CN112503000B - 一种基于历史数据的离心泵能效管控方法及系统 - Google Patents

一种基于历史数据的离心泵能效管控方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于历史数据的离心泵能效管控方法，包括：S1：建立一种离心泵能效管控系统，与DCS/SCADA系统实现数据交互；S2：离心泵能效管控系统对选定的一个时间段的离心泵运行数据进行采集和处理，生成离心泵在实际工况下的历史数据的流量‑效率曲线；S3：离心泵能效管控系统通过判断历史数据的流量‑效率曲线的最优值，计算出离心泵运行高效区对应的流量范围；S4：离心泵能效管控系统把所述曲线返回并内嵌至DCS/SCADA系统中，DCS/SCADA以历史数据的流量‑效率曲线的高效区对应的流量范围作为流量操作参考标准。本发明实现了离心泵的高效运行和节能降耗，为机泵的长周期运行及预测性维护提供了保障。

Description

一种基于历史数据的离心泵能效管控方法及系统
技术领域
本发明涉及离心泵，具体涉及一种基于历史数据的离心泵能效管控方法及系统。
背景技术
离心泵是一种用于输送液体介质的机械设备，在化工、水务、管道输送等生产中有广泛的应用。离心泵由电动机带动，泵体及吸入管路内充满液体，电机带动叶轮高速旋转，叶轮又带动叶片间的液体一道旋转，由于离心力的作用，液体从叶轮中心被甩向叶轮外缘并以较高的压强沿排出口流出，与此同时，叶轮中心处由于液体被甩出而形成一定的真空，而入口液面处的压强比叶轮中心处要高，因此，液体在压差作用下进入泵内，叶轮不停旋转，液体也连续不断的被吸入和压出。
泵出口扬程(简称扬程)：又称为泵的压头，是指单位重量流体经泵所获得的能量。泵的扬程大小取决于泵的结构，如叶轮直径的大小，叶片的弯曲、转速情况等，用H表示。
泵出口流量(简称流量)：单位时间内经离心泵加压后流经泵出口液体介质的体积或重量，用Q表示。
离心泵功率(简称功率)：水泵的功率通常是指输入功率，即电动机传至泵轴上的功率，故又称为轴功率，用P表示；泵的有效功率又称输出功率，用Pe表示，它是单位时间内从泵中输送出去的液体在泵中获得的有效能量，即扬程和质量流量及重力加速度的乘积，就是单位时间内从泵中输出的液体所获得的有效能量
效率：轴功率P和有效功率Pe之差为泵内的损失功率，其大小用泵的效率来计量，泵的效率为有效功率和轴功率之比，用η表示。
高效区(或称为运行高效区)：离心泵的吸程、扬程、电压、电机转速、泵抽取的液体都符合机泵厂家设计时候的设计参数，或者在它的设计范围内，这时候的泵是在高效区工作。一般高效区是指泵运行效率不低于泵的最高效率的93％。在高效区，泵的出口流量在一定范围内整体的能量效率较高。
机泵的流量-效率曲线均为出厂时测定数组数据和描绘，每一台泵在出厂时均经过实测泵的若干个不同流量和效率的点，用平滑曲线相连，得到该泵的额定最优效率点，而在实际运行过程中，受介质性质、机械性能等影响，泵的实际效率与平滑曲线标定效率会发生偏差，失去了对泵的运行指导作用，因此对泵在实际工况下的效率进行计算，收集足够数量的效率数据，建立真实泵的流量-效率曲线，用真实泵能效曲线指导泵运行工况，对机泵的节能降耗工作有重要意义。
当前工厂机泵运行和管理存在以下确定：
1.机泵实时效率不可获取，无历史效率自动记录和保存。
2.原厂理论流量和效率曲线常见于工厂纸面设备存档资料，不能与SCADA控制系统整合和显示，操作员无法快速和准确判断机泵实时状态是否处于运行高效区。
3.机泵原厂测定的流量-效率曲线在实际工况下会有较大的偏差，不能起到很好指导泵运行工况的作用。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于历史数据的离心泵能效管控方法及系统。本发明的技术方案如下：
一种基于历史数据的离心泵能效管控方法，包括如下步骤：
S1：建立一种离心泵能效管控系统，其与DCS/SCADA系统实现数据交互，所述离心泵能效管控系统包括：采集模块、计算模块、存储模块；
采集模块，用于实时采集离心泵的运行数据，所述运行数据包括：离心泵电压、电流、功率因数、输入功率、泵入口压力、泵出口压力、流量；并将采集到的运行数据发送至计算模块，同时发送到存储模块进行存储；
计算模块，用于获取采集模块发送的运行数据，进行计算后得出离心泵实际效率，并将计算结果发送至存储模块进行存储；
存储模块，用于接收并存储采集模块采集的运行数据，用于接收并存储计算模块发送的数据；并依据采集模块和计算模块发送的数据生成历史数据的流量-效率曲线；
S2：所述离心泵能效管控系统对选定的一个时间段的离心泵运行数据进行采集和处理，生成离心泵在实际工况下的历史数据的流量-效率曲线；
