屏蔽電泵全項智能監控儀的製作方法
2023-05-17 01:15:41
屏蔽電泵全項智能監控儀的製作方法
【專利摘要】屏蔽電泵全項智能監控儀，包括中央處理器和外圍電路，軸承徑向、軸向磨損、溫度、電機的相序信號經過中央處理器的處理，通過顯示電路顯示，中央處理器對對數據進行累積效應的統計，計算出接近實際的數值，這個數值與設定的上、下限數值進行比較，實現對報警的判斷功能。本發明的屏蔽電泵全項智能監控儀，能夠實現軸承的軸向、徑向磨損、溫度監測、壓力監測、電源相序變化或缺相監測報警，可根據監測的數據有效地對屏蔽電泵的故障進行預測，避免了因為故障停機造成的經濟損失，同時還能預測出設備什麼時候需要的進行維修；免除人員在現場作業，大大降低運行成本，多種數據集中採集，降低儀表投入成本和提高可靠性，保存數據有利於分析故障原因。
【專利說明】屏蔽電泵全項智能監控儀
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電子儀器領域，尤其涉及一種用於屏蔽電泵的信號監測儀器。
【背景技術】
[0002] 目前，屏蔽電泵行業內沒有全面監測儀表來應對複雜的信號採集和監測。現有的 屏蔽泵的監測儀表（TRG)功能單一，一種是只能測徑向信號和三相的相序信號，而且是指針 指示，不能測溫、不能測軸向磨損量、不能測壓力、不能保存測量數據、不能採用LED顯示， 而且經常是受到電磁幹擾導致儀表失靈、指示不準。另一種現有的軸向位移監控裝置可以 檢測出軸向位移的變化量，不能測徑向信號，不能測溫、不能測壓力，不能保存測量數據。 並且，當軸承磨損到需要更換的程度時，需要操作人員到機器現場讀數，根據指示值分 析判斷，然後採取相應措施處理，現場環境條件往往惡劣，給操作帶來不便，而且人員需要 定期巡視，增加運行成本；同時，現有的屏蔽泵的監測儀表沒有數據長期記錄保存備查功 能，不能追索調研故障發生時屏蔽泵的運行狀況，不能對設備的故障進行預測，不能對設備 的維修進行合理的調度，造成設備不必要的損壞和不能及時維修的問題，降低了工作效率。
【發明內容】
[0003] 為了克服傳統屏蔽電泵監測儀器存在的上述問題，本發明提供了一種能夠實現對 信號進行全面監測和故障預測的屏蔽電泵全項智能監控儀。
[0004] 本發明為實現上述目的所採用的技術方案是：屏蔽電泵全項智能監控儀，包括中 央處理器、徑向檢測電路和軸向檢測電路，安裝於屏蔽電泵定子3線圈上的徑向磨損傳感 器10和安裝於泵體1後端蓋上的軸向磨損傳感器9將輸出信號通過A/D轉換電路輸送到 徑向檢測電路和軸向檢測電路，徑向檢測電路和軸向檢測電路連接中央處理模塊的中央處 理器，中央處理器通過檢測到的徑向磨損信號和軸向磨損信號計算出接近實際的數值，接 近實際的數值與設定的上、下限數值進行比較來實現磨損度的判斷和報警。
[0005] 還包括顯示電路，顯示電路由LED組成，顯示電路與中央處理器連接，徑向磨損信 號和軸向磨損信號經過中央處理器處理成與被測信號強度相對應的數值量，這個數值量通 過相應顏色的LED對應顯示。
[0006] 還包括溫度檢測電路，安裝於屏蔽電泵定子3繞組端部的溫度傳感器11的輸出 信號通過A/D轉換電路輸入溫度檢測電路，溫度檢測電路連接中央處理器，檢測到的溫度 信號經過中央處理器處理成與被測信號強度相對應的數值量，這個數值量通過相應顏色的 LED對應顯示，數值量與設定的上、下限數值進行比較實現溫度判斷和報警。
[0007] 還包括電機的相序及缺相檢測電路，相序及缺相檢測電路與中央處理器連接，電 機的相序狀態信號經過中央處理器處理成與被測信號強度相對應的數值量，這個數值量通 過相應顏色的LED對應顯示，數值量與設定的上、下限數值進行比較實現電源相序變化或 缺相監測報警。
