基于“互聯網+”的潛水泵實時故障診斷與維修方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于“互聯網+”的潛水泵實時故障診斷與維修方法。本發(fā)明的過程為：在潛水泵泵組及管路系統中安裝壓力傳感器、渦輪流量計、轉速感應式傳感器、振動傳感器和電流傳感器；運行基于“互聯網+”的潛水泵實時故障診斷與維修系統；采用數據采集模塊采集各個傳感器發(fā)出的信號，并建立潛水泵實時故障診斷與維修系統與PLC之間的數據通信；對讀取的數據信號進行實時數據分析及診斷，將診斷出的故障保存到故障數據庫，并給出最佳的故障解決方案，發(fā)出故障預警通知；預估維修效果，并將故障維修方案保存到維修管理數據庫。本發(fā)明將“互聯網+”技術和故障診斷技術有效結合起來，實現了潛水泵的遠程早期故障預警和檢修，減少了故障停機時間。
【專利說明】
基于"互聯網+"的潛水泵實時故障診斷與維修方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于流體機械智能診斷技術領域，特指涉及基于"互聯網+"的潛水栗實時 故障診斷與維修方法。
【背景技術】
[0002] 工業(yè)互聯網時代已經到來，大數據的運用和分析，數字化、網絡化和智能化已成為 水栗行業(yè)發(fā)展的重要特征，是水栗企業(yè)未來發(fā)展的主要方向。"互聯網+水栗"未來的發(fā)展戰(zhàn) 略，是要將"互聯網+"技術與水栗在設計、研發(fā)、制造、營銷、維修等各個階段進行充分融合， 以提高整個水栗行業(yè)的運營效率?；?互聯網+"的水栗實時故障診斷與維修，就是采用 "互聯網+"技術、數據分析和故障診斷技術對水栗進行實時檢測和故障預判，為水栗維修服 務人員提供檢修意見，從而使水栗機組安全穩(wěn)定運行。
[0003] 目前，基于"互聯網+"的水栗故障診斷與維修方法還不成熟，如:碩士學位論文《基 于工業(yè)互聯網的電廠水栗振動在線監(jiān)測研究》（2014年6月）采用工業(yè)互聯網下數據的聯網 實現了電廠水栗振動信號的在線監(jiān)測及專家診斷，但水栗的故障不僅僅是振動引起的，溫 度和電流都有可能引起水栗故障；實用新型專利《基于工業(yè)互聯網的火電廠機栗設備故障 預警與檢測優(yōu)化系統》（申請?zhí)枺?01520176105.2)介紹了一種基于工業(yè)互聯網的火電廠機 栗設備故障預警與檢測優(yōu)化系統，該專利僅適用于火電廠機栗，且該系統僅根據歷史數據 進行故障判斷。

【發(fā)明內容】

[0004] (一)要解決的技術問題
[0005] 針對上述現有基于互聯網的水栗故障診斷與維修方法中存在的問題，本發(fā)明旨在 提供一種基于"互聯網+"的潛水栗實時故障診斷與維修方法。
[0006] (二)技術方案
[0007] 為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是:基于"互聯網+"開發(fā)潛水栗運 行狀態(tài)監(jiān)控與診斷系統，采用數據采集模塊采集各個傳感器發(fā)出的信號，采用PLC (Programmable Logic Controller)技術將這些信號轉換成數字信號，建立潛水栗運行狀 態(tài)監(jiān)控與診斷系統與PLC之間的數據通信，實時讀取數據采集模塊的數據，并對讀取的數據 信號進行實時數據分析和運行診斷，診斷出可能出現的故障后發(fā)出預警通知，以手機短信 的方式通知維修人員進行檢修，最后對維修后的潛水栗運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，預估維修 效果，并將故障維修方案保存到維修管理數據庫。其具體步驟如下：
[0008] (1)在潛水栗栗組及管路系統中安裝壓力傳感器、渦輪流量計、轉速感應式傳感 器、振動傳感器和電流傳感器。采用電測法測量出潛水栗潛水電機的空載損耗，繪制出鐵耗 和機械耗。潛水栗的轉速η由感應式傳感器測量得到，流量Q由潛水栗出口管路系統上的渦 輪流量計測量得到，潛水栗出口壓力Ρ〇由栗出口管路上的壓力傳感器測量得到。潛水電機 和潛水栗的振動烈度由振動傳感器測量得到。所述壓力傳感器、轉速傳感器、振動傳感器 和電流傳感器需要做防水處理，防止水進入傳感器中，以確保傳感器的靈敏度。
