一种智能潜水电泵及其运行状态监控方法技术

本发明专利技术公开了一种智能潜水电泵及其运行状态监控方法，一种智能潜水电泵包括泵机本体，由泵机状态传感部、数据采集部、数据处理部、数据处理算法库、第一数据通信部和控制执行部构成的泵机内置数据采集控制单元，由第二数据通信部、有线网络通信接口和无线网络通信接口构成的泵机外置数据通信单元；一种智能潜水电泵运行状态监控方法，基于云计算服务器下达的指令进行泵机的远程控制、数据采集和算法库更新。本发明专利技术能够更全面获取泵机各关键部件运行状态特征参数，降低数据传输量，通过数据处理算法库的可配置和可更新为快速部署新型状态监测理论和算法提供一种集成、通用、智能的硬件平台。

An Intelligent Submersible Pump and Its Operation Monitoring Method

The invention discloses an intelligent submersible pump and its operation state monitoring method. An intelligent submersible pump includes a pump body, which consists of a pump state sensing unit, a data acquisition unit, a data processing unit, a data processing algorithm library, a first data communication unit and a control execution unit. The pump is composed of a second data communication unit, a wired network communication interface and a data acquisition control unit. The external data communication unit of pump is composed of wireless network communication interface. An intelligent submersible pump operation status monitoring method is presented. The remote control, data acquisition and algorithm library updating of pump are carried out based on the instructions issued by cloud computing server. The invention can acquire the operation state characteristic parameters of the key components of the pump more comprehensively, reduce the data transmission amount, and provide an integrated, universal and intelligent hardware platform for rapid deployment of the new state monitoring theory and algorithm by configuring and updating the data processing algorithm library.

【技术实现步骤摘要】
一种智能潜水电泵及其运行状态监控方法
本专利技术涉及潜水电泵领域，特别是涉及一种智能潜水电泵及其运行状态监测和控制方法。
技术介绍
