离心泵智能化及路径探讨

机械保护系统（Machinery Protection Systems，缩写MPS）：感知、测量、监测和显示机器参数以表明其运行状态的系统。当一个参数超过预先定义的限值、表明出现异常情况时，系统会将事件传达给操作人员和/或停机系统。该系统的目标是减轻对机器的损坏。该系统包括传感器系统、信号电缆、监控系统以及所必需的安装位置、安装夹具和说明文件。
2.2 状态监测
状态监测系统（Condition Monitoring Systems，缩写CMS）：一种测量指定机器过程参数和预测趋势的系统。提供 警、显示和分析工具，用于检测和识别发展中的故障。允许继续监视检测到的故障以确定其传播和严重性。也可用于管理机器的运行状态，以减少因发展中的故障而产生的意外停机。CMS的目标是最大程度地提高可用性，同时降低运营和维护成本。
2.3 机械保护与状态监测之间的关系

实际工程应用中，由于机械保护系统和状态监测系统经常安装在一起，甚至可以紧密地集成在一起，因此，很多制造商/供应商和用户通常将两种系统混为一谈。CMS是一种计算机化的数据采集和分析工具，其与MPS最大的区别在于对运行设备进行趋势预测。目前，工程应用中所采用的基本上为MPS。MPS与CMS的基本区别如表1。
表1 MPS和CMS的基本区别
机械保护系统状态监测系统目的感知、测量、监测和显示机器参数，以表明其运行状态。测量机器过程参数和预测趋势的系统。用于检测和识别发展中的故障以确定其传播和严重性。也可用于管理机器的工作条件。目标防止人员受伤，防止或减轻对机器或环境的损害智能化地预测寿命。使操作人员和管理人员更好地了解关键资产的运行状况。
除了以上区别以外，两种系统还有一些相似之处。通常均用于一些重要工况的“关键”设备，同时，两种系统共享许多相同类型的传感器和相同类型的信号处理功能（通常将MPS的数据作为CMS的基础）。

3 泵的保护及监测

多年来，制造商一直致力于提高泵的可靠性，并开发了监测泵性能和运行状况的工具 – 机械保护系统。然而，这些工具通常只会在故障发生前或正在发生时起到“警示或提醒”的作用。
随着科技的不断发展，可以通过监测泵（组）过程参数的变化 – 状态监测，来确定离心泵的运行状态，并预测出机械零部件的寿命、故障可能发生的时间，以便在预期或规定的期限内对问题进行纠正。
离心泵最常见的监测项目通常如下[2]：

其它可能监测的项目有：

在实际工程应用中，可以将泵（组）的监测集成为两个大的模块：性能监测模块和机械运转监测模块。也可以根据监测内容的不同，进一步细分为：振动监测模块、压力/差压监测模块、温度/温差监测模块、转速监测模块、汽蚀监测模块、泄漏监测模块、液位监测模块、润滑剂品质监测模块、应变监测模块等。根据不同需要，这些模块可以进行随意组合。

4 数据收集

过去，从离心泵及其驱动设备上收集数据需要花费大量的时间。随着传感器及互联网技术的发展，无线传感器应运而生，实时体现设备运行状态的数据收集变得越来越简单且自动化。
无线传感器产品为系统级产品，包括现场无线传感器、数据转发网关和监控主机等在内的整体解决方案。无线传感器终端产品在检测和监测市场将普遍应用于智慧城市、智慧能源、智慧制造、智慧工厂等各种领域。
离心泵的运行状态可以通过监测到的许多迹象来评估[3]。
以振动监测为例，无线振动传感器可以提供潜在问题的早期预警，通过监测可以检测到泵中存在的各种问题，包括轴承问题、转子部件的不平衡或不对中、泵和电机部件的连接松动以及联轴器的问题。
接触式振动监测传感器安装在轴承座上以检测振动的变化。这些传感器可以永久性安装并连续监控，也可以临时性安装，作为基于路由的定期监控系统的一部分。
数据可以在设备的多个位置和方向（水平、垂直和轴向）上收集，振动数据被记录下来，可以通过远程或程序进行分析以识别故障。
如果我们选择监测泵的性能、并使用这些数据来预测即将发生的密封或轴承失效（故障），可以通过多种不同的传感器对以下过程参数进行监测和收集：
1）泵进/出口介质温度。2）泵进/出口介质压力。3）泵轴的挠度。4）泵的出口流量。5）泵的惰走时间（@停泵时）。6）轴承座振动或轴振。7）泵（组）噪音的变化。8）电动机的电流变化等。
汽蚀是离心泵运行过程中较常见的一种故障，汽蚀会损伤密封件并缩短零部件的寿命。如果我们选择监测泵是否会发生汽蚀，那么必须监测以下过程参数：
1）入口压力下降。2）入口温度上升。3）入口流量降低。4）出口扬程下降。5）泵转速增加。6）振动增加。7）噪音增加等。

5 数据传输

对于收集到的泵（组）大量运行状态的信息，需要强大计算的支持，这将涉及到工业互联网平台和工业APP。
6.1 工业互联网平台[4]

工业互联网是全球工业系统与高级计算、分析、感应技术以及互联网连接融合的结果，包括边缘、平台（工业PaaS）、应用三大核心层级。工业互联网平台是工业云平台的延伸发展，其本质是在传统云平台的基础上叠加物联网、大数据、人工智能等新兴技术，构建更精准、实时、高效的数据采集体系，建设包括存储、集成、访问、分析、管理功能的使用平台，实现工业技术、经验、知识的模型化、标准化、软件化、复用化，不断优化研发设计、生产制造、运营管理等资源配置效率，以工业APP的形式为制造企业提供各类创新应用，最终形成资源富集、多方参与、合作共赢、协同演进的制造业新生态。

工业互联网平台功能架构图及设备智能运维云平台详见图2、图3和图4。

随着制造业与互联网融合发展的纵深推进，制造业数字化、网络化、智能化转型步伐加快，APP从消费领域向工业领域快速渗透。世界主要发达国家正在加快布局工作互联网平台，大力部署工业APP，通过激活工业数据和知识资源，赋能工业提质增效和转型升级。
工业互联网APP（以下简称工业APP）是基于工业互联网，面向工业产品全生命周期相关业务的场景需求，把工业产品及相关技术过程中的知识、最佳实践及技术诀窍封装成应用软件。其本质是企业知识和技术诀窍的模型化、模块化、标准化和软件化，能够有效促进知识的显性化、公有化、组织化、系统化，极大地便利了知识的应用和复用。
工业APP既可以安装、部署和运行在诸如工业大数据平台、工业通用设计软件平台、生产管控平台等系统平台上，也可以单独使用在电脑单机上。用户可以根据使用需求安装、使用、相互调用、流通、卸载或更换，操作快速、方便、灵活。见图5。