基于“互联网+”的潜水泵实时故障诊断与维修方法
【专利摘要】本发明公开了基于“互联网+”的潜水泵实时故障诊断与维修方法。本发明的过程为：在潜水泵泵组及管路系统中安装压力传感器、涡轮流量计、转速感应式传感器、振动传感器和电流传感器；运行基于“互联网+”的潜水泵实时故障诊断与维修系统；采用数据采集模块采集各个传感器发出的信号，并建立潜水泵实时故障诊断与维修系统与PLC之间的数据通信；对读取的数据信号进行实时数据分析及诊断，将诊断出的故障保存到故障数据库，并给出最佳的故障解决方案，发出故障预警通知；预估维修效果，并将故障维修方案保存到维修管理数据库。本发明将“互联网+”技术和故障诊断技术有效结合起来，实现了潜水泵的远程早期故障预警和检修，减少了故障停机时间。
【专利说明】
基于"互联网+"的潜水泵实时故障诊断与维修方法
技术领域
[0001] 本发明属于流体机械智能诊断技术领域，特指涉及基于"互联网+"的潜水栗实时 故障诊断与维修方法。
【背景技术】
[0002] 工业互联网时代已经到来，大数据的运用和分析，数字化、网络化和智能化已成为 水栗行业发展的重要特征，是水栗企业未来发展的主要方向。"互联网+水栗"未来的发展战 略，是要将"互联网+"技术与水栗在设计、研发、制造、营销、维修等各个阶段进行充分融合， 以提高整个水栗行业的运营效率。基于"互联网+"的水栗实时故障诊断与维修，就是采用 "互联网+"技术、数据分析和故障诊断技术对水栗进行实时检测和故障预判，为水栗维修服 务人员提供检修意见，从而使水栗机组安全稳定运行。
[0003] 目前，基于"互联网+"的水栗故障诊断与维修方法还不成熟，如:硕士学位论文《基 于工业互联网的电厂水栗振动在线监测研究》（2014年6月）采用工业互联网下数据的联网 实现了电厂水栗振动信号的在线监测及专家诊断，但水栗的故障不仅仅是振动引起的，温 度和电流都有可能引起水栗故障；实用新型专利《基于工业互联网的火电厂机栗设备故障 预警与检测优化系统》（申请号：201520176105.2)介绍了一种基于工业互联网的火电厂机 栗设备故障预警与检测优化系统，该专利仅适用于火电厂机栗，且该系统仅根据历史数据 进行故障判断。
【发明内容】
[0004] (一)要解决的技术问题
[0005] 针对上述现有基于互联网的水栗故障诊断与维修方法中存在的问题，本发明旨在 提供一种基于"互联网+"的潜水栗实时故障诊断与维修方法。
[0006] (二)技术方案
[0007] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:基于"互联网+"开发潜水栗运 行状态监控与诊断系统，采用数据采集模块采集各个传感器发出的信号，采用PLC (Programmable Logic Controller)技术将这些信号转换成数字信号，建立潜水栗运行状 态监控与诊断系统与PLC之间的数据通信，实时读取数据采集模块的数据，并对读取的数据 信号进行实时数据分析和运行诊断，诊断出可能出现的故障后发出预警通知，以手机短信 的方式通知维修人员进行检修，最后对维修后的潜水栗运行状态进行实时监控，预估维修 效果，并将故障维修方案保存到维修管理数据库。其具体步骤如下：
[0008] (1)在潜水栗栗组及管路系统中安装压力传感器、涡轮流量计、转速感应式传感 器、振动传感器和电流传感器。采用电测法测量出潜水栗潜水电机的空载损耗，绘制出铁耗 和机械耗。潜水栗的转速η由感应式传感器测量得到，流量Q由潜水栗出口管路系统上的涡 轮流量计测量得到，潜水栗出口压力Ρ〇由栗出口管路上的压力传感器测量得到。潜水电机 和潜水栗的振动烈度由振动传感器测量得到。所述压力传感器、转速传感器、振动传感器 和电流传感器需要做防水处理，防止水进入传感器中，以确保传感器的灵敏度。