泵是一种通用机械，品种繁多，广泛应用于石油、化工、采矿、水处理、核电等行业。泵对于生产企业的日常运行和人员安全至关重要，需要实现近“零故障”运行。据统计，泵的维护费用占到整个工厂维护成本的7%，同时工厂的生产损失0.2%归结于泵故障。如果对泵进行有效的状态监测并实施基于状态的设备维护，不仅这些损失是完全可以避免的，还会极大节约维护成本。但是，泵是“机-电-磁-液”多物理场耦合作用设备，其中任何环节出现问题都会导致泵机故障。这些故障源包括：电机供电三相不平衡、电机温度过高、定子绕组损伤等；机械结构上轴承故障、主轴断裂、叶轮气蚀、密封失效等；流体介质混合比的不同也会导致压力波动或负载变化，加剧泵的性能衰退。因此，泵的状态监测需要同时关注其各个部件的健康状态。特别是潜水电泵处于深井或水下，工作环境恶劣，人为检查与维修都比较困难，一旦设备突然损坏或停止运转，则对企业生产造成严重影响。因此，潜水电泵的状态监测需求更加明显。当前，泵机状态监测和控制理论与技术实现了较大进步。在理论方面，基于数据驱动的泵机状态监测和识别方法广泛研究和应用，例如：文献“基于小波包分析的液压泵状态监测方法”采用小波分析技术进行泵机运行状态特征参数的提取，文献“基于CGHMM的核电装备主泵状态监测与故障诊断技术的研究”在短时傅里叶变换的倒谱系数为特征训练模型的基础上，采用CGHMM模型分析主泵运行的状态监测。但是，由于泵机种类多样，即使是潜水电泵，由于机械结构、电机类型、工况条件不同，其运行动态特性也不尽相同，需要有针对性地配置合理的泵机运行状态特征参数提取和状态识别算法。而在监控技术方面，传感技术、测试技术、通信技术被广泛集成和应用，例如：中国专利文献公开的“机泵群状态在线监测系统及其监测方法”(申请号：201410314088.4)通过采集机泵的振动及温度信息，进行泵机状态监测。中国专利文献公开的“一种潜水泵遥控启动装置”通过对水位与压力数据的采集进行泵机的遥控。综合对现有技术的调研发现，现有泵机状态监测技术应用存在多个问题：一是所集成传感器种类少，且与泵机本体集成度低；二是直接进行原始数据上传，数据传输量大，容易造成网络阻塞；三是泵机的运行状态特征参数提取和状态识别算法被固化，限制了泵机的智能化水平，使得新理论、新算法无法得到及时应用。综上所述，为了实现对潜水电泵更为全面、更为高效、更为灵活的状态监测，需要为潜水电泵的运行状态特征参数提取算法的应用提供一种集成、通用、智能的硬件平台，从而实现泵机状态监测理论与技术的有效结合。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种智能潜水电泵及其运行状态监控方法，通过在泵机上对多传感器技术、数据采集技术、数据处理技术和数据通信技术的集成，进行智能潜水电泵运行状态监控方法的应用，实现对潜水电泵上数据处理算法的远程可配置和可更新，从而降低数据传输量，提高对潜水电泵状态监测和识别的准确性。本专利技术提出的第一个方面的技术方案是：一种智能潜水电泵，包括：泵机本体、泵机内置数据采集控制单元和泵机外置数据通信单元，其中，泵机内置数据采集控制单元安装于泵机内部，用于泵机运行状态数据的采集、处理和通信，包括泵机状态传感部、数据采集部、数据处理部、数据处理算法库、第一数据通信部和控制执行部，泵机外置数据通信单元安装于水面以上，用于数据通信协议的桥接，包括第二数据通信部、有线网络通信接口和无线网络通信接口；进一步地，泵机状态传感部用于感知泵机运行状态数据，包括：电流传感器、电压传感器、振动传感器、温度传感器和转速传感器，其中，电流传感器用于采集泵机三相供电电流数据，电压传感器用于采集泵机三相供电电压数据，振动传感器安装于电机轴承基座上，用于采集泵机的振动数据，温度传感器分别安装于泵机内置电机三相绕组和轴承基座内，分别用于采集泵机三相绕组和轴承的温度，转速传感器安装于泵机主轴，用于采集泵机的转速数据；数据采集部与泵机状态传感部的各传感器相连接，将所感知的泵机运行状态数据由模拟量转换成数字量，并转交数据处理部进行数据处理；数据处理部运行数据处理算法，对数据采集部所采集的各传感器的数据进行处理，以获取能够反映泵机运行状态的特征参数；数据处理算法库用于为数据处理部提供数据处理算法；第一数据通信部用于与泵机外置数据通信单元的第二数据通信部进行数据交互，在泵机状态监测过程中将数据处理部获取的反映泵机运行状态的特征参数传送至泵机外置数据通信单元的第二数据通信部，并能够接收和解析泵机外置数据通信单元的第二数据通信部转送的云计算服务器下达的指令；控制执行部与第一数据通信部相连，用于对泵机进行启动和关闭控制；第二数据通信部用于与泵机内置数据采集控制单元的第一数据通信部的数据交互，在泵机状态监测过程中接收泵机内置数据采集控制单元的第一数据通信部所传送的反映泵机运行状态的特征参数，并能够将云计算服务器通过有线网络通信接口或无线网络通信接口下达的指令转发至泵机内置数据采集控制单元的第一数据通信部；有线网络通信接口用于第二数据通信部与云计算服务器基于有线网络的数据通信；无线网络通信接口用于第二数据通信部与云计算服务器基于无线网络的数据通信；泵机内置数据采集控制单元的第一数据通信部与泵机外置数据通信单元的第二数据通信部通过有线网络通信进行数据交互，建立水下泵机与云计算服务器的数据通信链路。