多級(jí)離心泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用過(guò)程中故障發(fā)生頻率高。故障發(fā)生過(guò)程中，大部分情況下都會(huì)改變泵的正常運(yùn)行狀態(tài)，引起相關(guān)性能參數(shù)的變化。例如水泵吸入泥沙或有堵塞物，可能造成電機(jī)功率消耗過(guò)大，電機(jī)軸承損壞，進(jìn)而導(dǎo)致泵體振動(dòng)劇烈或產(chǎn)生噪聲。通過(guò)檢測(cè)水泵的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化和性能參數(shù)的變化來(lái)判斷離心泵的工作狀態(tài)和故障產(chǎn)生原因。離心泵常見(jiàn)故障、可能產(chǎn)生故障的原因及常見(jiàn)的檢測(cè)方法如下表1所示。
根據(jù)對(duì)離心泵常見(jiàn)故障的分析，為了最大限度的觀察廣一管道泵的工作狀態(tài)，能夠反映故障產(chǎn)生的檢測(cè)點(diǎn)，需要布置相應(yīng)的傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。水倉(cāng)內(nèi)的水位是用兩個(gè)液位傳感器來(lái)測(cè)量的，離心泵出口處配置壓力傳感器和流量傳感器來(lái)檢測(cè)出水口壓力和流量，離心泵入水口配置真空計(jì)，達(dá)到負(fù)壓要求時(shí)啟動(dòng)水泵電機(jī)。電機(jī)運(yùn)行時(shí)采用互感器來(lái)檢測(cè)線路的電壓和電流，用溫度傳感器檢測(cè)A、B、C三相線的溫度，振動(dòng)傳感器檢測(cè)電機(jī)前軸、后軸的振動(dòng)和泵體前軸、后軸的振動(dòng)，離心泵運(yùn)行時(shí)振動(dòng)和軸溫分別用振動(dòng)和溫度傳感器檢測(cè)。離心泵故障監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布如圖1所示。
圖1：離心泵故障監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖
1、系統(tǒng)功能分析
系統(tǒng)能夠根據(jù)外界使用環(huán)境和人為因素的變化，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)離心泵的控制?，F(xiàn)場(chǎng)傳感器、PLC實(shí)現(xiàn)離心泵運(yùn)行參數(shù)的采集，遠(yuǎn)程技術(shù)支持中心能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過(guò)通訊模塊和建立起來(lái)的通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與技術(shù)支持中心的數(shù)據(jù)交換，廣一水泵廠將采集到的離心泵的運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到遠(yuǎn)程技術(shù)支持中心數(shù)據(jù)庫(kù)，方便技術(shù)支持，該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，能夠很好的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程技術(shù)支持。系統(tǒng)主要有以下功能：
(1)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和檢測(cè)
(2)離心泵排水系統(tǒng)自動(dòng)控制功能
(3)離心泵運(yùn)行過(guò)程中的自保護(hù)功能
(4)數(shù)據(jù)采集和檢測(cè)
(5)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸
(6)主要性能參數(shù)的計(jì)算
(7)遠(yuǎn)程技術(shù)支持中心檢測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)
整個(gè)系統(tǒng)需要具備數(shù)據(jù)采集和處理、現(xiàn)場(chǎng)控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、監(jiān)測(cè)、保護(hù)功能；接受現(xiàn)場(chǎng)工作參數(shù)設(shè)定；遠(yuǎn)程工況再現(xiàn)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；遠(yuǎn)程控制；結(jié)果分析；信息反饋。
2、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
根據(jù)系統(tǒng)功能和廣一水泵廠設(shè)計(jì)的工藝要求，遠(yuǎn)程技術(shù)支持的整體控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。整個(gè)控制系統(tǒng)分為以下四個(gè)層次：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層；現(xiàn)場(chǎng)控制層；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層；遠(yuǎn)程技術(shù)支持中心。系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)的離心泵設(shè)備及相應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)控制器PLC及相配套的模塊，GPRS模塊，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站，遠(yuǎn)程技術(shù)支持中心站組成。在系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的上，采用合適的通訊方式，對(duì)離心泵的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，能夠得到較精確的泵的運(yùn)行狀態(tài)。
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：設(shè)備主要為傳感器、檢測(cè)儀表及各種開(kāi)關(guān)閥門(mén)，這些設(shè)備主要是對(duì)多級(jí)離心泵正常工作時(shí)的工作狀況直接進(jìn)行檢測(cè)和控制。其中，傳感器用于完成信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換，檢測(cè)儀表用于顯示現(xiàn)場(chǎng)的工作參數(shù)，通過(guò)對(duì)射流閥、出水閥等電動(dòng)閥門(mén)的控制實(shí)現(xiàn)離心泵的手、自動(dòng)控制。對(duì)設(shè)備層的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
控制層：控制層選用S7-200PLC作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控主控制器，由于S7-200自代的模擬量輸入點(diǎn)無(wú)法滿足設(shè)計(jì)功能的需要，系統(tǒng)需要選擇配套的模擬量輸入模塊以及相應(yīng)的通訊模塊完成控制層的設(shè)計(jì)需求。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能的GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊是實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程技術(shù)支持中心通訊的主要設(shè)備，所以為PLC配備GPRS模塊，直接通過(guò)RS485接口與S7-200PLC連接，主要功能是完成數(shù)據(jù)傳輸格式的轉(zhuǎn)換以及無(wú)線鏈路的組建?？刂茖又饕ㄒ粋€(gè)CPU，五個(gè)模擬量采集，一個(gè)通訊CP243-1以太網(wǎng)通訊模塊。
