液相銹蝕智能全自動測定儀的研究

徐霄筱 祁炯 陳英

摘要：機組在運行過程中不可避免地會有水和蒸汽侵入，對整個潤滑系統金屬部件造成不同程度的腐蝕，防銹性能是汽輪機油質量監督的一項重要指標。傳統的檢測方法耗時較長，且需要專人值守，為了進一步提升汽輪機油監督管理和發電機組安全運行水平，研制出一套液相銹蝕智能全自動測定儀，其應用了智能化液位監控、遠程視頻監控等多項技術。對系統中各主要模塊功能及效果予以介紹，實驗結果表明：所研制的液相銹蝕智能全自動儀各項功能均實現了設計目標，可有效提高試驗工作效率，加強油質防銹性能監督，確保汽輪機組安全運行，且無需專人值守，有推廣應用價值。

關鍵詞：液相銹蝕;油質防銹;全自動測定儀

前言

隨著我國科學技術水平的提升，越來越多的現代化技術被應用在了實際的儀器設計環節，不僅為我國傳統的設備儀器使用注入了新的發展活力，同時也在很大程度上提升了原有儀器、設備的質量和使用壽命。其中，汽輪機組作為我國實際工業生產環節不容忽視的重要組成部分之一，在汽輪機組實際的運行過程中，受其工作環境的影響，導致汽輪機很容易因水蒸氣的滲透而造成設備不同程度的銹蝕問題，影響了汽輪機組的使用壽命，同時也在一定程度上為后續的安全運行埋下隱患。所以，在這一需求背景下，本文著眼于液相銹蝕理念入手，構建能夠實現對汽輪機油銹蝕情況進行智能化全自動測定的裝置，希望能夠對后續汽輪機組的正常運行奠定夯實的基礎。

一、液相銹蝕的概述及其應用到智能全自動測定儀中的可行性

（一）液相銹蝕的概述

就液相銹蝕而言，是一種相對于“氣相銹蝕”而言的，指金屬在某種溶液中產生的銹蝕現象。近幾年，隨著我國有關這一技術研究的不斷深入，這一理論逐漸被應用到了對設備銹蝕狀態的檢測環節，合理的應用液相銹蝕不僅僅能夠實現對物體表面銹蝕情況的監控，從而也能夠在一定程度上指導后續設備修理以及維護的方向。

（二）液相銹蝕應用到智能全自動儀中的可行性

自動化技術在實際機械設備設計、生產領域的落實使得液相銹蝕在實際智能化設備中的應用成為了可能，尤其是在液相銹蝕智能全自動測定儀的設計來說，這一設備所涉及的所有附件和配件都有符合相關標準的供應商，并且均能夠符合國家的相應規章制度，所以，可以認為在實際的設計環節這一理念是可行的。

二、液相銹蝕智能全自動測定儀的設計

（一）液相銹蝕智能全自動測定儀的功能需求

首先，這一液相銹蝕智能全自動測定儀應具備無人監控與計算機連接視頻監控全過程的控制系統，還可與移動設備連接操控監視;第二，在測定儀的接口處應采用先進的PID檢測試驗技術方法，安全、穩定、可靠的控制過程;第三，測定儀應能夠針對檢測過程的溫度、轉速、運行狀態的全自動智能檢測控制、顯示;最后，則要求該測定儀能夠具備自動補水，超溫保護，故障自動報警等智能功能。

（二）液相銹蝕智能全自動測定儀的系統組成

結合以往液相銹蝕技術的研究，該液相銹蝕全自動測定儀應由以下閉環控制系統、網絡監控系統、安全保護系統、報警系統四部分構成：

1.閉環控制系統，根據GB/T 11143《加抑制劑礦物油在水存在下防銹性能試驗法》中所述，在試驗過程中精準控制試驗溫度，滿足60℃±1℃的要求，并保證符合GB/T 1220中1Cr18Ni9Ti要求的不銹鋼材質制成攪拌器的運行速度控制在1000r/min±50r/min。要穩定可靠的控制以上兩個功能部件的運行參數，需要采用閉環控制的方法得以實現。

2.網絡監控系統，根據GB/T 11143試驗方法中所述，整個試驗時長為24h，因為試驗過程中，需要設備始終處于通電、加熱狀態，在夜間工作時，為了用電安全和試驗室安全，需要人員值守，為了減輕化驗員工作負荷，可以通過網絡功能將設備運行狀態和實時影像上傳到網絡服務器中，即使化驗員不在現場，也可以很方便的查看。設備通過本地RS232、CAN、RS485、I2C等接口，采集設備自身的溫度信號、轉速信號、開關信號、液位信號等，并將所有信號上傳到ANDROID服務器。安卓服務器內建WebServer和VNCServer，提供基于HTTP協議的網絡服務功能。安卓服務器和用戶機通過路由器連接在同一局域網內，用戶機即可通過服務器查看設備的運行狀態，用戶機可以是具有Wlan網絡接口的計算機，也可以是具有WIFI連接功能的手持設備。同時，安卓服務器還可以通過移動網絡向手機發送狀態短信。

