CN113639919A - 一种流体过程实时监测及过程状态的数字评估系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的属于流体实时监测技术领域，具体为一种流体过程实时监测及过程状态的数字评估系统，包括流体压力传感器和采集端，所述流体压力传感器电连接有采集端，所述采集端集成有信号采集模块，所述信号采集模块将流体压力传感器的实时信号采集到采集端中，所述信号采集模块根据具体应用设定检测采集的节拍，采集后将信号电流直接转换为数据，所述采集端连接有逻辑运算单元，通过所述逻辑运算单元将流体稳定态的流动数据进行屏蔽处理，所述处理方法为：将计算出的压力数据存储不断按时间先后顺序存储起来，通过本发明有效的对流体介质进行实时监测和识别的，从而早期出现流体泄露时，能够及时处理。
Description
技术领域
本发明涉及流体实时监测技术领域，具体为一种流体过程实时监测及过程状态的数字评估系统。
背景技术
现代工业很多方面都与流体紧密相连，流体的流动可以分为连续流动和非连续流动，流体的连续流动又可以分为稳定连续流动和非稳定连续流动，显示情况下由于流体的粘度、温度以及过程零部件的精度等等因素影响，很难实现流体的连续稳定流动；另一方，有流体的地方就有泄露的存在或隐患，流体的泄露尤其是早期的流体泄露可以看作是非连续的流动，随着泄露的发展而演变为连续非稳定流体的流动等。流体的泄露的早期阶段是非连续的流动，特征是时无并伴随着不稳定、甚至随机的压力、流量等等，因此早期流体的泄露极难监测及识别的，而后期的泄露则趋近于连续非稳定甚至稳定的流动状态。
本发明正是基于流体介质的非连续流动的实时监测系统，并借此实现流体泄露早期的监测或液体密封元件失效的及时判断。
流体介质的泄露早期阶段一定是非连续的流动状态，既流速、压力等处于快速变化中，甚至时有时无，当密封或重要部件完全失效，就如同流体介质的泄露过程，流体过程就会进入连续、多变状态。然而，当流体介质处于非连续、变化随机状态时，由于目标条件不清楚、时刻不确定，即条件随机，因此常用的信号采集和数据算法就完全无法实现实时在线监测、识别的任务。比如工业领域与流体介质有关的应用，因为重要的密封部件或动力部件的存在，常常是发现问题时已经是流体处于连续非稳定流动状态并造成明显泄露或故障停机，尽管可以借助人来发现，但对于一些流体介质具有毒性或腐蚀性的情况，相关密封的外部保护严密，即使密封元件或重要动力部件损坏而导致泄露或故障，也很难发现，所以很多这些领域的用户进而自行研发非直接的报警装置，但还是无法在泄露或故障的早期来进行有效的监控和识别，最终还是错失了及早发现及早处置的机会，所以非连续流体状态的监测以及与连续流体状态的有效区分具有重要意义，然而要做到在正常运行中发现细微的变化，就需要大量和策略性地采集有效数据并进行合理分析和计算。
发明内容
本发明的目的在于提供一种流体过程实时监测及过程状态的数字评估系统，以解决上述背景技术中提出的目前对流体介质没有很好的实时监测和识别的方法，导致不易检测出早期流体泄露的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种流体过程实时监测及过程状态的数字评估系统，包括流体压力传感器和采集端，所述流体压力传感器电连接有采集端，所述采集端集成有信号采集模块，所述信号采集模块将流体压力传感器的实时信号采集到采集端中，所述信号采集模块根据具体应用设定检测采集的节拍，采集后将信号电流直接转换为数据，所述采集端连接有逻辑运算单元；
所述逻辑运算单元的算法为传感器规格*采集信号值/(20-4)＝压力数据；
通过所述逻辑运算单元将流体稳定态的流动数据进行屏蔽处理，所述处理方法为：将计算出的压力数据存储不断按时间先后顺序存储起来，通过所述算法得到1st监控数值，将所述1st监控数值按时间先后顺序储存起来并按照上述算法进行计算，得到2nd监控数值。
优选的，所述采集端为工业计算机或PLC。
优选的，所述流体压力传感器输出信号为4-20mA电流。
优选的，所述2nd监控数值的平均值以及峰值的不同用于区别连续流体的非稳态、亚稳态及稳态，所述非稳态的2nd监控数值的平均值>1.0，所述亚稳态的2nd监控数值的平均值为0.01～1,所述稳态的2nd监控数值的平均值<0.01。
