多級離心泵結構復雜，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 )改變泵的正常運行狀態(tài)，引起相關(guān)性能參數的變化。例如水泵吸入泥沙或有堵塞物，可能造成電機功率消耗過(guò)大，電機軸承損壞，進(jìn)而導致泵體振動(dòng)劇烈或產(chǎn)生噪聲。通過(guò)檢測水泵的運動(dòng)狀態(tài)的變化和性能參數的變化來(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)的檢測方法如下表1所示。
根據對離心泵常見(jiàn)故障的分析，為了最大限度的觀(guān)察廣一管道泵的工作狀態(tài)，能夠反映故障產(chǎn)生的檢測點(diǎn)，需要布置相應的傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。水倉內的水位是用兩個(gè)液位傳感器來(lái)測量的，離心泵出口處配置壓力傳感器和流量傳感器來(lái)檢測出水口壓力和流量，離心泵入水口配置真空計，達到負壓要求時(shí)啟動(dòng)水泵電機。電機運行時(shí)采用互感器來(lái)檢測線(xiàn)路的電壓和電流，用溫度傳感器檢測A、B、C三相線(xiàn)的溫度，振動(dòng)傳感器檢測電機前軸、后軸的振動(dòng)和泵體前軸、后軸的振動(dòng)，離心泵運行時(shí)振動(dòng)和軸溫分別用振動(dòng)和溫度傳感器檢測。離心泵故障監測點(diǎn)分布如圖1所示。
圖1：離心泵故障監測點(diǎn)分布圖
1、系統功能分析
系統能夠根據外界使用環(huán)境和人為因素的變化，自動(dòng)實(shí)現離心泵的控制?，F場(chǎng)傳感器、PLC實(shí)現離心泵運行參數的采集，遠程技術(shù)支持中心能夠實(shí)現遠程監控，通過(guò)通訊模塊和建立起來(lái)的通訊網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現現場(chǎng)與技術(shù)支持中心的數據交換，廣一水泵廠(chǎng)將采集到的離心泵的運行參數數據存儲到遠程技術(shù)支持中心數據庫，方便技術(shù)支持，該系統自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單，運行可靠，能夠很好的實(shí)現遠程技術(shù)支持。系統主要有以下功能：
(1)數據自動(dòng)采集和檢測
(2)離心泵排水系統自動(dòng)控制功能
(3)離心泵運行過(guò)程中的自保護功能
(4)數據采集和檢測
(5)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )數據傳輸
(6)主要性能參數的計算
(7)遠程技術(shù)支持中心檢測數據的存儲
整個(gè)系統需要具備數據采集和處理、現場(chǎng)控制、網(wǎng)絡(luò )通訊、監測、保護功能；接受現場(chǎng)工作參數設定；遠程工況再現；數據存儲；遠程控制；結果分析；信息反饋。
2、系統總體結構
根據系統功能和廣一水泵廠(chǎng)設計的工藝要求，遠程技術(shù)支持的整體控制系統結構。整個(gè)控制系統分為以下四個(gè)層次：現場(chǎng)設備層；現場(chǎng)控制層；現場(chǎng)監控層；遠程技術(shù)支持中心。系統由現場(chǎng)的離心泵設備及相應的檢測設備，現場(chǎng)控制器PLC及相配套的模塊，GPRS模塊，現場(chǎng)監控站，遠程技術(shù)支持中心站組成。在系統整體結構的上，采用合適的通訊方式，對離心泵的運行參數進(jìn)行采集，能夠得到較精確的泵的運行狀態(tài)。
現場(chǎng)設備層：設備主要為傳感器、檢測儀表及各種開(kāi)關(guān)閥門(mén)，這些設備主要是對多級離心泵正常工作時(shí)的工作狀況直接進(jìn)行檢測和控制。其中，傳感器用于完成信號的采集和轉換，檢測儀表用于顯示現場(chǎng)的工作參數，通過(guò)對射流閥、出水閥等電動(dòng)閥門(mén)的控制實(shí)現離心泵的手、自動(dòng)控制。對設備層的關(guān)鍵設備進(jìn)行統計。
控制層：控制層選用S7-200PLC作為現場(chǎng)監控主控制器，由于S7-200自代的模擬量輸入點(diǎn)無(wú)法滿(mǎn)足設計功能的需要，系統需要選擇配套的模擬量輸入模塊以及相應的通訊模塊完成控制層的設計需求。無(wú)線(xiàn)數據傳輸功能的GPRS數據傳輸模塊是實(shí)現與遠程技術(shù)支持中心通訊的主要設備，所以為PLC配備GPRS模塊，直接通過(guò)RS485接口與S7-200PLC連接，主要功能是完成數據傳輸格式的轉換以及無(wú)線(xiàn)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。