[0009] (2)采用WinCC設計潛水栗運行狀態(tài)監(jiān)控與診斷系統，利用PLC技術實現對潛水栗 運行狀態(tài)的過程控制。在潛水栗運行狀態(tài)監(jiān)控與診斷系統的內網資源中架設一臺VPN服務 器。通過手機移動2G/3G/4G網絡或手機無線網絡鏈接VPN服務器實現潛水栗運行狀態(tài)的遠 程監(jiān)控。對VPN服務器和移動手機之間的通訊數據進行加密處理，以保證數據傳輸的安全。
[0010] (3)采用數據采集模塊采集壓力傳感器、渦輪流量計、轉速感應式傳感器、振動傳 感器和電流傳感器發(fā)出的4~20mA的電流信號。采用PLC技術對采集的電流信號進行數據轉 換。通過PLC進行A/D轉換成數字信號，同時建立潛水栗運行狀態(tài)監(jiān)控與診斷系統與PLC之間 的數據通信。潛水栗的揚程Η由距栗出口法蘭2倍管徑處的壓力Po計算得到：
其中P 為離心栗輸送介質的密度，g為重力加速度，g = 9.8;根據潛水電機空載的鐵耗和機械耗，計 算出負載試驗后的潛水電機輸出功率，即潛水栗的輸入功率P;效率η由公式n=PgQH/P計算 得到。對流量、壓力、轉速、揚程、功率、效率、振動、電流等數據進行存儲和備份。
[0011] (4)對步驟(3)中讀取的流量、壓力、轉速、揚程、功率、效率、電流等數據進行實時 趨勢分析及頻譜分析。對步驟(3)讀取的振動信號進行小波分解，對高頻段的小波系數采用 Hlibert-Huang變換進行包絡分析，再采用經驗模態(tài)分解法對包絡分析得到的包絡信號進 行分解。診斷出超電流、軸承損壞、轉子不對中、栗組地腳螺栓松動、葉輪磨損或葉輪與栗體 接觸等可能出現的故障后，利用移動互聯網的普及性，在全球范圍內搜尋高效合理的故障 解決方案，并發(fā)出故障預警通知，以手機短信的方式將故障及故障解決方案通知維修人員。
[0012] (5)對維修后的潛水栗運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，預估維修效果，并將故障維修方案 保存到維修管理數據庫。
[0013](三)有益效果 [0014]本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0015] (1)將"互聯網+"技術和故障診斷技術有效結合起來，實現了潛水栗故障的早期預 警和檢修，使得栗組安全穩(wěn)定運行。
[0016] (2)在線實時診斷潛水排污栗可能出現的故障，不僅能減少了潛水排污栗故障停 機時間，還能為維修人員提供技術支持，減少維修成本。
[0017] (3)利用移動互聯網的普及性，可在全球范圍內搜尋高效合理的故障解決方案，進 一步提高了故障診斷能力和維修效果。
【附圖說明】
[0018] 圖1為基于"互聯網+"的潛水栗運行狀態(tài)監(jiān)控與檢修方法的示意圖；
[0019] 圖中，1-水栗振動傳感器，2-潛水排污栗，3-感應式轉速傳感器，4-電機振動傳感 器，5-潛水電機，6-栗出口壓力傳感器，7-電流傳感器，8-潛水栗運行狀態(tài)監(jiān)控與診斷系統， 9-禍輪流量計，10-出口閘閥。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0021 ]實施例:一臺比轉數為54.6的WQK25-40-7.5型潛水排污栗（圖1)，其設計流量為Qd =25m3/h，設計揚程Hd = 40m，轉速n = 2860r/min。具體步驟如下：
