CN111779665A - 一种流体泵远程监测方法及应用于所述方法的监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了流体泵远程监测方法及应用于所述方法的监测系统，所述监测方法为：在工控机上预设置各元件的运行参数，采集数据通过PLC反馈成可独立运行的数据模块系统，再进行数据比对，系统执行调整，数据反馈至各模块运行；调整预设置的参数范围，检测并统计多组实验数据，计算得出流体泵的最佳工况。本发明结构简单，可以在无人观察的情况下实现自动智能化控制，解决大型管道系统的输送液体介质的能耗问题，将输送效率调整为最优，经济效果显著。

Description

一种流体泵远程监测方法及应用于所述方法的监测系统

技术领域

本发明是涉及流体泵技术领域，具体地说是涉及流体泵远程监测方法及应用于所述方法的监测系统。

背景技术

目前使用的流体泵主要用于食品以及药品行业，作为液体介质的输送动力源，采用的是机械能转换成液体动能。动能驱动的方式是采用电机驱动，且改动能作为一种开放式的输出，没有反馈和调整信号，无法满足客户的实时信号检测以及执行变更指令的命令。现有的技术都是直接测量管道的压力，对于管道压力的源头电机的控制是开源控制或者是只检测无调节状态的工况，没有实现实时控制以及智能化，随着产业的转型，现今对一种可控可调的流体泵系统的需求增多，需要对实验数据进行闭环处理，模拟各种数据变量，得出的各种综合性数据，达到最佳综合经济效益工况。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了流体泵远程监测方法及应用于所述方法的监测系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：流体泵远程监测方法，所述的监测方法包括如下步骤：

(1)根据实际需求，在工控机上设置各传感器和电流运行参数；

(2)通过工控机上安装的运行软件，将电控系统采集整合的数据进行模块化设定，所述模块化设定为分别采集压力传感器、电磁流量传感器、红外温度传感器、振动传感器、电机转速传感器的数据通过电控系统中的PLC转化形成压力检测模块、流量检测模块、温度检测模块、振动检测模块、转速检测模块，每一个模块独立工作，形成类似的子系统；

(3)运行软件将各个子系统的参数整合到一个数据平台，进行参数读取与比对，读取的参数和系统内部数据比对得出此数据是否在预先设置的正常范围内，系统执行动作后再次读取参数和数据比对，符合此内部数据范围，系统正常，不执行调整动作，将表达出来的数据执行到各个模块；若读取参数不符合内部数据范围，则系统运行不正常，将执行调整动作，发出警报，经人为调整后可正常运行，如无人调整，则系统自动关闭；

(4)根据数据的比对和开始设置的参数进行修正，修正的比例根据参数调整，可调整预设置中各传感器的运行参数范围，在每次增幅3％～8％的数据变化范围内调整进行输出执行命令；

(5)统计各分组数据，进行模拟计算的结果数据，计算的结果数据直接转化成阀门开启程度的数据和流体泵中电机的转速数据，系统实时比对所得数据，进行修正，达到一个设定的工作数据状态；

(6)流体泵能耗分析，结合软件提供的计算数据，根据计算数据的修正后的优化处理，分析如何实现流体泵的最佳工况，实现可循环的数据和性能提升的双重效果。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了流体泵远程监测系统，包括水箱、流体泵和监测装置，所述水箱一侧下方开设有出水口与第一管道固定连接，所述第一管道另一端通过管道弯头分别与第二管道和流体泵连接，所述第二管道上设有压力传感器，所述压力传感器上方设有超声波流量传感器和第一阀门，所述第二管道上端与第三管道连接，所述第三管道上夹设有电磁流量传感器，所述第三管道流体输出端设有第二阀门，所述流体泵壳体外部分别设有振动传感器、电机转速传感器和泵壳温度传感器，所述监测装置包括电控箱和工控机，所述电控箱内设有电控系统，所述振动传感器、电机转速传感器、压力传感器、超声波流量传感器和泵壳温度传感器均与电控系统电性连接，所述电控系统接收的数据信息均上传至工控机上处理，所述工控机反馈至电控系统对各传感器执行。