所述数据采集部对泵机三相供电电流和三相供电电压数据进行同步数据采集，采样频率大于6400Hz。所述控制执行部包括光耦隔离装置、继电器、交流接触器，其中光耦隔离装置与第一数据通信部相连，接收第一数据通信部的控制指令，并通过继电器控制交流接触器动作进行泵机供电主回路的接通和断开，实现对泵机的启动和关闭控制。所述数据处理算法库可以基于水下泵机与云计算服务器的数据通信链路通过云计算服务器进行远程更新。所述数据处理部所运行的数据处理算法可基于水下泵机与云计算服务器的数据通信链路由云计算服务器进行指定。本专利技术提出的第二个方面的技术方案是：一种智能潜水电泵运行状态监控方法，包括以下步骤：步骤1泵机外置数据通信单元接收云计算服务器下达的指令；步骤2泵机外置数据通信单元的第二数据通信部将云计算服务器下达的指令转送至泵机内置数据采集控制单元的第一数据通信部；步骤3泵机内置数据采集控制单元的第一数据通信部接收并解析云计算服务器下达的指令，如果是控制指令，则根据指令要求驱动控制执行部启动或关闭泵机，如果是监测指令，则驱动数据采集部执行数据采集过程，如果是算法库更新指令，则由第一数据通信部执行算法库更新过程；其中，数据采集过程包括以下步骤：步骤3-2-1接收监测指令，泵机外置数据通信单元的第二数据通信部通过有线网络通信接口或无线网络通信接口接收云计算服务器下达的监测指令，转发给泵机内置数据采集控制单元的第一数据通信部，然后转发给数据采集部启动数据采集过程；步骤3-2-2数据采集部采集数据，数据采集部获取泵机状态传感部各传感器所感知的泵机运行状态数据，将所感知的泵机运行状态数据由模拟量转换成数字量，并转交数据处理部进行数据处理；步骤3-2-3数据处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能潜水电泵，其特征在于，包括：泵机本体、泵机内置数据采集控制单元和泵机外置数据通信单元，其中，泵机内置数据采集控制单元安装于泵机内部，用于泵机运行状态数据的采集、处理和通信，包括泵机状态传感部、数据采集部、数据处理部、数据处理算法库、第一数据通信部和控制执行部，泵机外置数据通信单元安装于水面以上，用于数据通信协议的桥接，包括第二数据通信部、有线网络通信接口和无线网络通信接口；进一步地，泵机状态传感部用于感知泵机运行状态数据，包括：电流传感器、电压传感器、振动传感器、温度传感器和转速传感器，其中，电流传感器用于采集泵机三相供电电流数据，电压传感器用于采集泵机三相供电电压数据，振动传感器安装于电机轴承基座上，用于采集泵机的振动数据，温度传感器分别安装于泵机内置电机三相绕组和轴承基座内，分别用于采集泵机三相绕组和轴承的温度，转速传感器安装于泵机主轴，用于采集泵机的转速数据；数据采集部与泵机状态传感部的各传感器相连接，将所感知的泵机运行状态数据由模拟量转换成数字量，并转交数据处理部进行数据处理；数据处理部运行数据处理算法，对数据采集部所采集的各传感器的数据进行处理，以获取能够反映泵机运行状态的特征参数；数据处理算法库用于为数据处理部提供数据处理算法；第一数据通信部用于与泵机外置数据通信单元的第二数据通信部进行数据交互，在泵机状态监测过程中将数据处理部获取的反映泵机运行状态的特征参数传送至泵机外置数据通信单元的第二数据通信部，并能够接收和解析泵机外置数据通信单元的第二数据通信部转送的云计算服务器下达的指令；控制执行部与第一数据通信部相连，用于对泵机进行启动和关闭控制；第二数据通信部用于与泵机内置数据采集控制单元的第一数据通信部的数据交互，在泵机状态监测过程中接收泵机内置数据采集控制单元的第一数据通信部所传送的反映泵机运行状态的特征参数，并能够将云计算服务器通过有线网络通信接口或无线网络通信接口下达的指令转发至泵机内置数据采集控制单元的第一数据通信部；有线网络通信接口用于第二数据通信部与云计算服务器基于有线网络的数据通信；无线网络通信接口用于第二数据通信部与云计算服务器基于无线网络的数据通信；泵机内置数据采集控制单元的第一数据通信部与泵机外置数据通信单元的第二数据通信部通过有线网络通信进行数据交互，建立水下泵机与云计算服务器的数据通信链路。...