[0008] 監控儀12通過接線盒7安裝於泵體1上，接線盒7底座與定子3聯通，接線盒7 底座上設有壓力傳感器8,中央處理器通過檢測到的壓力信號計算出接近實際的數值，接近 實際的數值與設定的上、下限數值進行比較實現壓力監測和報警。
[0009] 中央處理器利用數學線性回歸分析對檢測到的徑向磨損信號和軸向磨損信號進 行處理，計算出設備的未來的磨損量。
[0010] 還設有RS485通訊電路，中央處理器通過RS485通訊電路與外部計算機進行數據 傳輸。
[0011] 還設有紅外傳輸電路，中央處理器通過IrDA無線紅外數據傳輸與讀寫器進行數 據交換。
[0012] 還設有電源轉換電路，電源轉換電路連接中央處理器，將電機提供的交流電轉換 為中央處理器的5V直流工作電源。
[0013] 本發明的屏蔽電泵全項智能監控儀，能夠實現軸承的軸向、徑向磨損、溫度監測、 壓力監測、電源相序變化或缺相監測報警；屏蔽電泵運行時現場無需人員操作，數據可長期 記錄保存備查；還可根據監測的數據有效地對屏蔽電泵的故障進行預測，避免了因為故障 停機造成的經濟損失，同時還能預測出設備什麼時候需要的進行維修，這樣便於生產系統 進行設備的維修進行科學地調度。比現有儀表延長使用壽命50%以上，分辨精度高，提供遠 程控制和操作，免除人員在現場作業，大大降低運行成本，多種數據集中採集，減少儀表數 量，直接降低儀表投入成本和提高可靠性，保存數據有利於分析故障原因，節省故障判定費 用、快速形成改進方案提高生產效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發明屏蔽電泵全項智能監控儀原理圖。
[0015] 圖2是本發明屏蔽電泵全項智能監控儀與電腦進行數據交換和存儲的原理圖。
[0016] 圖3是本發明屏蔽電泵全項智能監控儀在屏蔽泵上的安裝結構圖。
[0017] 圖4是本發明屏蔽電泵全項智能監控儀的中央處理電路圖。
[0018] 圖5是本發明屏蔽電泵全項智能監控儀的電源轉換電路。
[0019] 圖6是本發明屏蔽電泵全項智能監控儀的軸向檢測電路。
[0020] 圖7是本發明屏蔽電泵全項智能監控儀的徑向檢測電路。
[0021] 圖8是本發明屏蔽電泵全項智能監控儀的溫度檢測電路。
[0022] 圖9是本發明屏蔽電泵全項智能監控儀的相序及缺相檢測電路。
[0023] 圖10是本發明屏蔽電泵全項智能監控儀的顯示電路。
[0024] 圖11是本發明屏蔽電泵全項智能監控儀的顯示界面圖。
[0025] 圖12是本發明屏蔽電泵全項智能監控儀的紅外傳輸電路。
[0026] 圖13是本發明屏蔽電泵全項智能監控儀的RS485通訊電路。
[0027] 圖14是本發明屏蔽電泵全項智能監控儀磨損量預測的線性分析圖。
[0028] 圖中：1、泵體，2、葉輪，3、定子，4、轉子，5、軸，6、軸承，7、接線盒，8、壓力傳感器，9、 軸向磨損傳感器，10、徑向磨損傳感器，11、溫度傳感器，12、全項智能監控儀，13、信號線纜。
【具體實施方式】
[0029] 本發明的屏蔽電泵全項智能監控儀原理如圖1所示，核心為中央處理部分，它擔 負著所有數據的處理和所有功能的實現，由中央處理器（CPU)和外圍相關電路組成，中央處 理器採用ARM晶片，如圖4所示，採集到的的信號通過中央處理器處理之後由顯示部分顯 示，中央處理器通過RS485通訊和紅外數據通訊與外部進行數據交換和存儲，採用IrDA無 線紅外數據傳輸協議與監測儀進行數據交換，讀取的數據保存在讀寫器中，利用USB接口 或者無線WiFi將數據讀取到電腦中，如圖2所示。