优选的，所述态的2nd监控数值的平均值具体为<0.01且趋近于0。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1st监控数值是压力变化的特点，如果是平稳流动状态，这个数值会在1.0附近波动，具体波动值取决于被测流体过程以及传感器的精度，可以通过实际现场确定，通过大量数据积累和分析一般为±30％左右，如果是非稳态，则这个比值将大幅波动，然而，通过实际测试发现，某些持续增加或持续减少的连续流动过程也会导致1st监控比值大幅波动，因此引入2nd监控数值，将1st监控数值的数值按时间先后顺序储存起来并按照逻辑运算单元的算法进行计算，得到2nd监控数值，2nd监控数值是变化幅度的变化，2nd监控数值的平均值以及峰值的不同用于区别连续流体的非稳态、亚稳态及稳态，非稳态的2nd监控数值的平均值>1.0，亚稳态的2nd监控数值的平均值为0.01～1,稳态的2nd监控数值的平均值<0.01且趋近于0，通过本发明有效的对流体介质进行实时监测和识别的，从而早期出现流体泄露时，能够及时处理。
附图说明
图1为本发明第一表格图；
图2为本发明第二表格图；
图3为本发明第三表格图；
图4为本发明第四表格图；
图5为本发明附表二第一配合图；
图6为本发明附表二第二配合图；
图7为本发明精密定量齿轮泵第一输出波动曲线图；
图8为本发明精密定量齿轮泵第二输出波动曲线图；
图9为本发明高速轴向柱塞泵波动曲线图；
图10为本发明B泵的输出值图；
图11为本发明A泵的输出值图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例：
请参阅图1-11，本发明提供一种技术方案：一种流体过程实时监测及过程状态的数字评估系统，包括流体压力传感器和采集端，所述流体压力传感器电连接有采集端，所述采集端集成有信号采集模块，所述信号采集模块将流体压力传感器的实时信号采集到采集端中，所述信号采集模块根据具体应用设定检测采集的节拍，比如0.1秒，0.5秒或1秒采集一次流体压力传感器信号，采集后将信号电流直接转换为数据，所述采集端连接有逻辑运算单元；
所述逻辑运算单元的算法为传感器规格*采集信号值/(20-4)＝压力数据；
通过所述逻辑运算单元将流体稳定态的流动数据进行屏蔽处理，所述处理方法为：将计算出的压力数据存储不断按时间先后顺序存储起来，通过所述算法得到1st监控数值，将所述1st监控数值按时间先后顺序储存起来并按照上述算法进行计算，得到2nd监控数值。
所述采集端为工业计算机或PLC。
所述流体压力传感器输出信号为4-20mA电流。
所述2nd监控数值的平均值以及峰值的不同用于区别连续流体的非稳态、亚稳态及稳态，所述非稳态的2nd监控数值的平均值>1.0，所述亚稳态的2nd监控数值的平均值为0.01～1,所述稳态的2nd监控数值的平均值<0.01。
所述态的2nd监控数值的平均值具体为<0.01且趋近于0。
1st监控数值是压力变化的特点，如果是平稳流动状态，这个数值会在1.0附近波动，具体波动值取决于被测流体过程以及传感器的精度，可以通过实际现场确定，通过大量数据积累和分析一般为±30％左右，如果是非稳态，则这个比值将大幅波动，然而，通过实际测试发现，某些持续增加或持续减少的连续流动过程也会导致1st监控比值大幅波动，因此引入2nd监控数值，将1st监控数值的数值按时间先后顺序储存起来并按照逻辑运算单元的算法进行计算，得到2nd监控数值。
针对连续流体进行测试包括变速输出过程，具体测试结果如下：
2020年7月11日为系统安装第一天，之后进入正常工作运转，自系统安装通电后，记录到数据包括被测系统启动产生正常压力以及正常工作中的启停等操作；
如图1所示，2020年7月11日10:48开始正常运转，(在此之前的10:41被测系统初次通电并启动运转)，至2020年7月12日04:52，监测系统共产生数据65507组；
如图2、3、4所示，全过程2nd监控数值的平均值＝0.002424786，过程中2nd监控数值的最大值＝8.44184639，其中7月11日10:41至7月11日10:47为启动及测试段为连续非稳态流动段，包括较大2nd监控数值：10.42528986，3.449965871，1.278191314，1.014777407等，进入正常状态后的去除上述非稳态阶段后，7月11日全过程2nd监控数值的平均值＝0.002424786，针对同一个被测系统，自2020年8月28日10:31至30日18:04，全过程采集数据199997组，全过程2nd监控数值的平均值＝0.002577042，过程中2nd监控数值的最大值＝4.454197147，过程中2nd监控数值的次大值＝1.070963651，正常工作中运行在较高压力输出阶段通常输出压力波动较大，并包括了一段波动较大而且集中的一段仍然有连续非稳态流动，该过程2nd监控数值的平均值＝0.6492694，(更换零件及调试导致的非稳态流动)，过程中2nd监控数值的最大值＝4.454197147(对应输出压力4.72-11.22-5.04的变化过程见图,这种情况是：正常使用中更换密封元件后人为操作较高压力输出测试；