3.安全保護系統，除了具有常規的軟件保護功能以外，還采用了作為預備方案的硬件保護電路，當軟件崩潰或發生意外時，硬件保護電路即可生效，從而實現設備運行的絕對安全。硬件保護電路有以下幾項：

1） 溫度保護開關，保護溫度70℃，當液體浴溫度超過70℃時，直接跳過軟件控制，將加熱器切斷電源。

2）液位保護開關，當試驗液體低于最低液面線時，自動開啟設備補液泵進行補液，到達工作液面時，自動停止補液，該功能可有效降低因設備干燒而導致實驗室火災等安全事故的風險。

3）電機過熱、過載保護開關，當檢測到電機工作電流出現異常，明顯大于或小于其額定工作電流時，自動切斷電機電源。

4）設備電源異常保護開關，當設備所接入的交流220V電源超出20%范圍時，自行切除自身供電電源。

4，報警系統，當設備處于異常狀態時立即發出警報，在第一時間通知相關人員，速度排查問題，該系統主要由聲光報警、短信通知以及記錄異常日志等功能組成。

（三）液相銹蝕智能全自動測定儀的實現

首先，就電氣原理環節而言，設備電路部分由兩部分組成：主板、控制板。主板集成了CPU、溫度采集、信號采集、顯示器接口，其中CPU通過觸摸屏接收操作人員指令，由采集到的各類信號，通過邏輯判斷，安排指令運行，并向控制板發送控制指令;控制板上集成各類開關器件，如固體繼電器、電磁繼電器、開關三極管、MOS管等，在接收到CPU的控制指令后，驅動加熱管、電磁閥、泵、電機等執行器件運行，為系統可靠性和安全性提供保障。

其次，就顯示器元件的設計環節，則采用android4.1操作系統的7寸屏幕，電容觸摸屏，觸摸靈敏度提高，且具有無線wifi功能，并留有互聯網連接和USB連接接口，操作頁面之間轉換采用滑動手勢切換，簡單快捷。

第三，在進行MCU選型的環節，設備采用意法半導體生產的STM32F103作為主控，它是32位基于ARM核心的帶512K字節閃存的微控制器，具有良好的抗干擾性和穩定性，主頻最高72MHz，支持單周期乘法和硬件除法，供電電源支持2.0V – 3.6V，支持低功耗模式。

第四，就無線警報模塊的實現來說，本設計選擇的 GSM 模塊為 SIMCOM（希姆通）公司的 SIM900A 模塊，該模塊為 SIMCOM 公司推出的一款緊湊型產品，完全采用 SMT 封裝形式，其性能穩定，外觀精巧，性價比高。SIM900A 采用工業標準接口，工作頻率為/900Mhz/1800MHz，內嵌 TCP/IP協議，可以低功耗實現語音、短信（SMS）、數據和傳真信息的傳輸。本模塊與MCU通過串口通信，當設備出現異常時，通過此模塊向指定手機發送故障報警短信。

第五，就溫度采集模塊的實現來說，使用PT100作為溫度傳感元件，在PT100上流經1mA恒流電源，則溫度升高1℃，PT100上的電壓增大0.385mV，電壓進入減法電路做減法運算，被減去的電壓為100mV，這是因為當PT100阻值為100Ω，對應溫度為0℃，設備的溫度檢測范圍為 0 – 100℃。減法電路的輸出電壓進入運算放大器，其放大倍數約為65倍，以此滿足后續PID溫度控制的要求。

第六，就也為液位開關環節的實現來說液位開關使用不銹鋼浮球兩位電磁-干簧管式，垂直安裝并探入液體浴缸中，當液位開關浮球位于下液面線以下時，表示恒溫浴缺液，檢測到該狀態，設備將自動啟動補液泵進行補液。當液位開關浮球位于上液面線時，表示恒溫浴中液面太滿，設備將自動打開排液閥進行排液。只有在上液面線和下液面線之間的液面，才是設備工作的安全液面。

最后，就網絡服務裝置和視頻監控裝置來說，均選擇了集成在ANDROID顯示器中的網絡服務器共提供了兩種服務類型，分別為WebServer和VNCServer。這兩種模式都能夠在一定程度上為設備的使用者提供預期的監控結果。比如，就這一環節，通過VNC服務器，在接入網絡的任何智能終端上，都可以獲得和現場操作使用設備時，完全一樣的顯示界面，操作員在辦公室甚至樓道里就可以方便快捷的了解到設備的運行信息。

結語：

綜上所述，本文通過對系統中各主要模塊功能及效果予以介紹，實驗結果表明：所研制的液相銹蝕智能全自動儀各項功能均實現了設計目標，可有效提高試驗工作效率，加強油質防銹性能監督，確保汽輪機組安全運行，且無需專人值守，有推廣應用價值。

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