优选地，所述电控箱表面设有人机交互界面，可显示各传感器信号的实时数据以及转换为调试功能界面。

优选地，所述电控系统为西门子S7-1200系列PLC。

优选地，所述水箱上还设有超声波流量显示器，所述超声波流量显示器与电控系统电性连接。

优选地，所述第一管道可以为直线型或回型分布，且第一管道上均匀布设有一个或多个球阀。

优选地，所述监控装置还包括电源柜，所述电源柜设于工控机一侧，控制整个监测系统的电压电流情况与整体开关。

优选地，所述第二阀门下方设有透明的视镜筒。

优选地，所述近第一管道靠近流体泵处设有管道温度传感器，所述管道温度传感器与电控系统电性连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)解决大型管道系统的输送液体介质的能耗问题，将输送效率调整为最优，经济效果显著。通过对本次实验的数据采集分析，得到了电机振动、电机转速、电机电压、电机电流、泵压力、泵流量、泵入口前温度、泵出口温度、液体流量、液体压力、液体温度等方面的具备互相关联的闭环数据系统，使用者进行模拟各种数据变量，得出的各种综合性数据，工作效果明显提升；

(2)所有的传感器(除了泵压力为插入式外)皆为外挂式，无需插入泵、阀门和管线内；当然，采用插入式传感器亦是可以实现的。在现有的系统上：

a.不增加污染源与内部清洗的问题；b.不影响生产，无需更换相关零件的前提下，直接按装传感器及PLC系统即可；c.对于利用车辆的电机、电瓶等车用生产设备，乃至环卫车的喷洒水、扫地、吸尘设备等，都能远程监控，掌握车辆与设备的运行状况；事先准备，利用休息时间调整维修，避免影响正常工作时间或半途抛锚，排除了结构性改变带来的不确定性因素；

(3)最佳的能源消耗控制：经过一段时间正常的生产运转后，可以看到电压、电流、电机转速、温度、泵的流量-扬程曲线图等在工控机上显现的数字，再利用公式算出最佳的能源消耗因素与要求去配合，即可达到最高产量与最低能源消耗的效果，达到节能减碳，绿色生产的目的；

(4)不需要人员在现场24小时监督，若发生任何不正常状况，都会有红灯、喇叭警示，中央控制室的人员也会在计算机显示屏上看到，并同时接收到警示信号；发生严重状况，系统会自动停机；在任何一个运行时间，都可以从计算机屏幕上，了解整个系统的工作状况，预先知道任何一个部分,零件虽然正在运转，但有少许不正常的现象发生，可以事先准备相关的零配件，在休息时间检查、整修，不会在后续工作中突然停机，影响生产，造成损失；

(5)阀门测漏检测警报系统，饮料厂、化妆品厂以及生化制药厂，最畏惧担心的就是配料阀门，在该关的时候没有关闭或是关的不完全，造成定量配料不断的泄漏而使所有生产的产品、配料成分超出标准值而完全报废，不但浪费，而且有污染的环保问题产生，在无人化自动生产且重视环境污染的时代，阀门泄露的监测与警报系统能很好地解决这个问题；

(6)本发明可在单机型泵运作系统(如环卫车系统)，或多泵共同联合运作系统使用(如液态产品生产线)，其理论、方法、运作方式等皆相同，仅需视系统规模大小、需求状况增加相应的传感器、PLC编程、控制模块等辅助材料，即可达到检测与调整的目的。

附图说明

图1为本发明的控制方法流程图。

图2为本发明的测试数据表格。

图3为本发明的测试数据的线性图。

图4为本发明的结构示意图。

图5为本发明的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步说明。

如图1至图5所示，流体泵远程监测方法及应用于所述方法的监测系统，水箱1、流体泵2、电控箱3、人机交互界面4、工控机5、电源柜6、第一管道7、第二管道8、第三管道9、振动传感器10、电机转速传感器11、压力传感器12、超声波流量传感器13、泵壳温度传感器14、第一阀门15、第二阀门16、球阀17、视镜筒18、超声波流量显示器19、支架20、电磁流量计21和管道温度传感器22。