S3：所述离心泵能效管控系统通过判断历史数据的流量-效率曲线的最优值，计算出离心泵运行高效区对应的流量范围；
S4：所述离心泵能效管控系统把所述曲线返回并内嵌至DCS/SCADA系统中，DCS/SCADA以历史数据的流量-效率曲线的高效区对应的流量范围作为流量操作参考标准。
可选地，所述步骤S2包括以下步骤：
S21：选定一个时间段，采样模块实时采集所述时间段内每一个时间点的离心泵运行数据，包括：离心泵电压、电流、功率因数、输入功率、泵入口压力、泵出口压力、流量；并将每一个时间点的离心泵运行数据发送至计算模块，同时发送到存储模块进行存储；每一个时间点之间相隔1分钟；
S22：计算模块获取采集模块发送的运行数据，计算出所述时间段内每一个时间点对应的效率，并将计算结果发送至存储模块进行存储；
S23：计算模块对每个时间点对应的运行数据和效率数值，进行数据清洗；
S24：计算模块将清洗后的数据进行滤波和减少噪音的操作，同时采用移动平均的方法计算不同流量下的实际效率，并将实际效率存储至存储模块；
S25：存储模块依据其在前面步骤获得的数据，最终生成实际工况下的历史数据的流量-效率曲线。
可选地，所述步骤S21中，被选定的时间段为3-6个月。
可选地，所述步骤S23的“数据清洗”包括：数据整合和抽样，随机值及缺失值处理。
可选地，步骤S24中，“计算模块将清洗后的数据进行滤波和减少噪音的操作，同时采用移动平均的方法计算不同流量下的实际效率”，进一步包括：
计算模块将清洗后的数据采用插值的滤波操作，同时引入移动平均数，即对效率数据采用以20分钟为区间跨度的流量-效率数据进行移动平均求值以减少数据噪音，最终获得不同流量下的实际效率。
可选地，所述离心泵能效管控系统还包括：显示模块，用于显示历史数据的流量-效率曲线和离心泵实时的运行数据。
可选地，所述离心泵能效管控系统和DCS/SCADA系统通过以太网连接。
一种离心泵能效管控系统，其与DCS/SCADA系统实现数据交互，所述离心泵能效管控系统包括：采集模块、计算模块、存储模块、显示模块；
采集模块，用于实时采集离心泵的运行数据，所述运行数据包括：离心泵电压、电流、功率因数、输入功率、泵入口压力、泵出口压力、流量；并将采集到的运行数据发送至计算模块，同时发送到存储模块进行存储；
计算模块，用于获取采集模块发送的运行数据，进行计算后得出离心泵实际效率，并将计算结果发送至存储模块进行存储；
存储模块，用于接收并存储采集模块采集的运行数据，用于接收并存储计算模块发送的数据；并依据采集模块和计算模块发送的数据生成历史数据的流量-效率曲线；
显示模块，用于显示历史数据的流量-效率曲线和离心泵实时的运行数据。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明实现了离心泵的高效运行和节能降耗目的，本发明可为机泵的长周期运行及预测性维护提供了保障。
本发明建立了离心泵能效管控系统，为用户实时提供了离心泵各项运行参数、理论流量和效率曲线及实时效率计算的结果和显示界面，并记录泵运行的长周期历史数据，依据历史数据对机泵运行开展大数据分析工作。
本发明对离心泵历史数据采取规则清洗、滤波、移动平均等数据处理方法，建立真实工况下的历史数据的流量-效率曲线。并用真实曲线分析泵运行工况，找出泵运行存在的工况缺陷，为机泵节能降耗和机泵预测性维护、设备更新改造提供依据。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明具体实施例一种基于历史数据的离心泵能效管控方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1，本实施例公开了一种基于历史数据的离心泵能效管控方法，包括如下步骤：
S1：建立一种离心泵能效管控系统，其与DCS/SCADA系统实现数据交互，所述离心泵能效管控系统包括：采集模块、计算模块、存储模块、显示模块；
采集模块，用于实时采集离心泵的运行数据，所述运行数据包括：离心泵电压、电流、功率因数、输入功率、泵入口压力、泵出口压力、流量；并将采集到的运行数据发送至计算模块，同时发送到存储模块进行存储；
计算模块，用于获取采集模块发送的运行数据，进行计算后得出离心泵实际效率，并将计算结果发送至存储模块进行存储；
存储模块，用于接收并存储采集模块采集的运行数据，用于接收并存储计算模块发送的数据；并依据采集模块和计算模块发送的数据生成历史数据的流量-效率曲线；
显示模块，用于显示历史数据的流量-效率曲线和离心泵实时的运行数据。
