(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 1077336 A(43)申请公布日 2018.03.06
(21)申请号 201711183295.0(22)申请日 2017.11.23
(71)申请人 成都众柴科技有限公司
地址 610000 四川省成都市成华区新鸿南
一巷6号附10号2层(72)发明人 梅燕 周文辉
(74)专利代理机构 成都顶峰专利事务所(普通
合伙) 51224
代理人 赵正寅(51)Int.Cl.
G01D 21/02(2006.01)
权利要求书1页 说明书5页 附图2页
(54)发明名称
一种泵站运行状态实时在线监测及故障诊断系统和方法(57)摘要
本发明涉及分析及测量控制技术领域，公开了一种泵站运行状态实时在线监测及故障诊断系统，包括泵站机组，包括采集系统、主控系统以及服务系统，所述主控系统包括CPU控制器、工控机、存储模块、信号处理模块、显示模块和报警模块，所述工控机、存储模块、信号处理模块和报警模块分别与所述CPU控制器电连接；所述工控机安装有软件平台，且工控机分别与服务系统和显示模块通信连接；所述信号处理模块与采集系统通信连接，采集系统用于对泵站机组的各个监测点数据采集，以达到建立实时在线监测系统，进行自动化、智能化、科学化的实时在线监测和安全评估，及时制定正确的维修方案，既能保障设备的可靠性和安全性，又能节约大量的人力物力的目的。
CN 1077336 ACN 1077336 A
权 利 要 求 书
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1.一种泵站运行状态实时在线监测及故障诊断系统，包括泵站机组，其特征在于，还包括采集系统、主控系统以及服务系统，所述主控系统包括CPU控制器、工控机、存储模块、信号处理模块、显示模块和报警模块，所述工控机、存储模块、信号处理模块和报警模块分别与所述CPU控制器电连接；所述工控机安装有软件平台，且工控机分别与服务系统和显示模块通信连接；所述信号处理模块与采集系统通信连接，采集系统用于对泵站机组的各个监测点数据采集。
2.根据权利要求1所述的泵站运行状态实时在线监测及故障诊断系统，其特征在于，所述服务系统包括与所述工控机通信连接的云端服务器，所述云端服务器通过通信网络分别连接有移动终端和远程终端。
3.根据权利要求2所述的泵站运行状态实时在线监测及故障诊断系统，其特征在于，所述工控机通过以太网与所述云端服务器通信连接。
4.根据权利要求1所述的泵站运行状态实时在线监测及故障诊断系统，其特征在于，所述工控机的USB接口连接有RS485转换器，RS485转换器与所述CPU控制器电连接。
5.根据权利要求1所述的泵站运行状态实时在线监测及故障诊断系统，其特征在于，所述采集系统包括应变传感器、加速度传感器和声发射传感器，所述应变传感器、加速度传感器和声发射传感器均配设有传感器固定件；所述应变传感器、加速度传感器和声发射传感器分别布置于所述泵站机组的各个监测点上，且应变传感器、加速度传感器和声发射传感器分别通过信号电缆与所述信号处理模块的接口连接。
6.根据权利要求5所述的泵站运行状态实时在线监测及故障诊断系统，其特征在于，所述传感器固定件包括卡环和连接螺栓，所述卡环的对称两侧分别连接有不锈钢带，且不锈钢带的端部开设有连接孔，连接孔套于所述连接螺栓上。
7.一种泵站运行状态实时在线监测及故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在泵站机组的各个监测点上分别布置应变传感器、加速度传感器和声发射传感器；(2)应变传感器、加速度传感器和声发射传感器的实时监测数据通过信号电缆传送至信号处理模块；
(3)信号处理模块将实时监测数据反馈至CPU控制器，CPU控制器通过存储模块对实时监测数据进行实时存储；
(4)CPU控制器将存储模块中存储的监测数据反馈至工控机中，通过工控机安装的软件平台将监测数据与已有的预警数据库进行分析计算，当分析得到所述监测数据满足报警条件时，生成报警指令，并将所述报警指令传送至CPU控制器，CPU控制器通过报警模块进行预警；
(5)通过工控机中安装的软件平台对步骤(4)中的分析计算结果进行故障诊断分析，并生成综合评估报告；
(6)工控机将步骤(3)中的综合评估报告通过显示模块进行实时显示数据，并上传至云端服务器，云端服务器通过通信网络将综合评估报告传送至移动终端和远程终端。
8.根据权利要求7所述的泵站运行状态实时在线监测及故障诊断方法，其特征在于，所述步骤(1)中的应变传感器实时监测泵站机组运行状态的工作应力数据，加速度传感器实时监测泵站机组运行状态的机械振动数据，声发射传感器实时监测泵站机组运行状态的缺陷扩展数据。