[0009] (2)采用WinCC设计潜水栗运行状态监控与诊断系统，利用PLC技术实现对潜水栗 运行状态的过程控制。在潜水栗运行状态监控与诊断系统的内网资源中架设一台VPN服务 器。通过手机移动2G/3G/4G网络或手机无线网络链接VPN服务器实现潜水栗运行状态的远 程监控。对VPN服务器和移动手机之间的通讯数据进行加密处理，以保证数据传输的安全。
[0010] (3)采用数据采集模块采集压力传感器、涡轮流量计、转速感应式传感器、振动传 感器和电流传感器发出的4~20mA的电流信号。采用PLC技术对采集的电流信号进行数据转 换。通过PLC进行A/D转换成数字信号，同时建立潜水栗运行状态监控与诊断系统与PLC之间 的数据通信。潜水栗的扬程Η由距栗出口法兰2倍管径处的压力Po计算得到：
其中P 为离心栗输送介质的密度，g为重力加速度，g = 9.8;根据潜水电机空载的铁耗和机械耗，计 算出负载试验后的潜水电机输出功率，即潜水栗的输入功率P;效率η由公式n=PgQH/P计算 得到。对流量、压力、转速、扬程、功率、效率、振动、电流等数据进行存储和备份。
[0011] (4)对步骤(3)中读取的流量、压力、转速、扬程、功率、效率、电流等数据进行实时 趋势分析及频谱分析。对步骤(3)读取的振动信号进行小波分解，对高频段的小波系数采用 Hlibert-Huang变换进行包络分析，再采用经验模态分解法对包络分析得到的包络信号进 行分解。诊断出超电流、轴承损坏、转子不对中、栗组地脚螺栓松动、叶轮磨损或叶轮与栗体 接触等可能出现的故障后，利用移动互联网的普及性，在全球范围内搜寻高效合理的故障 解决方案，并发出故障预警通知，以手机短信的方式将故障及故障解决方案通知维修人员。
[0012] (5)对维修后的潜水栗运行状态进行实时监控，预估维修效果，并将故障维修方案 保存到维修管理数据库。
[0013](三)有益效果 [0014]本发明的优点在于：
[0015] (1)将"互联网+"技术和故障诊断技术有效结合起来，实现了潜水栗故障的早期预 警和检修，使得栗组安全稳定运行。
[0016] (2)在线实时诊断潜水排污栗可能出现的故障，不仅能减少了潜水排污栗故障停 机时间，还能为维修人员提供技术支持，减少维修成本。
[0017] (3)利用移动互联网的普及性，可在全球范围内搜寻高效合理的故障解决方案，进 一步提高了故障诊断能力和维修效果。
【附图说明】
[0018] 图1为基于"互联网+"的潜水栗运行状态监控与检修方法的示意图；
[0019] 图中，1-水栗振动传感器，2-潜水排污栗，3-感应式转速传感器，4-电机振动传感 器，5-潜水电机，6-栗出口压力传感器，7-电流传感器，8-潜水栗运行状态监控与诊断系统， 9-祸轮流量计，10-出口闸阀。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0021 ]实施例:一台比转数为54.6的WQK25-40-7.5型潜水排污栗（图1)，其设计流量为Qd =25m3/h，设计扬程Hd = 40m，转速n = 2860r/min。具体步骤如下：
[0022] (1)在潜水栗栗组及管路系统中安装压力传感器、涡轮流量计、转速感应式传感 器、振动传感器和电流传感器。采用电测法测量出潜水栗潜水电机的空载损耗，绘制出铁耗 和机械耗。潜水栗的转速η由感应式传感器测量得到，流量Q由潜水栗出口管路系统上的涡 轮流量计测量得到，潜水栗出口压力Ρ〇由栗出口管路上的压力传感器测量得到。潜水电机 和潜水栗的振动烈度由振动传感器测量得到。所述压力传感器、转速传感器、振动传感器和 电流传感器需要做防水处理，防止水进入传感器中，以确保传感器的灵敏度。当栗的流量Q = 27. Im3/h、转速n = 2866r/min时，出口压力Po = 0.38MPa，电机振动速度为0.94mm/s，栗振 动速度为〇. 82mm/s。