其中，SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA系统是以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统；它应用领域很广，可以应用于电力、冶金、石油、化工、燃气、铁路等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。
DCS(Distributed Control System)，即分布式控制系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。
S2：所述离心泵能效管控系统对选定的一个时间段的离心泵运行数据进行采集和处理，生成离心泵在实际工况下的历史数据的流量-效率曲线；
S3：所述离心泵能效管控系统通过判断历史数据的流量-效率曲线的最优值，计算出离心泵运行高效区对应的流量范围；一般高效区是指泵运行效率不低于泵的最高效率的93％。
S4：所述离心泵能效管控系统把所述曲线返回并内嵌至DCS/SCADA系统中，DCS/SCADA以历史数据的流量-效率曲线的高效区对应的流量范围作为流量操作参考标准。
实际工作时，通过采集模块对实时的离心泵流量进行采集，如当前的流量在高效区对应的流量范围内，则开始下一个时间点的采集；如否，DCS/SCADA对机泵运行效率输出效率低预警，并依据高效率区流量范围对机泵的流量进行调整。
其中，所述步骤S2包括以下步骤：
S21：选定一个时间段，采样模块实时采集所述时间段内每一个时间点的离心泵运行数据，包括：离心泵电压、电流、功率因数、输入功率、泵入口压力、泵出口压力、流量；并将每一个时间点的离心泵运行数据发送至计算模块，同时发送到存储模块进行存储；本实施例中，被选定的时间段为3-6个月。每一个时间点之间相隔1分钟；
S22：计算模块获取采集模块发送的运行数据，计算出所述时间段内每一个时间点对应的效率，并将计算结果发送至存储模块进行存储；
S23：计算模块对每个时间点对应的运行数据和效率数值，进行数据清洗；
S24：计算模块将清洗后的数据进行滤波和减少噪音的操作，同时采用移动平均的方法计算不同流量下的实际效率，并将实际效率存储至存储模块；
S25：存储模块依据其在前面步骤获得的数据，最终生成实际工况下的历史数据的流量-效率曲线。
其中，所述步骤S23的“数据清洗”包括：数据整合和抽样，随机值及缺失值处理。
其中，步骤S24中，“计算模块将清洗后的数据进行滤波和减少噪音的操作，同时采用移动平均的方法计算不同流量下的实际效率”，进一步包括：
计算模块将清洗后的数据采用插值的滤波操作，同时引入移动平均数，即对效率数据采用以20分钟为区间跨度的流量-效率数据进行移动平均求值以减少数据噪音，最终获得不同流量下的实际效率。
其中，所述离心泵能效管控系统和DCS/SCADA系统通过以太网连接。
本实施例的方法通过泵效管理系统以及内嵌计算功能，实时获取机泵真实效率，并通过历史数据库存储长周期运行数据。
本实施例的方法采用数据处理方法，对长周期的历史数据处理，获取真实泵运行流量-效率曲线，通过泵真实运行高效区的识别和管理，避免机泵的低效运行工况的出现。
通过长周期运行数据和统计分析，可对泵的异常工况进行清晰的展现，可实现预测性维修和维护。
本实施例的方法可实时计算机泵真实效率并存储在专用数据库内，通过长周期内的历史数据进行记录、清洗、转换和处理，建立了机泵在实际工况下的流量-效率曲线，并内嵌至SCADA机泵管理模块中，对实时效率进行对比、分析、统计以及实时预警，给出泵机组运行建议，实现泵运行工况优化，达成高效运行，并以长周期运行数据的记录为依据，为离心泵预测维护、检修计划决策依据。
本实施例同时公开了一种离心泵能效管控系统，其与DCS/SCADA系统实现数据交互，所述离心泵能效管控系统包括：采集模块、计算模块、存储模块、显示模块；
采集模块，用于实时采集离心泵的运行数据，所述运行数据包括：离心泵电压、电流、功率因数、输入功率、泵入口压力、泵出口压力、流量；并将采集到的运行数据发送至计算模块，同时发送到存储模块进行存储；
计算模块，用于获取采集模块发送的运行数据，进行计算后得出离心泵实际效率，并将计算结果发送至存储模块进行存储；
存储模块，用于接收并存储采集模块采集的运行数据，用于接收并存储计算模块发送的数据；并依据采集模块和计算模块发送的数据生成历史数据的流量-效率曲线；
显示模块，用于显示历史数据的流量-效率曲线和离心泵实时的运行数据。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种基于历史数据的离心泵能效管控方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1: 建立一种离心泵能效管控系统，其与DCS/SCADA系统实现数据交互，所述离心泵能效管控系统包括：采集模块、计算模块、存储模块；