所述流体泵可为油泵、水泵等，高低压均可。所述振动传感器可采用位移传感器、速度传感器和加速度传感器等。

如图1至图4所示，流体泵远程监测方法，包括如下步骤：

(1)根据实际需求，在工控机5上设置各传感器和电流运行参数，对检测值进行上限设置报警值，用于实验数据的运行与分析；

(2)通过工控机5上安装的运行软件，将电控系统采集整合的数据进行模块化设定，所述模块化设定为分别采集振动传感器10、电机转速传感器11、压力传感器12、超声波流量传感器13、泵壳温度传感器14和管道温度传感器22、的数据通过电控系统中的PLC转化形成压力检测模块、流量检测模块、温度检测模块、振动检测模块、转速检测模块，每一个模块独立工作，形成类似的子系统，互换性与新增性好，包容性好；

(3)运行软件将各个子系统的参数整合到一个数据平台，进行参数读取与比对，读取的参数和系统内部数据比对得出此数据是否在预先设置的正常范围内，系统执行动作后再次读取参数和数据比对，符合此内部数据范围，系统正常，不执行调整动作，将表达出来的数据执行到各个模块；若读取参数不符合内部数据范围，则系统运行不正常，将执行调整动作，发出警报，经人为调整后可正常运行，如无人调整，则系统自动关闭；a：压力的监测，管道的压力通过压力传感器12转化成压力检测模块反馈信号至PLC，PLC读取该压力值后反馈给系统内设置的参数进行比对；第一阀门用于控制压力(即间接控制扬程)，第二阀门用于测试内泄露；当检测的压力值超出或低于设置的压力值域，PLC将执行动作：压力超出设定值的时候，将调整第一阀门15的开启程度，降低流体泵2中电机的转速；压力低于设置参数时，调整第一阀门15开启程度，增大流体泵2中电机的转速，运行设定的时间后压力值还是低于设定值很大范围，系统将发出警报，工作人员将对管道是否发生泄漏进行检查；如果该系统处于无人监看的状态，则系统在发出警报后，会自动进行关闭，系统的执行条件是比对参数的值是否在设置的值域范围内，系统只需将数据进行比较；比较完成后，系统将根据内置的公式进行计算，(计算说明举例：压力值高于设定值20％的时候，电机转速的速度将降低至85％或者阀门开启程度的角度增大5％，这是2个或命令；电机转速降低至90％和阀门开启程度增大3％，这是与命令；这些命令同时执行或者分步进行，都将影响一个压力值，压力值再读取数据，和系统内的数据比对，发现该数据符合系统内的设定参数值，此系统即为正常)；b：系统运行是否正常监测，振动传感器10、电机转速传感器11、泵壳温度传感器14和管道温度传感器22通过温度检测模块、振动检测模块、转速检测模块反馈信号至PLC，PLC读取数据后进行数据的转化来对比检测整个系统运行是否正常，如果有超出检测值的上限，则会有警报反馈，系统将关闭运行；c：第二阀门16密封性监测与警报反馈，第二阀门16关闭时，超声波流量传感器13通过流量检测模块反馈信号至PLC，PLC读取数据后进行数据的转化来对比，若超声波流量显示器19的数值大于0，则表示管道内还余有流体，第二阀门16密封性不够，有泄露的风险，此时会有警报反馈，系统将关闭运行；这样的一个子系统的调整可独立进行，也可与其它参数系统协调动作。