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層：現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層是一臺(tái)裝有組態(tài)王軟件的工控機(jī)?，F(xiàn)場(chǎng)使用組態(tài)王組態(tài)離心泵監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，其主要功能是對(duì)廣一管道泵的工作過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，工控機(jī)接收下位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔存儲(chǔ)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行元件進(jìn)行操作，顯示監(jiān)控畫(huà)面和監(jiān)控過(guò)程，同時(shí)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、曲線分析、故障報(bào)警及維護(hù)等。
遠(yuǎn)程技術(shù)支持中心：技術(shù)支持中心是一臺(tái)運(yùn)行組態(tài)王和數(shù)據(jù)庫(kù)的工控機(jī)，主要功能是依托GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)建立起來(lái)的通訊鏈路，通過(guò)自由口協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的讀取和寫(xiě)入，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)和控制，通過(guò)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的各種操作，保存、查詢和打印數(shù)據(jù)及曲線，為技術(shù)人員及相關(guān)專家提供廣一水泵性能預(yù)測(cè)及故障分析的重要數(shù)據(jù)。
3、硬件選型方案設(shè)計(jì)
以可編成控制器PLC為核心的控制系統(tǒng)以其可靠性強(qiáng)，穩(wěn)定性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，公司的S7系列產(chǎn)品同其它控制器相比，更適合于離心泵排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。GPRS技術(shù)相當(dāng)成熟，以其穩(wěn)定、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，應(yīng)用于工業(yè)數(shù)據(jù)無(wú)線通訊的諸多領(lǐng)域。根據(jù)系統(tǒng)中要檢測(cè)和控制的點(diǎn)數(shù)來(lái)進(jìn)行CPU型號(hào)和相應(yīng)模塊的選型，數(shù)字量輸入信號(hào)主要包括：離心泵的啟動(dòng)和停止信號(hào)，真空泵啟動(dòng)停止，離心泵控制方式的選擇，排水閥，射流閥，開(kāi)關(guān)到位的輸入信號(hào)等。數(shù)字量輸出信號(hào)包括：離心泵的啟?？刂菩盘?hào)，故障指示信號(hào)輸出，水位報(bào)警，離心泵運(yùn)行狀態(tài)指示信號(hào)，排水閥，射流閥到位信號(hào)等。模擬量的輸入信號(hào)包括：泵、電機(jī)軸承溫度，泵、電機(jī)軸的振動(dòng)，排水管路壓力，電機(jī)電流、電壓，排水管路流量，水倉(cāng)水位，真空度等。為了滿足通訊和控制的要求，需要增加相應(yīng)的擴(kuò)展模塊，模塊之間通過(guò)電纜和插槽相互連接。
(1)CPU選型
經(jīng)過(guò)分析，選擇S7-200PLC，該系列PLC具有運(yùn)行穩(wěn)定、使用簡(jiǎn)單方便、價(jià)格便宜等特點(diǎn)?？紤]到數(shù)字量輸出，輸入點(diǎn)數(shù)較多，選擇CPU型號(hào)為226CN的中小型控制器。該控制器應(yīng)用在相對(duì)較復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)中有一定的優(yōu)越性，訂貨號(hào)：6ES7216-2AD23-0XB8，工作電壓24V，24路數(shù)字量輸入，16路數(shù)字量輸出，最大可以擴(kuò)展7個(gè)模塊，完全滿足設(shè)計(jì)需求。
(2)模擬量采集模塊
廣一水泵廠選用專門(mén)的模擬量采集摸塊EM235，可用于模擬量的輸入，能夠?qū)崿F(xiàn)4路模擬量輸入，1路模擬量輸出，通過(guò)設(shè)置DIP開(kāi)關(guān)來(lái)配置EM235模塊，選擇輸入范圍為4-20mA，單極性輸入。在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，0-5通道可以接入250歐姆精密電阻，實(shí)現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換，完成電壓信號(hào)的輸入，電壓信號(hào)輸入范圍1-5V。
(3)GPRS模塊
GPRS模塊選擇宏電GPRSDTU7710型號(hào)，為了建立無(wú)線通訊鏈路，建立一個(gè)可靠的通訊平臺(tái)，宏電公司為GPRSDTU模塊提供了一系列的軟件包，包括KEPserver、c0nfigurevirtualserialp0rtdriver、超級(jí)終端、無(wú)線數(shù)據(jù)中心。
(4)CP243-1通訊模塊
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層與控制層通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，設(shè)計(jì)中在PLC上增加以太網(wǎng)通訊模塊CP243-1，用來(lái)完成與現(xiàn)場(chǎng)上位機(jī)的通訊，以太網(wǎng)通訊模塊可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)每秒100Mbit的速度來(lái)完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸，最多支持8個(gè)連接，每個(gè)CPU最多只能擴(kuò)展一個(gè)以太網(wǎng)通訊模塊CP243-1。
4、軟件選型方案設(shè)計(jì)
界面功能的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)組態(tài)王軟件來(lái)完成。組態(tài)王是亞控科技發(fā)展有限公司推出的一款通用的工業(yè)監(jiān)控軟件，能夠?yàn)槠髽I(yè)提供一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、匯總以及一些其他數(shù)據(jù)操作的平臺(tái)。軟件結(jié)構(gòu)由三部分組成，包括工程瀏覽器、工程管理器和運(yùn)行系統(tǒng)。主要有以下功能：人機(jī)界面功能；安全管理系統(tǒng)；強(qiáng)大的通訊能力；高效的數(shù)據(jù)采集能力。
