屏蔽电泵全项智能监控仪的制作方法
【专利摘要】屏蔽电泵全项智能监控仪，包括中央处理器和外围电路，轴承径向、轴向磨损、温度、电机的相序信号经过中央处理器的处理，通过显示电路显示，中央处理器对对数据进行累积效应的统计，计算出接近实际的数值，这个数值与设定的上、下限数值进行比较，实现对报警的判断功能。本发明的屏蔽电泵全项智能监控仪，能够实现轴承的轴向、径向磨损、温度监测、压力监测、电源相序变化或缺相监测报警，可根据监测的数据有效地对屏蔽电泵的故障进行预测，避免了因为故障停机造成的经济损失，同时还能预测出设备什么时候需要的进行维修；免除人员在现场作业，大大降低运行成本，多种数据集中采集，降低仪表投入成本和提高可靠性，保存数据有利于分析故障原因。
【专利说明】屏蔽电泵全项智能监控仪
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子仪器领域，尤其涉及一种用于屏蔽电泵的信号监测仪器。
【背景技术】
[0002] 目前，屏蔽电泵行业内没有全面监测仪表来应对复杂的信号采集和监测。现有的 屏蔽泵的监测仪表（TRG)功能单一，一种是只能测径向信号和三相的相序信号，而且是指针 指示，不能测温、不能测轴向磨损量、不能测压力、不能保存测量数据、不能采用LED显示， 而且经常是受到电磁干扰导致仪表失灵、指示不准。另一种现有的轴向位移监控装置可以 检测出轴向位移的变化量，不能测径向信号，不能测温、不能测压力，不能保存测量数据。 并且，当轴承磨损到需要更换的程度时，需要操作人员到机器现场读数，根据指示值分 析判断，然后采取相应措施处理，现场环境条件往往恶劣，给操作带来不便，而且人员需要 定期巡视，增加运行成本；同时，现有的屏蔽泵的监测仪表没有数据长期记录保存备查功 能，不能追索调研故障发生时屏蔽泵的运行状况，不能对设备的故障进行预测，不能对设备 的维修进行合理的调度，造成设备不必要的损坏和不能及时维修的问题，降低了工作效率。
【发明内容】
[0003] 为了克服传统屏蔽电泵监测仪器存在的上述问题，本发明提供了一种能够实现对 信号进行全面监测和故障预测的屏蔽电泵全项智能监控仪。
[0004] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：屏蔽电泵全项智能监控仪，包括中 央处理器、径向检测电路和轴向检测电路，安装于屏蔽电泵定子3线圈上的径向磨损传感 器10和安装于泵体1后端盖上的轴向磨损传感器9将输出信号通过A/D转换电路输送到 径向检测电路和轴向检测电路，径向检测电路和轴向检测电路连接中央处理模块的中央处 理器，中央处理器通过检测到的径向磨损信号和轴向磨损信号计算出接近实际的数值，接 近实际的数值与设定的上、下限数值进行比较来实现磨损度的判断和报警。
[0005] 还包括显示电路，显示电路由LED组成，显示电路与中央处理器连接，径向磨损信 号和轴向磨损信号经过中央处理器处理成与被测信号强度相对应的数值量，这个数值量通 过相应颜色的LED对应显示。
[0006] 还包括温度检测电路，安装于屏蔽电泵定子3绕组端部的温度传感器11的输出 信号通过A/D转换电路输入温度检测电路，温度检测电路连接中央处理器，检测到的温度 信号经过中央处理器处理成与被测信号强度相对应的数值量，这个数值量通过相应颜色的 LED对应显示，数值量与设定的上、下限数值进行比较实现温度判断和报警。
[0007] 还包括电机的相序及缺相检测电路，相序及缺相检测电路与中央处理器连接，电 机的相序状态信号经过中央处理器处理成与被测信号强度相对应的数值量，这个数值量通 过相应颜色的LED对应显示，数值量与设定的上、下限数值进行比较实现电源相序变化或 缺相监测报警。