[0030] 中央處理器（CPU)的外圍相關電路包括徑向檢測電路、軸向檢測電路、顯示電路、 溫度檢測電路、電機的相序及缺相檢測電路、RS485通訊電路、紅外傳輸電路和電源轉換電 路。
[0031] 當屏蔽電泵軸5端部的軸承6磨損到一定程度時，軸5與軸承6之間產生縫隙，軸 5會產生軸向位移，通過軸的位移量可以得到軸承的磨損量，依此原理，可通過安裝於泵體 1後端蓋上的軸向磨損傳感器9監測軸承的軸向磨損量。可通過在定子內腔處安裝壓力傳 感器8監測定子內腔壓力。
[0032] 本發明的監測儀在在屏蔽泵上的安裝結構如圖3所示，在屏蔽電泵定子3線圈上 安裝徑向磨損傳感器10和在泵體1後端蓋上安裝軸向磨損傳感器9,監控儀12通過接線盒 7安裝於泵體1上，接線盒7底座與定子3聯通，接線盒7底座上設有壓力傳感器8,在屏蔽 電泵定子3繞組端部安裝溫度傳感器11，徑向磨損傳感器10、軸向磨損傳感器9、壓力傳感 器8和溫度傳感器11通過信號線13連接監控儀12。
[0033] 軸承軸向磨損傳感器9、軸承徑向磨損傳感器10、溫度傳感器11將輸出信號通過 A/D轉換電路輸送到軸向檢測電路和徑向檢測電路，徑向檢測電路如圖7所示，軸向檢測電 路如圖6所示，溫度檢測電路如圖8所示，電機的相序及缺相檢測電路如圖9所示，顯示電 路如圖10所示，顯示電路由LED組成，顯示電路與中央處理器連接，顯示部分採用可靠的 LED發光體來組成的，特點是顯示直觀、耐用可靠；能夠滿足-40°C至+85°C的工業環境，壽 命長達20年以上，可以顯示的參數有軸承徑向、軸向磨損的狀態，泵的運行溫度、電機的相 序、是否缺相（哪一相）指示，顯示界面如圖11所示。軸承徑向、軸向磨損量、泵的運行溫度 和電機的相序及缺相信號，其中前三路信號為模擬量信號，經過A/D轉換通過信號隔離技 術、數字濾波技術將幹擾信號屏蔽，使採集的信號更準確可靠地反映被測量參量的實際數 值，為後續的數據處理、分析提供保證。軸承徑向、軸向磨損、泵的運行溫度、電機的相序狀 態信號經過CPU的處理成與被測信號強度相對應的數值量，這個數值的量轉換成相應顏色 的LED (燈光)顯示效果表現出來。中央處理器通過檢測到的徑向磨損信號、軸向磨損信號、 溫度信號、壓力信號對數值的累積效應的統計，計算出接近實際的數值，這個數值與設定的 上、下限數值進行比較，從而實現對報警的判斷功能。
[0034] 中央處理器利用數學線性回歸分析(線性最小二乘回歸）對軸承徑向、軸向磨損量 數據進行處理，從而抽象出數據的線性方程，利用線性方程計算出數據的趨勢，在此基礎上 計算出設備的未來的磨損量，因此實現了泵故障的預測功能，如圖14所示。
[0035] 中央處理器通過RS485通訊電路（Modbus協議）與外部計算機進行數據傳輸和交 換，用於存儲或分析處理，RS485通訊電路如圖13所示，通過IrDA無線紅外數據傳輸與讀 寫器進行數據交換，無線紅外數據傳輸電路如圖12所示，讀取的數據保存在讀寫器中，利 用USB接口或者無線WiFi將數據讀取到電腦中，實現了數據的存儲。
[0036] 電源轉換電路如圖6所示，電源轉換電路連接中央處理器，採用開關電源將電機 提供的交流電變成5V的直流工作電源的。
[0037] 本發明的屏蔽電泵全項智能監控儀實現了軸承的軸向磨損監測報警、軸承徑向磨 損監測報警、屏蔽泵關鍵部位溫度監測報警、屏蔽泵關鍵部位壓力監測報警、電源相序變化 或缺相監測報警、泵運行現場無人操作、數據長期記錄保存備查。屏蔽電泵全項智能監控儀 還有一個顯著的特點是根據監測的數據，運用數學回歸算法，能夠有效地對屏蔽電泵的故 障進行預測，避免了因為故障停機造成的經濟損失。同時還能預測出設備什麼時候需要的 進行維修，這樣便於生產系統進行設備的維修進行科學地調度。屏蔽電泵全項智能監控儀 除了具有模擬信號的在線監測數據的輸出功能，還具有通過網絡進行數據的傳輸功能。
