引灤大張莊泵站機(jī)組改造中應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)探討

楊 科，劉福春

（1.天津水務(wù)集團(tuán)有限公司，天津 300042；2.天津市水務(wù)規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，天津 300204）

1 項(xiàng)目概況

引灤入津工程是天津城市供水的生命線，引灤入津輸水明渠工程是引灤入津工程的重要組成部分，大張莊泵站是引灤入津輸水明渠工程的終點(diǎn)提升泵站，該泵站為緩解城市供用水緊張、促進(jìn)天津市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展發(fā)揮了重要的作用。大張莊泵站輸水規(guī)模30 m3/s，共設(shè)5 臺(tái)1.8 ZLQ-100 型立式全調(diào)節(jié)軸流泵，配用TL900-24/2150型同步電機(jī)，工作方式為3用2備。

水泵機(jī)組為泵站的核心，其狀態(tài)監(jiān)控對(duì)泵站的運(yùn)行極為重要，可及時(shí)掌握泵站運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)提升泵站運(yùn)行管理水平、節(jié)能環(huán)保效益和確保機(jī)組安全運(yùn)行有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)水泵機(jī)組而言，振動(dòng)問題占機(jī)組全部機(jī)械故障的60%～70%，針對(duì)振動(dòng)異常的偶發(fā)性特點(diǎn)，本工程設(shè)1套機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以挖掘水泵機(jī)組早期故障征兆，準(zhǔn)確判斷故障部位，提供水泵機(jī)組狀態(tài)發(fā)展趨勢(shì)、故障嚴(yán)重程度以及問題解決方案，從而結(jié)合泵站實(shí)際運(yùn)行狀況制定決策、計(jì)劃維護(hù)時(shí)間和方式，選擇在水泵機(jī)組問題較輕、維護(hù)成本較低時(shí)解決問題。

2 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成分析

在項(xiàng)目改造中，經(jīng)過綜合分析，機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用3層分布式結(jié)構(gòu)，由現(xiàn)地監(jiān)測(cè)層、信息采集及處理層、服務(wù)器及用戶終端層組成?，F(xiàn)地監(jiān)測(cè)層由安裝于泵組及電機(jī)內(nèi)的傳感器組成；信息采集及處理層包括機(jī)組數(shù)據(jù)采集單元，設(shè)置于現(xiàn)地機(jī)旁柜內(nèi)；服務(wù)器及用戶終端層設(shè)中心服務(wù)器，布置在控制室。前端探測(cè)器振動(dòng)信號(hào)采用標(biāo)準(zhǔn)4-20 mA模擬信號(hào)，通過專用傳輸通道上傳至機(jī)組數(shù)據(jù)采集單元；機(jī)組數(shù)據(jù)采集單元與中心服務(wù)器之間通過光纜采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)通信連接。

3 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要配置及測(cè)量參數(shù)探討

根據(jù)引灤大張莊泵站的工程特征、運(yùn)行方式及泵站功能作用，本次研究采用的機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有針對(duì)性地配置了所需要的系統(tǒng)功能，包括監(jiān)控點(diǎn)位、點(diǎn)數(shù)、測(cè)量量類別、軟件硬件配置等，具體包括以下幾方面。

（1）每臺(tái)電機(jī)上機(jī)架設(shè)置2 只振動(dòng)傳感器、電機(jī)下機(jī)架設(shè)置2只振動(dòng)傳感器、葉輪外殼處設(shè)置2只振動(dòng)傳感器，主要用于測(cè)量機(jī)組殼體振動(dòng)速度和軸承箱體、殼體或結(jié)構(gòu)的絕對(duì)（相對(duì)于自由表面）振動(dòng)量。

（2）每臺(tái)電機(jī)水泵聯(lián)軸器處設(shè)置2 只電渦流傳感器、電機(jī)下機(jī)架處設(shè)置2只電渦流傳感器，主要采用非接觸式探頭、延長(zhǎng)電纜、前置器等非接觸式裝置，測(cè)量徑向振動(dòng)、軸向振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、鍵相、偏心、差脹、殼脹、軸向位移等運(yùn)行數(shù)據(jù)。

