨损、皮带松动的判断结果：当电动机电流与风扇转速都在设定的上下限值范围内，判断结果为正常；当电动机电流与风扇转速都低于下限值，判断结果为皮带松动；当风扇转速低于下限值而电动机电流高于上限值，判断结果为轴承磨损；微处理器累计计算电动机、皮带、风扇工作时间，并与额定无故障工作时间长度相比较，当接近额定无故障工作时间长度的90％时给出告警。
优选的，为解决冷却塔安装位置高，不便于人靠近操作的问题，所述参数配置模块连接于微处理器内的数据分析处理模块，包括异步收发串口通信模块、手机和手机app，手机通过Wi-F i与异步收发串口通信模块相连，通过手机app进行参数设置。
所述数据远程传送模块连接于微处理器内的数据分析处理模块，包括2G、3G或4G移动通信模块，所述移动通信模块与微处理器进行通信，获取数据，并通过移动通信网络将数据传送至云服务器。使用移动通信模块，其具备移动通信功能，可以连接到云服务器并与其进行数据交换，同时具备串口异步收发通信功能，与微处理器进行数据通信，实现将数据远程传送模块的相关数据通过移动通信模块传送至云服务器的功能。
优选的，为使结构更加简单，性能更加可靠，所述供电模块包括工频变压器及整流滤波电路，工频变压器的原边绕组接220V AC电源，副边绕组输出给由全桥整流器及电解电容构成的整流滤波电路，产生12V DC电源，供给风扇转速检测模块；12V DC电源经过DC-DC电路得到5V DC电源，供给电动机电流检测模块和进出水温度检测模块；5V DC电源经过LDO线性降压变换器得到3.3V DC电源，供给微处理器及参数配置模块；5V DC电源经过DC-DC电路得到3.8V DC电源，供给数据远程传送模块。
实施例2
如图3所示，电动机电流检测模块的接入方式为：电动机电流信号接入I1+与I1-，电流经过电阻R30产生电压信号，经过电容C3传给由电阻R78与R118组成的直流电压偏置电路，再经过由R85与C4组成的RC低通滤波电路接至由运算放大器U25B、R119和R105组成的电压放大电路的正输入端，放大后的电压信号经过由R117和C108组成的RC低通滤波电路后传输给微处理器的内部模数转换器转换成电流数据。
如图5所示，风扇转速检测模块的接入方式为：NJK-5002C霍尔传感器输出信号(低电平有效)接至A-IN，经过起到防错接作用的二极管D103后接至由三极管Q101、R101、R110和C101组成的缓冲及反相器，输出到信号A，再接至微处理器的频率检测模块转换成转速数据。
如图6所示，参数配置模块的接入方式为:J3接Wi-Fi天线，U10为Wi-Fi转异步收发串口通信模块，供电电压3.3V，异步收发串口信号通过引脚19和20分别经过电阻R62和R63接至微处理器的异步收发串口；手机与U10通过Wi-Fi通信连接，手机APP与U10的通信数据经过异步收发串口转给微处理器，实现参数配置。
如图7所示，供电模块的接入方法为：220V AC电源接入L、N两端，经过串联的保险丝F1后再经过并联的压敏电阻VR1接至工频变压器T1的原边，T1的副边接到由二极管D1、D18、D19和D22组成的全桥整流电路，再经过滤波电容C55，得到12V DC电源。
如图1所示，12V DC电源经过DC-DC电路得到5V DC电源；5V DC电源经过LDO线性电源变换器得到3.3V DC电源；5V DC电源经过DC-DC电路得到3.8V DC电源。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种远程实时监测冷却塔运行状态的装置，其特征在于，包括微处理器，以及分别和微处理器连接的电动机电流检测模块、风扇转速检测模块、电流及转速检测通道切换模块、进出水温度检测模块、参数配置模块、数据远程传送模块，还包括同时与微处理器、电动机电流检测模块、风扇转速检测模块、进出水温度检测模块、参数配置模块、数据远程传送模块连接的供电模块；所述电动机电流检测模块和进出水温度检测模块连接于微处理器内的模数转换器，所述电流及转速检测通道切换模块、参数配置模块、数据远程传送模块连接于微处理器内的数据分析处理模块，所述风扇转速检测模块连接于微处理器内的频率检测模块；