(4)根据数据的比对和开始设置的参数进行修正，修正的比例根据参数调整，可调整每次增幅3％～8％的数据变化范围内进行输出执行命令，例如输出指令：阀门开启程度降低5％，电机转速下降8％，通过多次调整，数据由大幅度向微小幅度变化，直至完成修正参数，如图4和图5所示，测量的压力和流量值可以在工控机5的软件上换算成扬程，阀门全关时，流体泵2的扬程最大，阀门全开时，流体泵2的扬程最小，阀门的开启角度与流体泵2的扬程呈反比，通过阀门开启的不同角度测量的压力值和流量值呈线性相关，与标准曲线进行对比，在阀门开启角度相同的情况下，若实验组的整体数据均落入标准组的实验数据范围,呈同样的线性关系，则表示此流体泵2的性能合格，若实验组整体数据的线性相关度偏离标准组整体数据的线性相关度，则表示此流体泵2的性能不合格；

(5)统计各分组数据，进行模拟计算的结果数据，计算的结果数据直接转化成第一阀门15和第二阀门16开启程度的数据和流体泵2中电机的转速数据，系统实时比对所得数据，进行修正，达到一个设定的工作数据状态，此时流体泵2为恒定流量输送与恒定压力输送至终端；

(6)流体泵2能耗分析，结合软件提供的计算数据，显示系统的综合经济效益是否满足使用者的需求，根据计算数据的修正后的优化处理，分析如何实现流体泵2的最佳工况，实现可循环的数据和性能提升的双重效果，流体泵2系统达到设定的工作状态时，体现的能耗即为最小能耗。

由于流体泵电机在工作过程中，还会存在一定的内能损耗：

电能转变成电机运转的机械能，机械能转变成水的动力势能(本能耗计算以水作为液体参考介质)，水内部分子压力的损耗能转成内能的形式，即以温度的形式表现，一般情况下以常温为参考界限值，常温20摄氏度。

电能的消耗根据电压表、电流表、工作时间表示：W＝U×I×t

水的动能：Q流量＝A管道截面积×V流速×T运行时间，以一段液体为参考模型，很小的一段时间t1，这段时间内的液体质量m＝ρ密度×A管道截面积×V流速×t1，获得的动能Q1＝1/2×m×V流速²，局部水头损失h2＝1/2∑V流速²×ρ密度。

综合Q1＝1/2×ρ×(Q流量³/A截面积×运行时间)＝ρQ³/2At。注意：t为取任何阶段的一段数值，Q流量的取值和时间取值的阶段要对应。

内能损耗Q2＝C比热容×m×(T1-T0)，m＝ρ密度×Q流量×T运行时间＝cρQt△T。

能耗实际使用效率η＝(水势能+电机动能+内能)/电表检测能耗×100％，换成检测算法，直接采用电压表、电流表检测的数值和运行时间的乘积，温度检测单元的数据和这一段时间内Q2＝水的重量×水的温度差值×水的比热容。

综合：η＝100×(ρQ³/2At+cρQt△T)/UIt％

因而可看出：多种状态参数下，多组η数据进行比对，η值最大时，泵电机(即流体泵和电机)的能耗利用率最高，工作状况最优。

如图4至图5所示，流体泵远程监测系统，电控箱3内设有电控系统，可以显示变量信号的实时数据以及转换为调试功能界面，就地收到调节以及远程操控软件界面指令调节，电控系统可采用三菱FX2N系列、AB罗克韦尔1756系列、施耐德TM218系列、台达ES2/EH3为西门子S7-1200系列等，所述电控系统包括CPU模块、存储卡、模拟量输入模块、开关电源、信号隔离器、微型断路器、中间继电器、触摸屏、上位机等。现场传感器信号经信号隔离器传输给PLC，显示分就地和远程两种方式，就地显示采用触摸屏，远程显示采用电脑，PLC与触摸屏和电脑通过超五类双绞线连接，通讯均采用以太网通讯方式，各传感器通过线路与PLC模块连接，PLC模块输出信号联机到工控机5，工控机5反馈至各执行单元，组合成一个可控的闭环智能系统，工控机5发出信号给远程服务器机组，形成远程控制回路，实现智能化无人控制，工控机5一侧设有电源柜6，电源柜6控制整个监测系统的电压电流情况与整体开关。