現場(chǎng)監控層：現場(chǎng)監控層是一臺裝有組態(tài)王軟件的工控機?，F場(chǎng)使用組態(tài)王組態(tài)離心泵監控系統的人機交互界面，其主要功能是對廣一管道泵的工作過(guò)程進(jìn)行監控，工控機接收下位機傳送的數據，對數據進(jìn)行歸檔存儲，對現場(chǎng)的執行元件進(jìn)行操作，顯示監控畫(huà)面和監控過(guò)程，同時(shí)進(jìn)行參數設置、曲線(xiàn)分析、故障報警及維護等。
遠程技術(shù)支持中心：技術(shù)支持中心是一臺運行組態(tài)王和數據庫的工控機，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)現對現場(chǎng)數據的讀取和寫(xiě)入，實(shí)現對現場(chǎng)的監測和控制，通過(guò)組態(tài)軟件實(shí)現對數據庫的各種操作，保存、查詢(xún)和打印數據及曲線(xiàn)，為技術(shù)人員及相關(guān)專(zhuān)家提供廣一水泵性能預測及故障分析的重要數據。
3、硬件選型方案設計
以可編成控制器PLC為核心的控制系統以其可靠性強，穩定性強，廣泛應用于工業(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的設計。GPRS技術(shù)相當成熟，以其穩定、傳輸距離遠等特點(diǎn)，應用于工業(yè)數據無(wú)線(xiàn)通訊的諸多領(lǐng)域。根據系統中要檢測和控制的點(diǎn)數來(lái)進(jìn)行CPU型號和相應模塊的選型，數字量輸入信號主要包括：離心泵的啟動(dòng)和停止信號，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)到位的輸入信號等。數字量輸出信號包括：離心泵的啟?？刂菩盘?，故障指示信號輸出，水位報警，離心泵運行狀態(tài)指示信號，排水閥，射流閥到位信號等。模擬量的輸入信號包括：泵、電機軸承溫度，泵、電機軸的振動(dòng)，排水管路壓力，電機電流、電壓，排水管路流量，水倉水位，真空度等。為了滿(mǎn)足通訊和控制的要求，需要增加相應的擴展模塊，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具有運行穩定、使用簡(jiǎn)單方便、價(jià)格便宜等特點(diǎn)?？紤]到數字量輸出，輸入點(diǎn)數較多，選擇CPU型號為226CN的中小型控制器。該控制器應用在相對較復雜的中小型控制系統中有一定的優(yōu)越性，訂貨號：6ES7216-2AD23-0XB8，工作電壓24V，24路數字量輸入，16路數字量輸出，最大可以擴展7個(gè)模塊，完全滿(mǎn)足設計需求。
(2)模擬量采集模塊
廣一水泵廠(chǎng)選用專(zhuān)門(mén)的模擬量采集摸塊EM235，可用于模擬量的輸入，能夠實(shí)現4路模擬量輸入，1路模擬量輸出，通過(guò)設置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)際的應用當中，0-5通道可以接入250歐姆精密電阻，實(shí)現電流到電壓的轉換，完成電壓信號的輸入，電壓信號輸入范圍1-5V。
(3)GPRS模塊
GPRS模塊選擇宏電GPRSDTU7710型號，為了建立無(wú)線(xiàn)通訊鏈路，建立一個(gè)可靠的通訊平臺，宏電公司為GPRSDTU模塊提供了一系列的軟件包，包括KEPserver、c0nfigurevirtualserialp0rtdriver、超級終端、無(wú)線(xiàn)數據中心。
(4)CP243-1通訊模塊
現場(chǎng)監控層與控制層通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，設計中在PLC上增加以太網(wǎng)通訊模塊CP243-1，用來(lái)完成與現場(chǎng)上位機的通訊，以太網(wǎng)通訊模塊可以實(shí)現高達每秒100Mbit的速度來(lái)完成網(wǎng)絡(luò )數據的傳輸，最多支持8個(gè)連接，每個(gè)CPU最多只能擴展一個(gè)以太網(wǎng)通訊模塊CP243-1。
4、軟件選型方案設計
界面功能的實(shí)現主要通過(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)監控軟件，能夠為企業(yè)提供一個(gè)數據存儲、分析、匯總以及一些其他數據操作的平臺。軟件結構由三部分組成，包括工程瀏覽器、工程管理器和運行系統。主要有以下功能：人機界面功能；安全管理系統；強大的通訊能力；高效的數據采集能力。