[0008] 监控仪12通过接线盒7安装于泵体1上，接线盒7底座与定子3联通，接线盒7 底座上设有压力传感器8,中央处理器通过检测到的压力信号计算出接近实际的数值，接近 实际的数值与设定的上、下限数值进行比较实现压力监测和报警。
[0009] 中央处理器利用数学线性回归分析对检测到的径向磨损信号和轴向磨损信号进 行处理，计算出设备的未来的磨损量。
[0010] 还设有RS485通讯电路，中央处理器通过RS485通讯电路与外部计算机进行数据 传输。
[0011] 还设有红外传输电路，中央处理器通过IrDA无线红外数据传输与读写器进行数 据交换。
[0012] 还设有电源转换电路，电源转换电路连接中央处理器，将电机提供的交流电转换 为中央处理器的5V直流工作电源。
[0013] 本发明的屏蔽电泵全项智能监控仪，能够实现轴承的轴向、径向磨损、温度监测、 压力监测、电源相序变化或缺相监测报警；屏蔽电泵运行时现场无需人员操作，数据可长期 记录保存备查；还可根据监测的数据有效地对屏蔽电泵的故障进行预测，避免了因为故障 停机造成的经济损失，同时还能预测出设备什么时候需要的进行维修，这样便于生产系统 进行设备的维修进行科学地调度。比现有仪表延长使用寿命50%以上，分辨精度高，提供远 程控制和操作，免除人员在现场作业，大大降低运行成本，多种数据集中采集，减少仪表数 量，直接降低仪表投入成本和提高可靠性，保存数据有利于分析故障原因，节省故障判定费 用、快速形成改进方案提高生产效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是本发明屏蔽电泵全项智能监控仪原理图。
[0015] 图2是本发明屏蔽电泵全项智能监控仪与电脑进行数据交换和存储的原理图。
[0016] 图3是本发明屏蔽电泵全项智能监控仪在屏蔽泵上的安装结构图。
[0017] 图4是本发明屏蔽电泵全项智能监控仪的中央处理电路图。
[0018] 图5是本发明屏蔽电泵全项智能监控仪的电源转换电路。
[0019] 图6是本发明屏蔽电泵全项智能监控仪的轴向检测电路。
[0020] 图7是本发明屏蔽电泵全项智能监控仪的径向检测电路。
[0021] 图8是本发明屏蔽电泵全项智能监控仪的温度检测电路。
[0022] 图9是本发明屏蔽电泵全项智能监控仪的相序及缺相检测电路。
[0023] 图10是本发明屏蔽电泵全项智能监控仪的显示电路。
[0024] 图11是本发明屏蔽电泵全项智能监控仪的显示界面图。
[0025] 图12是本发明屏蔽电泵全项智能监控仪的红外传输电路。
[0026] 图13是本发明屏蔽电泵全项智能监控仪的RS485通讯电路。
[0027] 图14是本发明屏蔽电泵全项智能监控仪磨损量预测的线性分析图。
[0028] 图中：1、泵体，2、叶轮，3、定子，4、转子，5、轴，6、轴承，7、接线盒，8、压力传感器，9、 轴向磨损传感器，10、径向磨损传感器，11、温度传感器，12、全项智能监控仪，13、信号线缆。
【具体实施方式】
[0029] 本发明的屏蔽电泵全项智能监控仪原理如图1所示，核心为中央处理部分，它担 负着所有数据的处理和所有功能的实现，由中央处理器（CPU)和外围相关电路组成，中央处 理器采用ARM芯片，如图4所示，采集到的的信号通过中央处理器处理之后由显示部分显 示，中央处理器通过RS485通讯和红外数据通讯与外部进行数据交换和存储，采用IrDA无 线红外数据传输协议与监测仪进行数据交换，读取的数据保存在读写器中，利用USB接口 或者无线WiFi将数据读取到电脑中，如图2所示。
[0030] 中央处理器（CPU)的外围相关电路包括径向检测电路、轴向检测电路、显示电路、 温度检测电路、电机的相序及缺相检测电路、RS485通讯电路、红外传输电路和电源转换电 路。