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说 明 书
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一种泵站运行状态实时在线监测及故障诊断系统和方法
技术领域
[0001]本发明涉及分析及测量控制的技术领域，具体地，涉及一种泵站运行状态实时在线监测及故障诊断系统和方法。
背景技术
[0002]泵站是能提供有一定压力和流量的液压动力和气压动力的装置和工程称泵和泵站工程，亦是排灌泵站的进水、出水、泵房等建筑物的总称。
[0003]泵站的作用是提供有一定压力和流量的液压动力和气压动力的泵站工程；泵站内的主要部件是油箱、电机和泵，但还有很多辅助设备，根据实际情况需要增减，如供油设备、压缩空气设备、充水设备、供水、排水设备、通风设备、起重设备等等。[0004]泵站设置有水泵机组、电气设备和管道、闸阀等，能提供有一定压力和流量的液压动力和气压动力的装置。主要应用于：城市供水，污水系统，土木、建筑系统，农业水利系统，电站系统，化工系统，石油工业系统，矿山冶金系统，轻工业系统以及船舶系统等。[0005]目前泵站主要是采用传统的维护和管理方式：主要采用点检、巡检与定期预防维修相结合的方式，对设备的监测常用方法是采用听声、触摸和观察等手段，但由于监测准确度得不到保障，监测方式缺乏自动化、智能化以及科学化，不能够及时进行安全评估，导致监测的总体效果不够理想，很难确定故障的性质、原因部位、类型以及劣化程度，对于后期的维修无法提出指导性的建议，不能够快速制定出维修方案，导致对泵站的维护和管理效率较低。
发明内容
[0006]为改善上述技术问题，本发明提供了一种泵站运行状态实时在线监测及故障诊断系统和方法以达到将传感技术、通信技术和网络技术应用于泵站运行状态实时在线监测系统中，建立实时在线监测系统，进行自动化、智能化、科学化的实时在线监测和安全评估，及时制定正确的维修方案，既能保障设备的可靠性和安全性，又能节约大量的人力物力的目的，改善了现有泵站的维护和管理方式缺乏自动化、智能化以及科学化，不能够及时进行安全评估，导致监测的总体效果不够理想，很难确定故障的性质、原因部位、类型以及劣化程度，导致对泵站的维护和管理效率较低的问题。[0007]为了实现上述技术效果，本发明所提供的技术方案是：一种泵站运行状态实时在线监测及故障诊断系统，包括泵站机组，还包括采集系统、主控系统以及服务系统，所述主控系统包括CPU控制器、工控机、存储模块、信号处理模块、显示模块和报警模块，所述工控机、存储模块、信号处理模块和报警模块分别与所述CPU控制器电连接；所述工控机安装有软件平台，且工控机分别与服务系统和显示模块通信连接；所述信号处理模块与采集系统通信连接，采集系统用于对泵站机组的各个监测点数据采集。[0008]进一步地，所述服务系统包括与所述工控机通信连接的云端服务器，所述云端服务器通过通信网络分别连接有移动终端和远程终端。
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说 明 书
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进一步地，所述工控机通过以太网与所述云端服务器通信连接。
[0010]进一步地，所述工控机的USB接口连接有RS485转换器，RS485转换器与所述CPU控制器电连接。
[0011]进一步地，所述采集系统包括应变传感器、加速度传感器和声发射传感器，所述应变传感器、加速度传感器和声发射传感器均配设有传感器固定件；所述应变传感器、加速度传感器和声发射传感器分别布置于所述泵站机组的各个监测点上，且应变传感器、加速度传感器和声发射传感器分别通过信号电缆与所述信号处理模块的接口连接。[0012]进一步地，所述传感器固定件包括卡环和连接螺栓，所述卡环的对称两侧分别连接有不锈钢带，且不锈钢带的端部开设有连接孔，连接孔套于所述连接螺栓上。[0013]本发明还提供了一种泵站运行状态实时在线监测及故障诊断方法，包括以下步骤：[0014](1)在泵站机组的各个监测点上分别布置应变传感器、加速度传感器和声发射传感器；[0015](2)应变传感器、加速度传感器和声发射传感器的实时监测数据通过信号电缆传送至信号处理模块；[0016](3)信号处理模块将实时监测数据反馈至CPU控制器，CPU控制器通过存储模块对实时监测数据进行实时存储；[0017](4)CPU控制器将存储模块中存储的监测数据反馈至工控机中，通过工控机安装的软件平台将监测数据与已有的预警数据库进行分析计算，当分析得到所述监测数据满足报警条件时，生成报警指令，并将所述报警指令传送至CPU控制器，CPU控制器通过报警模块进行预警；[0018](5)通过工控机中安装的软件平台对步骤(4)中的分析计算结果进行故障诊断分析，并生成综合评估报告；[0019](6)工控机将步骤(3)中的综合评估报告通过显示模块进行实时显示数据，并上传至云端服务器，云端服务器通过通信网络将综合评估报告传送至移动终端和远程终端。