水箱1下方开设有出水口与第一管道7固定连接，第一管道7可以为直线型或回型分布，布设直线型管道时，第一管道7上设有一个球阀17，布设回型管道时，第一管道7上均匀设有两个以上的球阀17，第一管道7右端通过管道弯头与第二管道8固定连接(管道弯头为市面上常见装置，可以有多个开口，且开口方向可以不在一个平面，在此省略详细描述)，第一管道7与第二管道8连接处设有流体泵2，本实施例中流体泵2采用伺服电机与泵的组合连接，流体泵2靠近第一管道7处通过螺栓有振动传感器10，振动加速度传感器测出振动数据，反馈至PLC模块，流体泵2靠近第二管道8处通过螺栓固定连接有电机转速传感器11，电机转速传感器11由激光发射器、反光膜和检测仪组成，将反光膜贴在流体泵2输出端的连接轴上，激光发射器水平安装在连接轴一侧，利用光电反射原理，获得转轴转动的信号，传输给电控箱3并显示，流体泵2外侧水平方向贴设有泵壳温度传感器14，泵壳温度传感器14与电控系统电性连接，测量温度的数据通过电线反馈至PLC模块，第二管道8上连通设置有压力传感器12，压力传感器12上方设有超声波流量传感器13，超声波流量传感器13上方设有第一阀门15，第一阀门15和第二阀门16均为压力自动控制比例调节阀，可以电动调节阀门的开关角度为0-90°中任意角度，(在使用时，可以通过将第一阀门15与第二阀门16调整为相同角度，检测此时不同管道内的的流量，流量大小一样，则证明整个系统运行安全无损坏)，压力原件采用316不锈钢材质，柱体采用304不锈钢材质，引压管采用M20*1.5螺纹引压管，缓冲管内有空气，压力变送器与液体之间不产生直接接触，第二管道8上靠近压力传感器12处垂直安装有管道温度传感器22，此管道温度传感器22也与电控系统电性连接，测量管道内流体的温度，测量温度的数据通过电线反馈至PLC模块，泵壳温度传感器14和管道温度传感器22均可拆卸地安装在与地面垂直的支架20上，第二管道8通过管道弯头与第三管道9固定连接，第三管道9上采用外夹式贴于管道两侧安装有超声波流量传感器13，通过发出超声波对管道内液体的流量进行检测，超声波的波路通过多次反射至另一接收端，实时数据显示在超声波流量显示器19上，数据更精准，安装简单，不停水，不破坏管道，第三管道9两端设有球阀17仅为图4和图5所示实施例，在其他使用中，如果一个流体出口，则可以省略此管道上的球阀17，直接通过第二阀门16来调控管道的流体，阀门关闭时，使液体不会溢出阀门至其余管道或箱体中，会导致几种液体的原液混合，对产品的质量稳定性产生影响，第二阀门16下端设有透明的视镜筒18，通过观察视镜筒18内流体，如果有气泡产生，则表示整个系统的密封性不够，需要重新检测管道系统的密封性；如果视镜筒18内观察到有杂质，则证明整个系统内流体已受到污染，需要进行拆卸清洗。

通过检测电机转速、振动、泵的温度、管道流量、管道压力等，各种可变参数信号，组成一个参数系统，转变成虚拟控制实时数学模型。模拟各种现场情况的数据模量，各种数据的变化将导致不同的综合经济结果，因而将解决传统的电机和泵组合时能耗过大、情况分析不明、不能提前做好数据采集的预警，将实现一种全新的智能型数据流体泵2组合单元，集成处理以及远程调控。

上述的实施例仅为本发明的优选实施例，不能以此来限定本发明的权利范围，因此，依本发明申请专利范围所作的修改、等同变化、改进等，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种流体泵远程监测方法，其特征在于：所述流体泵远程监测方法包括如下步骤：

(1)根据实际需求，在工控机(5)上预先设置各传感器和电流电压的正常范围内的运行参数；

(2)通过工控机(5)上安装的运行软件，将电控系统采集整合的数据进行模块化设定，所述模块化设定为分别采集振动传感器(10)、电机转速传感器(11)、压力传感器(12)、超声波流量传感器(13)、泵壳温度传感器(14)和管道温度传感器(22)的数据通过电控系统中的PLC转化形成振动检测模块、转速检测模块、压力检测模块、流量检测模块、温度检测模块，每一个模块独立工作，形成类似的子系统；