【技术特征摘要】
1.一种智能潜水电泵，其特征在于，包括：泵机本体、泵机内置数据采集控制单元和泵机外置数据通信单元，其中，泵机内置数据采集控制单元安装于泵机内部，用于泵机运行状态数据的采集、处理和通信，包括泵机状态传感部、数据采集部、数据处理部、数据处理算法库、第一数据通信部和控制执行部，泵机外置数据通信单元安装于水面以上，用于数据通信协议的桥接，包括第二数据通信部、有线网络通信接口和无线网络通信接口；进一步地，泵机状态传感部用于感知泵机运行状态数据，包括：电流传感器、电压传感器、振动传感器、温度传感器和转速传感器，其中，电流传感器用于采集泵机三相供电电流数据，电压传感器用于采集泵机三相供电电压数据，振动传感器安装于电机轴承基座上，用于采集泵机的振动数据，温度传感器分别安装于泵机内置电机三相绕组和轴承基座内，分别用于采集泵机三相绕组和轴承的温度，转速传感器安装于泵机主轴，用于采集泵机的转速数据；数据采集部与泵机状态传感部的各传感器相连接，将所感知的泵机运行状态数据由模拟量转换成数字量，并转交数据处理部进行数据处理；数据处理部运行数据处理算法，对数据采集部所采集的各传感器的数据进行处理，以获取能够反映泵机运行状态的特征参数；数据处理算法库用于为数据处理部提供数据处理算法；第一数据通信部用于与泵机外置数据通信单元的第二数据通信部进行数据交互，在泵机状态监测过程中将数据处理部获取的反映泵机运行状态的特征参数传送至泵机外置数据通信单元的第二数据通信部，并能够接收和解析泵机外置数据通信单元的第二数据通信部转送的云计算服务器下达的指令；控制执行部与第一数据通信部相连，用于对泵机进行启动和关闭控制；第二数据通信部用于与泵机内置数据采集控制单元的第一数据通信部的数据交互，在泵机状态监测过程中接收泵机内置数据采集控制单元的第一数据通信部所传送的反映泵机运行状态的特征参数，并能够将云计算服务器通过有线网络通信接口或无线网络通信接口下达的指令转发至泵机内置数据采集控制单元的第一数据通信部；有线网络通信接口用于第二数据通信部与云计算服务器基于有线网络的数据通信；无线网络通信接口用于第二数据通信部与云计算服务器基于无线网络的数据通信；泵机内置数据采集控制单元的第一数据通信部与泵机外置数据通信单元的第二数据通信部通过有线网络通信进行数据交互，建立水下泵机与云计算服务器的数据通信链路。2.根据权利要求1所述的一种智能潜水电泵，其中，所述数据采集部对泵机三相供电电流和三相供电电压数据进行同步数据采集，采样频率大于6400Hz。3.根据权利要求1所述的一种智能潜水电泵，其中，所述控制执行部包括光耦隔离装置、继电器、交流接触器，其中光耦隔离装置与第一数据通信部相连，接收第一数据通信部的控制指令，然后通过继电器控制交流接触器动作进行泵机供电主回路的接通和断开，实现对泵机的启动和关闭控制。4.根据权利要求1所述的一种智能潜水电泵，其中，所述数据处理算法库可以基于水下泵机与云计算服务器的数据通信链路通过云计算服务器进行远程更新。5.根据权利要求1所述的一种智能潜水电泵，其中，所述数据处理部所运行的数据处理算法可基于水下泵机与云计算服务器的数据通信链路由云计算服务器进行指定。6.一种智能潜水电泵运行状态监控方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1泵机外置数据通信单元接收云计算服务器下达的指令；步骤2泵机外置数据通信单元的第二数据通信部将云计算服务器下达的指令...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海宁，张留，王孝红，刘国胜，董国庆，
申请(专利权)人：济宁安泰矿山设备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37