優化泵監控系統

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 控制系統之外，還有供電電源、接線端子和觸摸控制屏

泵監控系統維護保養工作的優化——預測性維護保養是當下流行的專業詞匯，預測性維護保養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預測性維護保養呢？

無論是在工業企業內部，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工作進行優化。這是基于成本費用的壓力、技術工人的缺乏和現有技術方案的現代化改造等考慮。優化的目標通常是在保持或者提高工作效率的前提下，降低維護保養的成本。2001 年引進的安全生產條例緩解了BGV 同工業傷事故保險法規的有關規定之間的關系，即檢查便攜式和固定式儀器儀表的時間由企業自己確定。這一舉措引發了人們對規定的重視，以及對檢測和維護的執行情況的討論。

確定維護保養需求

數字化技術的進步與發展以及未來型項目的工業4.0 方案，為企業提供了許多新的可能性。因此，預測性的維護保養就在短短幾年里成為大趨勢。預測性維護保養就是利用現代化的傳感技術手段對設備的磨損情況進行長期性的監控，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；

●及早發現磨損及其原因，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 年決定開發一種對泵和電動機構成的系統進行預測性維護保養的系統。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性地優化泵的維護保養，監控系統利用這種方式，能夠支持運營商實現下列目標：

●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；

●振動動態監測；

●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。

泵工作狀態關注的重點

廣泛采集數據

僅僅采集和記錄個別信息、數據，是無法實現既定目標的，我們需要對泵的運行狀態進行全面的檢測、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據。因此，泵監控系統所采集的數據有：

●電氣參數，如電機側電流，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，例如吸入側和輸出側的壓力，體積流量和速度。

另外，還可以通過8 個數字輸入端子傳輸其他狀態信息，其中包括密封填料燒糊情況的監控或者泄露監控。整個系統共有8 個模擬輸入端子和8 個數字輸入端子，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。泵的實際工作狀態用紅色、黃色或者綠色曲線顯示在監視器的狀態總覽畫面中。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，并及時發現可能損壞（紅色）的情況。除了顯示的信息之外，控制系統后臺還有更加詳細的評估分析原始數據，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發展歷史

持續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據對用戶的判斷也有至關重要。因此，在泵的振動情況監控中除了提供紅黃綠3 條曲線之外，監控系統還提供了以mm/s 為單位的振動值數據，這里包括基于DIN 108163 標準的振動速度極限值分析，以及振動的原始數據。專業技術人員只有通過示波器或者FFT 分析儀經BNC 同軸電纜連接器傳輸過來的原始數據，才能準確分析出振動的原因，判斷是因軸承損壞、調整不準確、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控系統中的第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據采集。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。在這一過程中，泵監控系統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，泵監控系統就會將整個泵系統的效率顯示出來，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。

泵監控系統能夠在泵的所有工作點處對泵的日常運行情況進行監控、分析和評估。通過與歷史數據的對比就可以發現潛在的風險。另外，泵的使用者也可以根據真實的需求優化泵的運行，從而更好地協調泵的維護保養，并提高泵的利用率。在常規通信技術協議，例如Modbus TCP、Profinet或者OPC 通信技術協議的支持下，這一解決方案可以簡單地集成到用戶企業現有的控制系統中去。

用戶也可以為泵監控系統選配云技術服務，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，同時也省去了對數據的分類整理、歸檔等數據管理的工作量。專業的數據中心可以確保訪問的安全性和數據的可用性，并保障用戶可以隨時隨地訪問這些數據。因此，泵監控系統為用戶的日常工作帶來了更多的附加值。