[0022] (1)在潛水栗栗組及管路系統中安裝壓力傳感器、渦輪流量計、轉速感應式傳感 器、振動傳感器和電流傳感器。采用電測法測量出潛水栗潛水電機的空載損耗，繪制出鐵耗 和機械耗。潛水栗的轉速η由感應式傳感器測量得到，流量Q由潛水栗出口管路系統上的渦 輪流量計測量得到，潛水栗出口壓力Ρ〇由栗出口管路上的壓力傳感器測量得到。潛水電機 和潛水栗的振動烈度由振動傳感器測量得到。所述壓力傳感器、轉速傳感器、振動傳感器和 電流傳感器需要做防水處理，防止水進入傳感器中，以確保傳感器的靈敏度。當栗的流量Q = 27. Im3/h、轉速n = 2866r/min時，出口壓力Po = 0.38MPa，電機振動速度為0.94mm/s，栗振 動速度為〇. 82mm/s。
[0023] (2)采用WinCC設計潛水栗運行狀態(tài)監(jiān)控與診斷系統，利用PLC技術實現對潛水栗 運行狀態(tài)的過程控制。在潛水栗運行狀態(tài)監(jiān)控與診斷系統的內網資源中架設一臺VPN服務 器。通過手機移動2G/3G/4G網絡或手機無線網絡鏈接VPN服務器實現潛水栗運行狀態(tài)的遠 程監(jiān)控。對VPN服務器和移動手機之間的通訊數據進行加密處理，以保證數據傳輸的安全。 [0024] (3)采用數據采集模塊采集壓力傳感器、渦輪流量計、轉速感應式傳感器、振動傳 感器和電流傳感器發(fā)出的4~20mA的電流信號。采用PLC技術對采集的電流信號進行數據轉 換。通過PLC進行A/D轉換成數字信號，同時建立潛水栗運行狀態(tài)監(jiān)控與診斷系統與PLC之間 的數據通信。潛水栗的揚程Η由距栗出口法蘭2倍管徑處的壓力Po計算得到，
其中P 為離心栗輸送介質的密度，g為重力加速度，g = 9.8;根據潛水電機空載的鐵耗和機械耗，計 算出負載試驗后的潛水電機輸出功率，即潛水栗的輸入功率P;效率η由公式n=PgQH/P計算 得到。由上述公式可以計算出，當0 = 27.11113/11、11 = 28661'/111；[11時，!1=39.9111，？ = 6.5欣，11 = 61.3 %。對流量、壓力、轉速、揚程、功率、效率、振動、電流等數據進行存儲和備份。
[0025] (4)對步驟(3)中讀取的流量、壓力、轉速、揚程、功率、效率、電流等數據進行實時 趨勢分析及頻譜分析。對步驟(3)讀取的振動信號進行小波分解，對高頻段的小波系數采用 Hlibert-Huang變換進行包絡分析，再采用經驗模態(tài)分解法對包絡分析得到的包絡信號進 行分解。診斷出超電流、軸承損壞、轉子不對中、栗組地腳螺栓松動、葉輪磨損或葉輪與栗體 接觸等可能出現的故障后，利用移動互聯網的普及性，在全球范圍內搜尋高效合理的故障 解決方案，并發(fā)出故障預警通知，以手機短信的方式將故障及故障解決方案通知維修人員。
[0026] (5)對維修后的潛水栗運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，預估維修效果，并將故障維修方案 保存到維修管理數據庫。
[0027] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾 也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 基于"互聯網+"的潛水累實時故障診斷與維修方法，其特征在于包括W下步驟： (1) 在潛水累累組及管路系統中安裝壓力傳感器、滿輪流量計、轉速感應式傳感器、振 動傳感器和電流傳感器； (2) 運行基于"互聯網+"的潛水累實時故障診斷與維修系統； (3) 采用數據采集模塊采集各個傳感器發(fā)出的信號，采用PLC技術將信號轉換成數字信 號，并建立潛水累實時故障診斷與維修系統與化C之間的數據通信； (4) 對讀取的數據信號進行實時數據分析及診斷，將診斷出的故障保存到故障數據庫， 并對診斷出的故障進行分析，給出最佳的故障解決方案，發(fā)出故障預警通知； (5) 對維修后的潛水累運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，預估維修效果，并將故障維修方案保存 到維修管理數據庫。2. 