[0020]进一步地，所述步骤(1)中的应变传感器实时监测泵站机组运行状态的工作应力数据，加速度传感器实时监测泵站机组运行状态的机械振动数据，声发射传感器实时监测泵站机组运行状态的缺陷扩展数据。[0021]相比于现有技术，本发明的有益效果是：
[0022]1.通过本发明中的采集系统对运行工况下的泵站机组进行实时监控，并将监控的数据反馈至工控机，由于工控机中安装有软件平台，通过软件平台将实时监控的数据与已有的安全评价指标体系预警数据库进行比对，若监控的数据出现异常情况，则会触发报警模块进行预警，且通过软件平台将对比对数据进行故障诊断分析，并对泵站机组的运行现状及其安全可靠性做出综合评估报告，以快速确定出故障原因、部位、类型以及性质，并指导制定出正确的维修方案，相对于现有技术，建立了实时的在线监测系统，实现自动化、智能化、科学化的实时在线监测和安全评估，达到保障设备的可靠性安全性，又能节约大量的人力物力；
[0023]2.本发明中通过应变传感器、加速度传感器和声发射传感器实时监测泵站机组各项参数数据，且布置于泵站机组的各个结构位置处，以达到监测数据的全面性和可靠性，再
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说 明 书
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者，通过存储模块对实时监测数据进行及时存储，保证对监测数据进行有效的管理，防止数据丢失；
[0024]3.本发明中工控机安装有软件平台，软件平台能够对实时监测数据进行分析计算以判断泵站机组的各项监测数据是否处于合理范围内，以达到对泵站机组的运行工况进行及时报警，防止安全事故的发生，同时软件平台还可根据实时监测数据分析出能够泵站机组内部结构的运行状态，以判断泵站机组是否处于运行稳态。附图说明
[0025]图1是本发明提供的泵站运行状态实时在线监测及故障诊断系统的系统框图；[0026]图2是本发明提供的泵站运行状态实时在线监测及故障诊断系统中传感器固定件的结构示意图。
具体实施方式
[0027]下面结合具体实施例对本发明作进一步详细介绍，以下文字的目的在于说明本发明，而非本发明的保护范围。[0028]如图1、图2所示，本发明可按照如下方式实施，一种泵站运行状态实时在线监测及故障诊断系统，包括泵站机组，还包括采集系统、主控系统以及服务系统，所述主控系统包括CPU控制器、工控机、存储模块、信号处理模块、显示模块和报警模块，所述工控机、存储模块、信号处理模块和报警模块分别与所述CPU控制器电连接；所述工控机安装有软件平台，且工控机分别与服务系统和显示模块通信连接；所述信号处理模块与采集系统通信连接，采集系统用于对泵站机组的各个监测点数据采集。所述信号处理模块实时接收由采集系统采集的实时监测数据，并将实时监测数据转化成数字信号反馈至CPU控制器。[0029]采集系统的工作原理如下：泵站机组的常见故障原因包括：结构应力超限，结构振动异常，机械振动异常以及缺陷扩展产生裂纹渗水等情况，采用采集系统对泵站机组的运行状态进行实时数据监测，根据泵站机组在不同工况下的运行特性，选取相应的传感器型号并布置在相应的监测点上，实时采集信号，监测能够反应泵站机组内部结构的工况模拟量、数字量等环境参量。
[0030]所述服务系统包括与所述工控机通信连接的云端服务器，所述云端服务器通过通信网络分别连接有移动终端和远程终端，云端服务器分别与移动终端和远程终端进行实时信息交互。
[0031]所述工控机通过以太网与所述云端服务器通信连接，工控机将分析计算的结果实时传送至云端服务器。
[0032]所述工控机的USB接口通过转接线连接有RS485转换器，RS485转换器通过转接线与所述CPU控制器电连接，实现CPU控制器与工控机之间的信息交互。[0033]所述采集系统包括应变传感器、加速度传感器和声发射传感器，所述应变传感器、加速度传感器和声发射传感器均配设有传感器固定件，传感器固定件用于对应变传感器、加速度传感器和声发射传感器进行安装固定于各个监测点上；所述应变传感器、加速度传感器和声发射传感器分别布置于所述泵站机组的各个监测点上，且应变传感器、加速度传感器和声发射传感器分别通过信号电缆与所述信号处理模块的接口连接。