（3）每臺(tái)機(jī)組設(shè)置1套機(jī)組數(shù)據(jù)采集單元，配備高性能處理器，具備獨(dú)立執(zhí)行高速、大容量數(shù)據(jù)采集等能力，基于傳感器技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、中斷技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)，采用四路同步監(jiān)測(cè)模式，對(duì)機(jī)組的運(yùn)行工況進(jìn)行有效的監(jiān)控，并將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行特征參數(shù)提取，得到機(jī)組狀態(tài)數(shù)據(jù)，完成機(jī)組故障的預(yù)警和報(bào)警，為機(jī)組建立一套嚴(yán)密的振動(dòng)監(jiān)測(cè)診斷分析體系，通過連續(xù)監(jiān)測(cè)機(jī)組運(yùn)行的重要狀態(tài)參數(shù)，及時(shí)了解機(jī)組的運(yùn)行狀況，為事故征兆的預(yù)診斷提供重要的數(shù)據(jù)資料，為機(jī)組的安全運(yùn)行提供可靠的保障。另外，機(jī)組數(shù)據(jù)采集單元還具備傳感器故障報(bào)警、擴(kuò)展的自檢和備份系統(tǒng)，支持通信故障下繼續(xù)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)功能。

（4）每臺(tái)機(jī)組設(shè)置2 只轉(zhuǎn)速傳感器，用于測(cè)量水泵機(jī)組實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速。

（5）本泵站設(shè)置2 面機(jī)旁柜，機(jī)旁柜安裝于大張莊泵站機(jī)組LCU 柜旁。5 臺(tái)機(jī)組數(shù)據(jù)采集單元安裝在2 面柜內(nèi)，另外，柜內(nèi)設(shè)有采集和分析模塊、電源和開關(guān)模塊、通信模塊、液晶觸摸控制屏等裝置，可以顯示數(shù)據(jù)和簡(jiǎn)易圖形，并可以進(jìn)行報(bào)警設(shè)置。

（6）本泵站設(shè)置1 臺(tái)中心服務(wù)器，包括相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、智能數(shù)據(jù)庫軟件、振動(dòng)分析和處理軟件等。中心服務(wù)器具有良好的擴(kuò)展性和兼容性，對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，以圖形、圖表、曲線等直觀的方式在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示，同時(shí)存儲(chǔ)和管理機(jī)組實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)、歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)及各特征數(shù)據(jù)。

4 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能探討

機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涵蓋傳感器技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及人工智能等，各類傳感器采集機(jī)組振動(dòng)、擺度、壓力、工況參數(shù)等數(shù)據(jù)，通過模擬信號(hào)上傳至機(jī)組數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，通過以太網(wǎng)傳送至中心服務(wù)器；中心服務(wù)器集中管理泵站所有數(shù)據(jù)采集設(shè)備，對(duì)監(jiān)控機(jī)組進(jìn)行設(shè)置，包括各水泵機(jī)組名稱、地址設(shè)置，各機(jī)組鍵相、擺度、振動(dòng)、壓力、工藝量的設(shè)置，接受各機(jī)組傳輸參數(shù)，通過專用軟件，結(jié)合接收到的數(shù)據(jù)對(duì)水泵機(jī)組的狀態(tài)進(jìn)行分析，生成機(jī)組總貌、單值棒圖、多值棒圖、軸心軌跡圖、波形頻譜圖、軸心位置圖、極坐標(biāo)圖、振動(dòng)趨勢(shì)圖、過程振動(dòng)趨勢(shì)圖、多頻譜圖、轉(zhuǎn)速時(shí)間圖、波德圖、頻譜瀑布圖等圖表，給出機(jī)組的統(tǒng)計(jì)報(bào)表及日志，并通過診斷軟件對(duì)機(jī)組狀態(tài)進(jìn)行分析、診斷、報(bào)警，給出指示與合理化建議。同時(shí)，機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)與泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)就地聯(lián)接，并負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心服務(wù)器的通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)采集單元通過安裝在電機(jī)、水泵相應(yīng)位置的傳感器采集數(shù)據(jù)并初步處理，在控制室以多種圖形顯示方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的狀態(tài)，自動(dòng)識(shí)別水泵機(jī)組的工作狀態(tài)，監(jiān)測(cè)振動(dòng)幅度、擺度、壓力、轉(zhuǎn)速等實(shí)時(shí)運(yùn)行的數(shù)據(jù)，作為軟件進(jìn)行分析判斷的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（2）趨勢(shì)分析。通過數(shù)據(jù)采集單元傳送的運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析水泵機(jī)組多個(gè)參量的變化趨勢(shì)，將每個(gè)參量按設(shè)定的時(shí)間形成對(duì)應(yīng)參量的走勢(shì)分析，結(jié)合分析結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況，判斷機(jī)組故障發(fā)展趨勢(shì)。