[0031] 当屏蔽电泵轴5端部的轴承6磨损到一定程度时，轴5与轴承6之间产生缝隙，轴 5会产生轴向位移，通过轴的位移量可以得到轴承的磨损量，依此原理，可通过安装于泵体 1后端盖上的轴向磨损传感器9监测轴承的轴向磨损量。可通过在定子内腔处安装压力传 感器8监测定子内腔压力。
[0032] 本发明的监测仪在在屏蔽泵上的安装结构如图3所示，在屏蔽电泵定子3线圈上 安装径向磨损传感器10和在泵体1后端盖上安装轴向磨损传感器9,监控仪12通过接线盒 7安装于泵体1上，接线盒7底座与定子3联通，接线盒7底座上设有压力传感器8,在屏蔽 电泵定子3绕组端部安装温度传感器11，径向磨损传感器10、轴向磨损传感器9、压力传感 器8和温度传感器11通过信号线13连接监控仪12。
[0033] 轴承轴向磨损传感器9、轴承径向磨损传感器10、温度传感器11将输出信号通过 A/D转换电路输送到轴向检测电路和径向检测电路，径向检测电路如图7所示，轴向检测电 路如图6所示，温度检测电路如图8所示，电机的相序及缺相检测电路如图9所示，显示电 路如图10所示，显示电路由LED组成，显示电路与中央处理器连接，显示部分采用可靠的 LED发光体来组成的，特点是显示直观、耐用可靠；能够满足-40°C至+85°C的工业环境，寿 命长达20年以上，可以显示的参数有轴承径向、轴向磨损的状态，泵的运行温度、电机的相 序、是否缺相（哪一相）指示，显示界面如图11所示。轴承径向、轴向磨损量、泵的运行温度 和电机的相序及缺相信号，其中前三路信号为模拟量信号，经过A/D转换通过信号隔离技 术、数字滤波技术将干扰信号屏蔽，使采集的信号更准确可靠地反映被测量参量的实际数 值，为后续的数据处理、分析提供保证。轴承径向、轴向磨损、泵的运行温度、电机的相序状 态信号经过CPU的处理成与被测信号强度相对应的数值量，这个数值的量转换成相应颜色 的LED (灯光)显示效果表现出来。中央处理器通过检测到的径向磨损信号、轴向磨损信号、 温度信号、压力信号对数值的累积效应的统计，计算出接近实际的数值，这个数值与设定的 上、下限数值进行比较，从而实现对报警的判断功能。
[0034] 中央处理器利用数学线性回归分析(线性最小二乘回归）对轴承径向、轴向磨损量 数据进行处理，从而抽象出数据的线性方程，利用线性方程计算出数据的趋势，在此基础上 计算出设备的未来的磨损量，因此实现了泵故障的预测功能，如图14所示。
[0035] 中央处理器通过RS485通讯电路（Modbus协议）与外部计算机进行数据传输和交 换，用于存储或分析处理，RS485通讯电路如图13所示，通过IrDA无线红外数据传输与读 写器进行数据交换，无线红外数据传输电路如图12所示，读取的数据保存在读写器中，利 用USB接口或者无线WiFi将数据读取到电脑中，实现了数据的存储。
[0036] 电源转换电路如图6所示，电源转换电路连接中央处理器，采用开关电源将电机 提供的交流电变成5V的直流工作电源的。
[0037] 本发明的屏蔽电泵全项智能监控仪实现了轴承的轴向磨损监测报警、轴承径向磨 损监测报警、屏蔽泵关键部位温度监测报警、屏蔽泵关键部位压力监测报警、电源相序变化 或缺相监测报警、泵运行现场无人操作、数据长期记录保存备查。屏蔽电泵全项智能监控仪 还有一个显著的特点是根据监测的数据，运用数学回归算法，能够有效地对屏蔽电泵的故 障进行预测，避免了因为故障停机造成的经济损失。同时还能预测出设备什么时候需要的 进行维修，这样便于生产系统进行设备的维修进行科学地调度。屏蔽电泵全项智能监控仪 除了具有模拟信号的在线监测数据的输出功能，还具有通过网络进行数据的传输功能。
