優(yōu)化泵監(jiān)控系統(tǒng)

文/Thomas Geiz

即用型的泵和電動機電氣柜控制方案中，在電氣柜控制中除了有帶輸入輸出模塊的Axiocontrol 控制系統(tǒng)之外，還有供電電源、接線端子和觸摸控制屏

泵監(jiān)控系統(tǒng)維護保養(yǎng)工作的優(yōu)化——預測性維護保養(yǎng)是當下流行的專業(yè)詞匯，預測性維護保養(yǎng)能夠降低維修成本并提高設備的利用率。那么，怎樣在只有電動機和泵的情況下實現(xiàn)預測性維護保養(yǎng)呢？

無論是在工業(yè)企業(yè)內(nèi)部，還是在市政水資源管理中，都有必要對水處理設備的維護保養(yǎng)工作進行優(yōu)化。這是基于成本費用的壓力、技術工人的缺乏和現(xiàn)有技術方案的現(xiàn)代化改造等考慮。優(yōu)化的目標通常是在保持或者提高工作效率的前提下，降低維護保養(yǎng)的成本。2001 年引進的安全生產(chǎn)條例緩解了BGV 同工業(yè)傷事故保險法規(guī)的有關規(guī)定之間的關系，即檢查便攜式和固定式儀器儀表的時間由企業(yè)自己確定。這一舉措引發(fā)了人們對規(guī)定的重視，以及對檢測和維護的執(zhí)行情況的討論。

確定維護保養(yǎng)需求

數(shù)字化技術的進步與發(fā)展以及未來型項目的工業(yè)4.0 方案，為企業(yè)提供了許多新的可能性。因此，預測性的維護保養(yǎng)就在短短幾年里成為大趨勢。預測性維護保養(yǎng)就是利用現(xiàn)代化的傳感技術手段對設備的磨損情況進行長期性的監(jiān)控，它有以下幾個主要目標：

●僅在需要和要求時對對象進行維護；

●降低維護成本；

●及早發(fā)現(xiàn)磨損及其原因，以避免損壞；

●提高設備可用性。

在這樣的背景條件下，M.A.C.System Solutions 公司、PCB Synotech 公司和菲尼克斯電氣公司于2015 年決定開發(fā)一種對泵和電動機構成的系統(tǒng)進行預測性維護保養(yǎng)的系統(tǒng)。從2017 年起，帶有預編程序控制的即用型電氣柜WAL-SC-Pumpmonitor 開始批量上市。這一解決方案可以連續(xù)性地優(yōu)化泵的維護保養(yǎng)，監(jiān)控系統(tǒng)利用這種方式，能夠支持運營商實現(xiàn)下列目標：

●保持泵在最佳工作點運行；

●對消耗的能源與泵送的流量進行比較；

●避免湍流/氣蝕；

●振動動態(tài)監(jiān)測；

●對所使用的泵是否符合使用目的進行評估；

●降低維護成本；

●提高泵設備的安全性和可用性；

●診斷泵的疲勞和磨損情況。

泵工作狀態(tài)關注的重點

廣泛采集數(shù)據(jù)

僅僅采集和記錄個別信息、數(shù)據(jù)，是無法實現(xiàn)既定目標的，我們需要對泵的運行狀態(tài)進行全面的檢測、分析和評估。為此就要檢測、采集和記錄大量的機械、電氣和流體力學的數(shù)據(jù)。因此，泵監(jiān)控系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)有：

●電氣參數(shù)，如電機側(cè)電流，電壓和功率；

●機械變量，例如繞組或軸承溫度以及軸承的振動和泵組的振動；

●流體動力學參數(shù)，例如吸入側(cè)和輸出側(cè)的壓力，體積流量和速度。

另外，還可以通過8 個數(shù)字輸入端子傳輸其他狀態(tài)信息，其中包括密封填料燒糊情況的監(jiān)控或者泄露監(jiān)控。整個系統(tǒng)共有8 個模擬輸入端子和8 個數(shù)字輸入端子，6 個標準信號為100 mV/G 的PCB Synotech 振動傳感器信號輸入端子，以及2 個報警組件的中性觸點和1 個綜合報警觸點。泵的實際工作狀態(tài)用紅色、黃色或者綠色曲線顯示在監(jiān)視器的狀態(tài)總覽畫面中。通過這種簡單明了的顯示方式，泵用戶就可以很快知道是否有緊急維修或者中期維修（黃色）的必要，并及時發(fā)現(xiàn)可能損壞（紅色）的情況。除了顯示的信息之外，控制系統(tǒng)后臺還有更加詳細的評估分析原始數(shù)據(jù)，例如振動傳感器的頻率特性。