（3）事故追憶。根據(jù)要求可在中心服務(wù)器中保存所設(shè)置年限的歷史數(shù)據(jù)，記錄機(jī)組開停機(jī)時(shí)間、運(yùn)行累計(jì)時(shí)長(zhǎng)、故障時(shí)間及運(yùn)行參數(shù)異常、維修等情況，可自動(dòng)或人工記錄，并根據(jù)訪問權(quán)限提供調(diào)閱參考。

（4）振動(dòng)分析。針對(duì)每臺(tái)電機(jī)上機(jī)架、下機(jī)架、葉輪外殼、水泵聯(lián)軸器等監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，進(jìn)行時(shí)域、頻域、變速過程等多種分析，根據(jù)振動(dòng)類別分析可能存在的故障點(diǎn)。

（5）故障診斷?？商峁? 臺(tái)水泵機(jī)組常見故障的診斷，如設(shè)備不平衡、不對(duì)中、地基松動(dòng)等各種涉及水泵、電機(jī)的故障。

（6）動(dòng)平衡計(jì)算。振動(dòng)分析和處理軟件中具有多種不平衡計(jì)算方法，為系統(tǒng)分析處理異常情況提供支持。

（7）時(shí)序分析。對(duì)重要開關(guān)量嚴(yán)格區(qū)分動(dòng)作先后時(shí)序、分辨率不小于1 m/s。

（8）事件列表。記錄每一件事件的詳細(xì)情況，包括發(fā)生時(shí)間、參數(shù)異常情況、持續(xù)事件等內(nèi)容，為運(yùn)行管理人員的維護(hù)維修提供決策支持。

（9）數(shù)據(jù)管理。在中心服務(wù)器中自動(dòng)存儲(chǔ)有關(guān)數(shù)據(jù)，形成歷史數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和特征數(shù)據(jù)庫，具備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)查詢等基本功能，對(duì)機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、故障報(bào)警記錄、操作事件、設(shè)備管理信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行有效存取，為大張莊泵站機(jī)組運(yùn)行管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（10）報(bào)表打印?？啥〞r(shí)打印報(bào)表、自動(dòng)打印操作記錄、屏幕拷貝等，提高運(yùn)行管理單位辦公效率。

（11）網(wǎng)絡(luò)通信?？膳c計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)共享。

（12）Web瀏覽。支持內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)，在有權(quán)限的前提下通過瀏覽器進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析操作。

5 結(jié)語

本泵站為天津市引灤入津工程一部分，機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范前提下，遵循引灤入津工程對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的有關(guān)要求及國際標(biāo)準(zhǔn)和國家有關(guān)的規(guī)范要求，符合計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的最新發(fā)展潮流，可以滿足工程整體自動(dòng)化調(diào)度與管理要求，提升管理水平，節(jié)約運(yùn)行成本，提高管理效益。

本泵站設(shè)置機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，將明顯提高泵站的工作效率，提高機(jī)組運(yùn)行的安全可靠程度，充分發(fā)揮泵站供水能力，滿足向中心城區(qū)供水要求，保障天津市生活和生產(chǎn)用水需要，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。