根據權利要求1所述的基于"互聯網+"的潛水累實時故障診斷與維修方法，其特征在 于： 所述步驟（1)中在潛水累累組及管路系統中安裝壓力傳感器、滿輪流量計、轉速感應式 傳感器、振動傳感器和電流傳感器的具體步驟如下： (A) 在潛水累累組及管路系統中安裝壓力傳感器、滿輪流量計、轉速感應式傳感器、振 動傳感器和電流傳感器； (B) 采用電測法測量出潛水累潛水電機的空載損耗，繪制出鐵耗和機械耗； (C) 潛水累的轉速η由感應式傳感器測量得到，流量Q由潛水累出口管路系統上的滿輪 流量計測量得到，潛水累出口壓力化由累出口管路上的壓力傳感器測量得到； (D) 潛水電機和潛水累的振動烈度由振動傳感器測量得到。3. 根據權利要求1所述的基于"互聯網+"的潛水累實時故障診斷與維修方法，其特征在 于： 所述步驟(2)中基于"互聯網+"的潛水累實時故障診斷與維修系統的開發(fā)步驟如下： (Α)采用WinCC(Windows Control Center)設計潛水累運行狀態(tài)監(jiān)控與診斷系統，利用 PLC技術實現對潛水累運行狀態(tài)的過程控制； (B) 在潛水累運行狀態(tài)監(jiān)控與診斷系統的內網資源中架設一臺VPN服務器，通過手機移 動2G/3G/4G網絡或手機無線網絡鏈接VPN服務器實現潛水累運行狀態(tài)的遠程監(jiān)控； (C) 對VPN服務器和移動手機之間的通訊數據進行加密處理。4. 根據權利要求1所述的基于"互聯網+"的潛水累實時故障診斷與維修方法，其特征在 于： 所述步驟(3)中采用數據采集模塊采集各個傳感器發(fā)出的信號，采用PLC技術將信號轉 換成數字信號，并建立潛水累實時故障診斷與維修系統與化C之間的數據通信的具體步驟 如下： (A) 采用數據采集模塊采集壓力傳感器、滿輪流量計、轉速感應式傳感器、振動傳感器 和電流傳感器發(fā)出的4~20mA的電流信號； (B) 采用化C技術對采集的電流信號進行數據轉換，通過化C進行A/D轉換成數字信號， 同時建立潛水累運行狀態(tài)監(jiān)控與診斷系統與化C之間的數據通信； (C) 數據處理；潛水累的揚程Η由距累出口法蘭2倍管徑處的壓力Po計算得到，敎 '終漿 其中P為離屯、累輸送介質的密度，g為重力加速度，g = 9.8;根據潛水電機空載的鐵耗和機械 耗，計算出負載試驗后的潛水電機輸出功率，即潛水累的輸入功率P;效率η由公式n=Pg卵/ P計算得到； (D)對流量、壓力、轉速、揚程、功率、效率、振動、電流等數據進行存儲和備份。5. 根據權利要求1所述的基于"互聯網+"的潛水累實時故障診斷與維修方法，其特征在 于： 所述步驟(4)中對讀取的數據信號進行實時數據分析及診斷，將診斷出的故障保存到 故障數據庫，并對診斷出的故障進行分析，給出最佳的故障解決方案，發(fā)出故障預警通知的 具體步驟如下： (A) 對步驟(3)中讀取的流量、壓力、轉速、揚程、功率、效率、電流等數據進行實時趨勢 分析及頻譜分析； (B) 對步驟（3)讀取的振動信號進行小波分解，對高頻段的小波系數采用Hlibert- 化ang變換進行包絡分析，再采用經驗模態(tài)分解法對包絡分析得到的包絡信號進行分解； (C) 對診斷出的故障進行分析，并利用移動互聯網的普及性，在全球范圍內捜尋高效合 理的故障解決方案，并發(fā)出故障預警通知。6. 根據權利要求1或5所述的基于"互聯網+"的潛水累實時故障診斷與維修方法，其特 征在于:所述的診斷出的故障可能是超電流、軸承損壞、轉子不對中、累組地腳螺栓松動、葉 輪磨損或葉輪與累體接觸。7. 根據權利要求1或5所述的基于"互聯網+"的潛水累實時故障診斷與維修方法，其特 征在于:所述的預警通知是W手機短信的方式將故障及故障解決方案通知維修人員。8. 根據權利要求1、2、3、4所述的基于"互聯網+"的潛水累運行狀態(tài)監(jiān)控與檢修方法，其 特征在于:所述壓力傳感器、轉速傳感器、振動傳感器和電流傳感器需要做防水處理，防止 水進入傳感器中。
【文檔編號】F04D15/00GK106089754SQ201610531397
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月4日
【發(fā)明人】王凱, 陳昆, 劉厚林, 翟松茂, 滕康樂, 婁建偉
【申請人】寧波巨神制泵實業(yè)有限公司, 江蘇大學