[0023] (2)采用WinCC设计潜水栗运行状态监控与诊断系统，利用PLC技术实现对潜水栗 运行状态的过程控制。在潜水栗运行状态监控与诊断系统的内网资源中架设一台VPN服务 器。通过手机移动2G/3G/4G网络或手机无线网络链接VPN服务器实现潜水栗运行状态的远 程监控。对VPN服务器和移动手机之间的通讯数据进行加密处理，以保证数据传输的安全。 [0024] (3)采用数据采集模块采集压力传感器、涡轮流量计、转速感应式传感器、振动传 感器和电流传感器发出的4~20mA的电流信号。采用PLC技术对采集的电流信号进行数据转 换。通过PLC进行A/D转换成数字信号，同时建立潜水栗运行状态监控与诊断系统与PLC之间 的数据通信。潜水栗的扬程Η由距栗出口法兰2倍管径处的压力Po计算得到，
其中P 为离心栗输送介质的密度，g为重力加速度，g = 9.8;根据潜水电机空载的铁耗和机械耗，计 算出负载试验后的潜水电机输出功率，即潜水栗的输入功率P;效率η由公式n=PgQH/P计算 得到。由上述公式可以计算出，当0 = 27.11113/11、11 = 28661'/111；[11时，!1=39.9111，？ = 6.5欣，11 = 61.3 %。对流量、压力、转速、扬程、功率、效率、振动、电流等数据进行存储和备份。
[0025] (4)对步骤(3)中读取的流量、压力、转速、扬程、功率、效率、电流等数据进行实时 趋势分析及频谱分析。对步骤(3)读取的振动信号进行小波分解，对高频段的小波系数采用 Hlibert-Huang变换进行包络分析，再采用经验模态分解法对包络分析得到的包络信号进 行分解。诊断出超电流、轴承损坏、转子不对中、栗组地脚螺栓松动、叶轮磨损或叶轮与栗体 接触等可能出现的故障后，利用移动互联网的普及性，在全球范围内搜寻高效合理的故障 解决方案，并发出故障预警通知，以手机短信的方式将故障及故障解决方案通知维修人员。
[0026] (5)对维修后的潜水栗运行状态进行实时监控，预估维修效果，并将故障维修方案 保存到维修管理数据库。
[0027] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰 也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 基于"互联网+"的潜水累实时故障诊断与维修方法，其特征在于包括W下步骤： (1) 在潜水累累组及管路系统中安装压力传感器、满轮流量计、转速感应式传感器、振 动传感器和电流传感器； (2) 运行基于"互联网+"的潜水累实时故障诊断与维修系统； (3) 采用数据采集模块采集各个传感器发出的信号，采用PLC技术将信号转换成数字信 号，并建立潜水累实时故障诊断与维修系统与化C之间的数据通信； (4) 对读取的数据信号进行实时数据分析及诊断，将诊断出的故障保存到故障数据库， 并对诊断出的故障进行分析，给出最佳的故障解决方案，发出故障预警通知； (5) 对维修后的潜水累运行状态进行实时监控，预估维修效果，并将故障维修方案保存 到维修管理数据库。2. 根据权利要求1所述的基于"互联网+"的潜水累实时故障诊断与维修方法，其特征在 于： 所述步骤（1)中在潜水累累组及管路系统中安装压力传感器、满轮流量计、转速感应式 传感器、振动传感器和电流传感器的具体步骤如下： (A) 在潜水累累组及管路系统中安装压力传感器、满轮流量计、转速感应式传感器、振 动传感器和电流传感器； (B) 采用电测法测量出潜水累潜水电机的空载损耗，绘制出铁耗和机械耗； (C) 潜水累的转速η由感应式传感器测量得到，流量Q由潜水累出口管路系统上的满轮 流量计测量得到，潜水累出口压力化由累出口管路上的压力传感器测量得到； (D) 潜水电机和潜水累的振动烈度由振动传感器测量得到。