如下表所示(附表一)：
更换零件并调试后，被测系统进入正常连续亚稳态流动状态(而且是较高压力)，这一段的2nd监控数值的平均值＝0.031885898，最大2nd监控数值＝0.112084828(亚稳态)，对于连续的流体过程，即使有正常的启停及变速运行(人为介入运行)甚至包括零件磨损(波动会变大)，2nd监控数值的平均值以及峰值的不同可以明显区别连续流体的非稳态以及亚稳态及稳态，非稳态的2nd监控数值平均值>1.0，亚稳态的2nd监控数值平均值<1.0&>0.01,稳态的2nd监控数值平均值<0.01并趋近于0。
较高压力工作段的2nd监控数值变大是流体过程动力相关部件的磨损表现，2nd监控数值可以用于监控流体的工作状态并通过2nd监控数值的变化发现异常，评估流体过程动力相关零部件比如泵、密封元件等的磨损程度以及预测极限情形，同时，通过不同日期监测和数据采集，以2nd监控数值为依据，我们发现被测流体定量输送系统的输出稳定性并非是单纯地随着使用自然时间而波动放大，具体如下表(附表二)：
附图5、6为上表对应的变化幅度。
这表明：随着使用时间，被测系统的输出在低压和高压区波动会加大，而中压区则输出波动减弱并趋于稳定，意味着系统的稳定输出区域越来越集中在中间压力区，也就是说系统的稳定输出压力区(适合输出工作区)会越来越窄；这实际上也符合长期实际使用下来的经验，一旦高压区波动放大，并不意味着零件的完全损坏，还可以降低压力继续使用，只是需要根据用户的需求和应用以2nd监控数值为依据进行评估和选择以及计算输出的波动是否满足要求，因此2nd监控数值是一个重要而有意义的数值，但也需要结合具体应用的要求来形成最终的判断，并通过2nd监控数值来选择合适的工作压力区，在线确定波动范围，提高运行效率和工作质量减少隐患和偏差。
还可以采用流量传感器根据策略进行信号的采集并生成数据，然后对数据进行同样的处理，分别对于精密定量齿轮泵的输出波动如图7、8所示，其中，图中下侧的曲线的A泵输出值2nd曲线，上侧的曲线为B泵输出值2nd曲线，高速旋转轴向柱塞泵的输出波动如图9、10、11所示，其中，图9中上侧的曲线为B泵输出值2nd曲线，下侧的曲线为A泵输出值2nd曲线，通过2nd波动数值的范围和平均值，不同泵的输出评价：
被测系统的输出2nd波动在较高压力区与高速旋转轴向柱塞泵类似，而在低压区波动很小明显好于柱塞泵；不管是被测系统(螺杆泵)还是轴向柱塞泵都要明显好于齿轮定量泵，这也完全符合行业长期使用下来的感受和经验总结。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种流体过程实时监测及过程状态的数字评估系统，包括流体压力传感器和采集端，其特征在于：所述流体压力传感器电连接有采集端，所述采集端集成有信号采集模块，所述信号采集模块将流体压力传感器的实时信号采集到采集端中，所述信号采集模块根据具体应用设定检测采集的节拍，采集后将信号电流直接转换为数据，所述采集端连接有逻辑运算单元；
所述逻辑运算单元的算法为传感器规格*采集信号值/(20-4)＝压力数据；
通过所述逻辑运算单元将流体稳定态的流动数据进行屏蔽处理，所述处理方法为：将计算出的压力数据存储不断按时间先后顺序存储起来，通过所述算法得到1st监控数值，将所述1st监控数值按时间先后顺序储存起来并按照上述算法进行计算，得到2nd监控数值。
2.根据权利要求1所述的一种流体过程实时监测及过程状态的数字评估系统，其特征在于：所述采集端为工业计算机或PLC。
3.根据权利要求1所述的一种流体过程实时监测及过程状态的数字评估系统，其特征在于：所述流体压力传感器输出信号为4-20mA电流。
4.根据权利要求1所述的一种流体过程实时监测及过程状态的数字评估系统，其特征在于：所述2nd监控数值的平均值以及峰值的不同用于区别连续流体的非稳态、亚稳态及稳态，所述非稳态的2nd监控数值的平均值>1.0，所述亚稳态的2nd监控数值的平均值为0.01～1,所述稳态的2nd监控数值的平均值<0.01。
5.根据权利要求4所述的一种流体过程实时监测及过程状态的数字评估系统，其特征在于：所述态的2nd监控数值的平均值具体为<0.01且趋近于0。
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