采集模块，用于实时采集离心泵的运行数据，所述运行数据包括：离心泵电压、电流、功率因数、输入功率、泵入口压力、泵出口压力、流量；并将采集到的运行数据发送至计算模块，同时发送到存储模块进行存储；
计算模块，用于获取采集模块发送的运行数据，进行计算后得出离心泵实际效率，并将计算结果发送至存储模块进行存储；
存储模块，用于接收并存储采集模块采集的运行数据，用于接收并存储计算模块发送的数据；并依据采集模块和计算模块发送的数据生成历史数据的流量-效率曲线；
S2：所述离心泵能效管控系统对选定的一个时间段的离心泵运行数据进行采集和处理，生成离心泵在实际工况下的历史数据的流量-效率曲线；
其中，所述步骤S2包括以下步骤：
S21：选定一个时间段，采样模块实时采集所述时间段内每一个时间点的离心泵运行数据，包括：离心泵电压、电流、功率因数、输入功率、泵入口压力、泵出口压力、流量；并将每一个时间点的离心泵运行数据发送至计算模块，同时发送到存储模块进行存储；每一个时间点之间相隔1分钟；
S22：计算模块获取采集模块发送的运行数据，计算出所述时间段内每一个时间点对应的效率，并将计算结果发送至存储模块进行存储；
S23：计算模块对每个时间点对应的运行数据和效率数值，进行数据清洗；
S24：计算模块将清洗后的数据进行滤波和减少噪音的操作，同时采用移动平均的方法计算不同流量下的实际效率，并将实际效率存储至存储模块；步骤S24中，计算模块将清洗后的数据进行滤波和减少噪音的操作，同时采用移动平均的方法计算不同流量下的实际效率，进一步包括：计算模块将清洗后的数据采用插值的滤波操作，同时引入移动平均数，即对效率数据采用以20分钟为区间跨度的流量-效率数据进行移动平均求值以减少数据噪音，最终获得不同流量下的实际效率；
S25：存储模块依据其在前面步骤获得的数据，最终生成实际工况下的历史数据的流量-效率曲线；
S3： 所述离心泵能效管控系统通过判断历史数据的流量-效率曲线的最优值，计算出离心泵运行高效区对应的流量范围；
S4：所述离心泵能效管控系统把所述曲线返回并内嵌至DCS/SCADA系统中，DCS/SCADA以历史数据的流量-效率曲线的高效区对应的流量范围作为流量操作参考标准。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S21中，被选定的时间段为3-6个月。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S23的“数据清洗”包括：数据整合和抽样，随机值及缺失值处理。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离心泵能效管控系统还包括：显示模块，用于显示历史数据的流量-效率曲线和离心泵实时的运行数据。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离心泵能效管控系统和DCS/SCADA系统通过以太网连接。
6.一种离心泵能效管控系统，其特征在于，其与DCS/SCADA系统实现数据交互，所述离心泵能效管控系统包括：采集模块、计算模块、存储模块、显示模块；
采集模块，用于实时采集离心泵的运行数据，所述运行数据包括：离心泵电压、电流、功率因数、输入功率、泵入口压力、泵出口压力、流量；并将采集到的运行数据发送至计算模块，同时发送到存储模块进行存储；
计算模块，用于获取采集模块发送的运行数据，进行计算后得出离心泵实际效率，并将计算结果发送至存储模块进行存储；其中，所述计算模块获取采集模块发送的运行数据，计算出一个时间段内每一个时间点对应的效率，并将计算结果发送至存储模块进行存储；计算模块对每个时间点对应的运行数据和效率数值，进行数据清洗；计算模块将清洗后的数据进行滤波和减少噪音的操作，同时采用移动平均的方法计算不同流量下的实际效率，并将实际效率存储至存储模块；其中，计算模块将清洗后的数据进行滤波和减少噪音的操作，同时采用移动平均的方法计算不同流量下的实际效率，进一步包括：计算模块将清洗后的数据采用插值的滤波操作，同时引入移动平均数，即对效率数据采用以20分钟为区间跨度的流量-效率数据进行移动平均求值以减少数据噪音，最终获得不同流量下的实际效率；
存储模块，用于接收并存储采集模块采集的运行数据，用于接收并存储计算模块发送的数据；并依据采集模块和计算模块发送的数据生成历史数据的流量-效率曲线；
显示模块，用于显示历史数据的流量-效率曲线和离心泵实时的运行数据。
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