3. 根据权利要求1所述的基于"互联网+"的潜水累实时故障诊断与维修方法，其特征在 于： 所述步骤(2)中基于"互联网+"的潜水累实时故障诊断与维修系统的开发步骤如下： (Α)采用WinCC(Windows Control Center)设计潜水累运行状态监控与诊断系统，利用 PLC技术实现对潜水累运行状态的过程控制； (B) 在潜水累运行状态监控与诊断系统的内网资源中架设一台VPN服务器，通过手机移 动2G/3G/4G网络或手机无线网络链接VPN服务器实现潜水累运行状态的远程监控； (C) 对VPN服务器和移动手机之间的通讯数据进行加密处理。4. 根据权利要求1所述的基于"互联网+"的潜水累实时故障诊断与维修方法，其特征在 于： 所述步骤(3)中采用数据采集模块采集各个传感器发出的信号，采用PLC技术将信号转 换成数字信号，并建立潜水累实时故障诊断与维修系统与化C之间的数据通信的具体步骤 如下： (A) 采用数据采集模块采集压力传感器、满轮流量计、转速感应式传感器、振动传感器 和电流传感器发出的4~20mA的电流信号； (B) 采用化C技术对采集的电流信号进行数据转换，通过化C进行A/D转换成数字信号， 同时建立潜水累运行状态监控与诊断系统与化C之间的数据通信； (C) 数据处理；潜水累的扬程Η由距累出口法兰2倍管径处的压力Po计算得到，敎 '終浆 其中P为离屯、累输送介质的密度，g为重力加速度，g = 9.8;根据潜水电机空载的铁耗和机械 耗，计算出负载试验后的潜水电机输出功率，即潜水累的输入功率P;效率η由公式n=Pg卵/ P计算得到； (D)对流量、压力、转速、扬程、功率、效率、振动、电流等数据进行存储和备份。5. 根据权利要求1所述的基于"互联网+"的潜水累实时故障诊断与维修方法，其特征在 于： 所述步骤(4)中对读取的数据信号进行实时数据分析及诊断，将诊断出的故障保存到 故障数据库，并对诊断出的故障进行分析，给出最佳的故障解决方案，发出故障预警通知的 具体步骤如下： (A) 对步骤(3)中读取的流量、压力、转速、扬程、功率、效率、电流等数据进行实时趋势 分析及频谱分析； (B) 对步骤（3)读取的振动信号进行小波分解，对高频段的小波系数采用Hlibert- 化ang变换进行包络分析，再采用经验模态分解法对包络分析得到的包络信号进行分解； (C) 对诊断出的故障进行分析，并利用移动互联网的普及性，在全球范围内捜寻高效合 理的故障解决方案，并发出故障预警通知。6. 根据权利要求1或5所述的基于"互联网+"的潜水累实时故障诊断与维修方法，其特 征在于:所述的诊断出的故障可能是超电流、轴承损坏、转子不对中、累组地脚螺栓松动、叶 轮磨损或叶轮与累体接触。7. 根据权利要求1或5所述的基于"互联网+"的潜水累实时故障诊断与维修方法，其特 征在于:所述的预警通知是W手机短信的方式将故障及故障解决方案通知维修人员。8. 根据权利要求1、2、3、4所述的基于"互联网+"的潜水累运行状态监控与检修方法，其 特征在于:所述压力传感器、转速传感器、振动传感器和电流传感器需要做防水处理，防止 水进入传感器中。
【文档编号】F04D15/00GK106089754SQ201610531397
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】王凯, 陈昆, 刘厚林, 翟松茂, 滕康乐, 娄建伟
【申请人】宁波巨神制泵实业有限公司, 江苏大学