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CN 1077336 A[0034]
说 明 书
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其中，应变传感器实时监测泵站机组运行状态的工作应力数据，即采集泵轮室、管
路、阀体结构的工作应力数据，分析泵站机组主要结构强度的安全性；加速度传感器实时监测泵站机组运行状态的机械振动数据，即采集泵轮室、管路、阀体结构的动态响应数据，分析和判断泵轮室、管路、阀体结构运行的稳定性；声发射传感器实时监测泵站机组运行状态的缺陷扩展数据，即采集泵轮室、管路、阀体结构、传动副运行状态缺陷扩展数据，分析和判断泵站机组的安全性。
[0035]所述传感器固定件包括卡环1和连接螺栓3，所述卡环1的对称两侧分别连接有不锈钢带2，且不锈钢带2的端部开设有连接孔，连接孔套于所述连接螺栓3上；所述卡环1用于卡紧应变传感器或加速度传感器或声发射传感器，还可在卡环1上涂抹粘接剂，用于固定各个传感器；然后将不锈钢带2绕在管路或者阀体上，通过调节连接螺栓3使不锈钢带2连接稳固。
[0036]本发明还提供了一种泵站运行状态实时在线监测及故障诊断方法，包括以下步骤：[0037](1)在泵站机组的各个监测点上分别布置应变传感器、加速度传感器和声发射传感器；[0038](2)应变传感器、加速度传感器和声发射传感器的实时监测数据通过信号电缆传送至信号处理模块；[0039](3)信号处理模块将实时监测数据反馈至CPU控制器，CPU控制器通过存储模块对实时监测数据进行实时存储，以达到对实时监测数据进行及时存储，防止数据的丢失；[0040](4)CPU控制器将存储模块中存储的监测数据反馈至工控机中，通过工控机安装的软件平台将监测数据与已有的预警数据库进行分析计算，当分析得到所述监测数据满足报警条件时，生成报警指令，并将所述报警指令传送至CPU控制器，CPU控制器通过报警模块进行预警；所述预警数据库为安全评价指标体系预警数据库；[0041]其中具体的分析方法如下：(a)通过应变传感器采集泵轮室、管路、阀体结构的工作应力数据，工作应力数据反馈至工控机，工控机的软件平台将工作应力数据与已有的安全评价指标体系预警数据库进行比对分析，当实时监测数据超限时，生成报警指令；[0042](b)通过加速度传感器采集泵轮室、管路、阀体结构的动态响应数据，动态响应数据反馈至工控机，工控机的软件平台将动态响应数据与已有的安全评价指标体系预警数据库进行比对分析，当出现振动幅值、动应力值增大等异常时，生成报警指令；[0043](c)通过声发射传感器采集泵轮室、管路、阀体结构的机械振动信号，机械振动信号的监控数据反馈至工控机，工控机的软件平台将机械振动信号的监控数据与已有的安全评价指标体系预警数据库进行比对分析，当出现缺陷扩展信号、萌生裂纹信号、渗水信号等异常时，生成报警指令；[0044](5)通过工控机中安装的软件平台对步骤(4)中的分析计算结果进行故障诊断分析，并生成综合评估报告；即根据步骤(4)中的各个异常数据值，首先通过不同监测点的传感器反馈的实时监测数据来源，便可快速确定出故障发生的部位、类型；再通过软件平台对实时监测数据的分析，提取反应泵站机组内部结构运行状态的数据，并利用这些数据对发生故障的泵站机组构件进行诊断，以得出故障原因(分为工作应力数据异常、动态响应数据异常和机械振动信号异常)和故障性质，实现对后期的维修提供指导建议。
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(6)工控机将步骤(3)中的综合评估报告通过显示模块进行实时显示数据，并上传
至云端服务器，云端服务器通过通信网络将综合评估报告传送至移动终端和远程终端，实现用户通过移动终端和远程终端对综合评估报告进行查询，实时掌控泵站机组的运行状态和针对故障的综合评估报告，以对维修进行建议性的指导。
[0046]所述步骤(1)中的应变传感器实时监测泵站机组运行状态的工作应力数据，加速度传感器实时监测泵站机组运行状态的机械振动数据，声发射传感器实时监测泵站机组运行状态的缺陷扩展数据。
[0047]任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
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图1
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说 明 书 附 图
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