[0038] 本發明是通過實施例進行描述的，本領域技術人員知悉，在不脫離本發明的精神 和範圍的情況下，可以對這些特徵和實施例進行各種改變或等效替換。另外，在本發明的教 導下，可以對這些特徵和實施例進行修改以適應具體的情況及材料而不會脫離本發明的精 神和範圍。因此，本發明不受此處所公開的具體實施例的限制，所有落入本申請的權利要求 範圍內的實施例都屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1. 屏蔽電泵全項智能監控儀，其特徵在於：包括中央處理器、徑向檢測電路和軸向檢 測電路，安裝於屏蔽電泵定子（3)線圈上的徑向磨損傳感器（10)和安裝於泵體（1)後端蓋 上的軸向磨損傳感器（9)將輸出信號通過A/D轉換電路輸送到徑向檢測電路和軸向檢測電 路，徑向檢測電路和軸向檢測電路連接中央處理模塊的中央處理器，中央處理器通過檢測 到的徑向磨損信號和軸向磨損信號計算出接近實際的數值，接近實際的數值與設定的上、 下限數值進行比較來實現磨損度的判斷和報警。
2. 根據權利要求1所述的屏蔽電泵全項智能監控儀，其特徵在於：還包括顯示電路， 顯示電路由LED組成，顯示電路與中央處理器連接，徑向磨損信號和軸向磨損信號經過中 央處理器處理成與被測信號強度相對應的數值量，這個數值量通過相應顏色的LED對應顯 /_J、1 〇
3. 根據權利要求2所述的屏蔽電泵全項智能監控儀，其特徵在於：還包括溫度檢測電 路，安裝於屏蔽電泵定子（3)繞組端部的溫度傳感器（11)的輸出信號通過A/D轉換電路輸 入溫度檢測電路，溫度檢測電路連接中央處理器，檢測到的溫度信號經過中央處理器處理 成與被測信號強度相對應的數值量，這個數值量通過相應顏色的LED對應顯示，數值量與 設定的上、下限數值進行比較實現溫度判斷和報警。
4. 根據權利要求3所述的屏蔽電泵全項智能監控儀，其特徵在於：還包括電機的相序 及缺相檢測電路，相序及缺相檢測電路與中央處理器連接，電機的相序狀態信號經過中央 處理器處理成與被測信號強度相對應的數值量，這個數值量通過相應顏色的LED對應顯 示，數值量與設定的上、下限數值進行比較實現電源相序變化或缺相監測報警。
5. 根據權利要求1所述的屏蔽電泵全項智能監控儀，其特徵在於：監控儀（12)通過接 線盒（7)安裝於泵體（1)上，接線盒（7)底座與定子（3)聯通，接線盒（7)底座上設有壓力 傳感器（8)，中央處理器通過檢測到的壓力信號計算出接近實際的數值，接近實際的數值與 設定的上、下限數值進行比較實現壓力監測和報警。
6. 根據權利要求1所述的屏蔽電泵全項智能監控儀，其特徵在於：中央處理器利用數 學線性回歸分析對檢測到的徑向磨損信號和軸向磨損信號進行處理，計算出設備的未來的 磨損量。
7. 根據權利要求6所述的屏蔽電泵全項智能監控儀，其特徵在於：還設有RS485通訊 電路，中央處理器通過RS485通訊電路與外部計算機進行數據傳輸。
8. 根據權利要求7所述的屏蔽電泵全項智能監控儀，其特徵在於：還設有紅外傳輸電 路，中央處理器通過IrDA無線紅外數據傳輸與讀寫器進行數據交換。
9. 根據權利要求6所述的屏蔽電泵全項智能監控儀，其特徵在於：還設有電源轉換電 路，電源轉換電路連接中央處理器，將電機提供的交流電轉換為中央處理器的5V直流工作 電源。
【文檔編號】G01D21/02GK104090512SQ201410314833
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月4日 優先權日:2014年7月4日
【發明者】清水學敏 申請人:大連帝國屏蔽電泵有限公司