[0038] 本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神 和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教 导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精 神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求 范围内的实施例都属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 屏蔽电泵全项智能监控仪，其特征在于：包括中央处理器、径向检测电路和轴向检 测电路，安装于屏蔽电泵定子（3)线圈上的径向磨损传感器（10)和安装于泵体（1)后端盖 上的轴向磨损传感器（9)将输出信号通过A/D转换电路输送到径向检测电路和轴向检测电 路，径向检测电路和轴向检测电路连接中央处理模块的中央处理器，中央处理器通过检测 到的径向磨损信号和轴向磨损信号计算出接近实际的数值，接近实际的数值与设定的上、 下限数值进行比较来实现磨损度的判断和报警。
2. 根据权利要求1所述的屏蔽电泵全项智能监控仪，其特征在于：还包括显示电路， 显示电路由LED组成，显示电路与中央处理器连接，径向磨损信号和轴向磨损信号经过中 央处理器处理成与被测信号强度相对应的数值量，这个数值量通过相应颜色的LED对应显 /_J、1 〇
3. 根据权利要求2所述的屏蔽电泵全项智能监控仪，其特征在于：还包括温度检测电 路，安装于屏蔽电泵定子（3)绕组端部的温度传感器（11)的输出信号通过A/D转换电路输 入温度检测电路，温度检测电路连接中央处理器，检测到的温度信号经过中央处理器处理 成与被测信号强度相对应的数值量，这个数值量通过相应颜色的LED对应显示，数值量与 设定的上、下限数值进行比较实现温度判断和报警。
4. 根据权利要求3所述的屏蔽电泵全项智能监控仪，其特征在于：还包括电机的相序 及缺相检测电路，相序及缺相检测电路与中央处理器连接，电机的相序状态信号经过中央 处理器处理成与被测信号强度相对应的数值量，这个数值量通过相应颜色的LED对应显 示，数值量与设定的上、下限数值进行比较实现电源相序变化或缺相监测报警。
5. 根据权利要求1所述的屏蔽电泵全项智能监控仪，其特征在于：监控仪（12)通过接 线盒（7)安装于泵体（1)上，接线盒（7)底座与定子（3)联通，接线盒（7)底座上设有压力 传感器（8)，中央处理器通过检测到的压力信号计算出接近实际的数值，接近实际的数值与 设定的上、下限数值进行比较实现压力监测和报警。
6. 根据权利要求1所述的屏蔽电泵全项智能监控仪，其特征在于：中央处理器利用数 学线性回归分析对检测到的径向磨损信号和轴向磨损信号进行处理，计算出设备的未来的 磨损量。
7. 根据权利要求6所述的屏蔽电泵全项智能监控仪，其特征在于：还设有RS485通讯 电路，中央处理器通过RS485通讯电路与外部计算机进行数据传输。
8. 根据权利要求7所述的屏蔽电泵全项智能监控仪，其特征在于：还设有红外传输电 路，中央处理器通过IrDA无线红外数据传输与读写器进行数据交换。
9. 根据权利要求6所述的屏蔽电泵全项智能监控仪，其特征在于：还设有电源转换电 路，电源转换电路连接中央处理器，将电机提供的交流电转换为中央处理器的5V直流工作 电源。
【文档编号】G01D21/02GK104090512SQ201410314833
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】清水学敏 申请人:大连帝国屏蔽电泵有限公司