所述风扇转速检测模块包括皮带轮、支架和用于承载风扇的风扇支撑梁、霍尔传感器和磁铁，所述风扇支撑梁固定连接于支架的一端，所述皮带轮与风扇同轴设置，且皮带轮下方吸附有磁铁，所述支架另一端开设有能够使磁铁的轴向中心线穿过的圆孔，所述圆孔内固定连接有霍尔传感器，所述霍尔传感器的感应端朝向磁铁，且霍尔传感器的感应端与磁铁间距离为3-6mm，霍尔传感器将检测到的信号输出至微处理器内的频率检测模块。
2.根据权利要求1所述的一种远程实时监测冷却塔运行状态的装置，其特征在于，所述电动机电流检测模块包括置于电动机接线盒内的开合式电流互感器。
3.根据权利要求1所述的一种远程实时监测冷却塔运行状态的装置，其特征在于，所述电流及转速检测通道切换模块包括3位用于使能电流检测通道和转速检测通道的拨码开关，拨码开关在ON位置，则电流检测通道和转速检测通道可用，拨码开关在OFF位置，则电流检测通道和转速检测通道禁用。
4.根据权利要求1所述的一种远程实时监测冷却塔运行状态的装置，其特征在于，所述进出水温度检测模块包括分别放置于进水槽和出水槽的温度传感器；所述进出水温度检测模块采用消除引线电阻影响的三线制测量方式。
5.根据权利要求1所述的一种远程实时监测冷却塔运行状态的装置，其特征在于，所述微处理器内的数据分析处理模块对电动机电流数据和风扇转速数据进行独立和关联判断，得出正常、轴承磨损、皮带松动的判断结果：当电动机电流与风扇转速都在设定的上下限值范围内，判断结果为正常；当电动机电流与风扇转速都低于下限值，判断结果为皮带松动；当风扇转速低于下限值而电动机电流高于上限值，判断结果为轴承磨损；微处理器累计计算电动机、皮带、风扇工作时间，并与额定无故障工作时间长度相比较，当接近额定无故障工作时间长度的90％时给出告警。
6.根据权利要求1所述的一种远程实时监测冷却塔运行状态的装置，其特征在于，所述参数配置模块包括异步收发串口通信模块、手机和手机app，手机通过Wi-Fi与异步收发串口通信模块相连，通过手机app进行参数设置。
7.根据权利要求1所述的一种远程实时监测冷却塔运行状态的装置，其特征在于，所述数据远程传送模块包括2G、3G或4G移动通信模块，所述移动通信模块与微处理器进行通信，获取数据，并通过移动通信网络将数据传送至云服务器。
8.根据权利要求1所述的一种远程实时监测冷却塔运行状态的装置，其特征在于，所述供电模块包括工频变压器及整流滤波电路，工频变压器的原边绕组接220V AC电源，副边绕组输出给由全桥整流器及电解电容构成的整流滤波电路，产生12V DC电源，供给风扇转速检测模块；12V DC电源经过DC-DC电路得到5V DC电源，供给电动机电流检测模块和进出水温度检测模块；5V DC电源经过LDO线性降压变换器得到3.3V DC电源，供给微处理器及参数配置模块；5V DC电源经过DC-DC电路得到3.8V DC电源，供给数据远程传送模块。
9.根据权利要求1所述的一种远程实时监测冷却塔运行状态的装置，其特征在于，所述模数转换器和频率检测模块分别与数据分析处理模块在微处理器内部相连。
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