從1885 年開始到今天的維護保養(yǎng)發(fā)展歷史

持續(xù)顯示當前的運行狀況

在泵的振動情況評估分析中，除了故障診斷的圖像之外，傳感器檢測的原始數(shù)據(jù)對用戶的判斷也有至關重要。因此，在泵的振動情況監(jiān)控中除了提供紅黃綠3 條曲線之外，監(jiān)控系統(tǒng)還提供了以mm/s 為單位的振動值數(shù)據(jù)，這里包括基于DIN 108163 標準的振動速度極限值分析，以及振動的原始數(shù)據(jù)。專業(yè)技術人員只有通過示波器或者FFT 分析儀經(jīng)BNC 同軸電纜連接器傳輸過來的原始數(shù)據(jù)，才能準確分析出振動的原因，判斷是因軸承損壞、調(diào)整不準確、不平衡或者是氣蝕帶來的振動。

流體動力學和電氣技術的分析支持3 種優(yōu)化方式：泵在最佳工作點運行，使用的能量與輸出的流量相匹配以及避免湍流和氣蝕。因此它是除振動之外泵監(jiān)控系統(tǒng)中的第2 個重要的組成部分。許多泵的使用者不了解他所使用泵的特性曲線，解決這一問題的方法就是測試運行過程的功能數(shù)據(jù)采集。在這一測試運行過程中，當泵啟動運行到額定負載工況時，用剎車裝置慢慢地將泵從開啟運行關閉到停止狀態(tài)。在這一過程中，泵監(jiān)控系統(tǒng)會繪制出一條泵的特性曲線，并確定出泵的最佳工作點。

在完成測試運行之后，用戶就可以得到泵系統(tǒng)的總效率，以及與當前運行方式有關的最佳工作點的分析圖。有了這些信息，就可以避免湍流和氣蝕，因為操作者可以不斷地觀察泵是否在最佳工作點處運行。

能源利用效率的個性化評估

尤其是在部分負載和低負載工況下，泵的加速常常會導致泵葉輪的過早損壞。這常常是由一些無意識的操作引起的，如泵的規(guī)格型號選的過大，或者泵的輸出量不再需要像最初購買泵時那么大等。在這種情況下，泵監(jiān)控系統(tǒng)就會將整個泵系統(tǒng)的效率顯示出來，并告訴操作者所使用的泵是否與任務相互匹配。這樣就將能源利用效率、能源管理和預見性故障分析以及避免故障損失結合到一起。

泵監(jiān)控系統(tǒng)能夠在泵的所有工作點處對泵的日常運行情況進行監(jiān)控、分析和評估。通過與歷史數(shù)據(jù)的對比就可以發(fā)現(xiàn)潛在的風險。另外，泵的使用者也可以根據(jù)真實的需求優(yōu)化泵的運行，從而更好地協(xié)調(diào)泵的維護保養(yǎng)，并提高泵的利用率。在常規(guī)通信技術協(xié)議，例如Modbus TCP、Profinet或者OPC 通信技術協(xié)議的支持下，這一解決方案可以簡單地集成到用戶企業(yè)現(xiàn)有的控制系統(tǒng)中去。

用戶也可以為泵監(jiān)控系統(tǒng)選配云技術服務，例如菲尼克斯電氣公司的Proficloud 云技術服務。這樣，用戶就可以在控制面板中訪問他所關注的系統(tǒng)信息了。而在使用云技術服務時，用戶無需購買任何硬件和軟件，同時也省去了對數(shù)據(jù)的分類整理、歸檔等數(shù)據(jù)管理的工作量。專業(yè)的數(shù)據(jù)中心可以確保訪問的安全性和數(shù)據(jù)的可用性，并保障用戶可以隨時隨地訪問這些數(shù)據(jù)。因此，泵監(jiān)控系統(tǒng)為用戶的日常工作帶來了更多的附加值。