(3)运行软件将各个子系统的参数整合到一个数据平台，进行参数读取与比对，读取的参数和系统内部数据比对得出此数据是否在预先设置的正常范围内，系统执行动作后再次读取参数和数据比对，符合此内部数据范围，系统正常，不执行调整动作，将表达出来的数据执行到各个模块；若读取参数不符合内部数据范围，则系统运行不正常，将执行调整动作，发出警报，经人为调整后可正常运行，如无人调整，则系统自动关闭；

(4)根据数据的比对和开始设置的参数进行修正，修正的比例根据参数调整，可调整预设置中各传感器的运行参数范围，在每次增幅3％～8％的数据变化范围内调整进行输出执行命令；

(5)统计各分组数据，进行模拟计算的结果数据，计算的结果数据直接转化成阀门开启程度的数据和流体泵(2)中电机的转速数据，系统实时比对所得数据，进行修正，达到一个设定的工作数据状态；

(6)流体泵(2)能耗分析，结合软件提供的计算数据，根据计算数据的修正后的优化处理，分析如何实现流体泵(2)的最佳工况，实现可循环的数据和性能提升的双重效果。

2.一种应用于如权利要求1所述监测方法的流体泵远程监测系统，其特征在于：包括水箱(1)、流体泵(2)和监测装置，所述水箱(1)一侧下方开设有出水口与第一管道(7)固定连接，所述第一管道(7)另一端通过管道弯头分别与第二管道(8)、流体泵(2)连接，所述第二管道(8)上设有压力传感器(12)、超声波流量传感器(13)和第一阀门(15)，所述第二管道(8)上端与第三管道(9)连接，所述第三管道(9)上夹设有电磁流量传感器(21)，所述第三管道(9)流体输出端设有第二阀门(16)，所述流体泵(2)壳体外部分别设有振动传感器(10)、电机转速传感器(11)和泵壳温度传感器(14)，所述监测装置包括电控箱(3)和工控机(5)，所述电控箱(3)内设有电控系统，所述振动传感器(10)、电机转速传感器(11)、压力传感器(12)、超声波流量传感器(13)和泵壳温度传感器(14)均与电控系统电性连接，所述电控系统接收的数据信息均上传至工控机(5)上处理，所述工控机(5)反馈至电控系统对各传感器执行。

3.根据权利要求2所述的应用于所述方法的流体泵远程监测系统，其特征在于：所述电控箱(3)表面设有人机交互界面(4)，可显示各传感器信号的实时数据以及转换为调试功能界面。

4.根据权利要求2或3所述的应用于所述方法的流体泵远程监测系统，其特征在于：所述电控系统为西门子S7-1200系列PLC。

5.根据权利要求2所述的应用于所述方法的流体泵远程监测系统，其特征在于：所述水箱(1)上还设有超声波流量显示器(19)，所述超声波流量显示器(19)与电控系统电性连接。

6.根据权利要求2所述的应用于所述方法的流体泵远程监测系统，其特征在于：所述第一管道(7)可以为直线型或回型分布，且第一管道(7)上均匀布设有一个或多个球阀(17)。

7.根据权利要求2所述的应用于所述方法的流体泵远程监测系统，其特征在于：所述监控装置还包括电源柜(6)，所述电源柜(6)设于工控机(5)一侧，控制整个监测系统的电压电流情况与整体开关。

8.根据权利要求2所述的应用于所述方法的流体泵远程监测系统，其特征在于：所述第二阀门(16)下方设有透明的视镜筒(18)。

9.根据权利要求2所述的应用于所述方法的流体泵远程监测系统，其特征在于：所述近第一管道(7)靠近流体泵(2)处设有管道温度传感器(22)，所述管道温度传感器(22)与电控系统电性连接。

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