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        2021 IAS展
        設備管理與維護

        上善若水,復返自然∣ifm助力水處理行業泵站設備的預測性維護

          2020年09月01日  

          問渠哪得清如許,為有源頭活水來。

          在幾乎每一個人口眾多的城市,每天,來自周邊河道與管網中的水如同人體血液一般,維系著這個城市的生命。同樣地,這期間產生的污水需要被及時凈化處理,才能確保生命之源的潔凈與安心。吃污吐凈,正是現代污水處理工廠的重任所在。

          在整個水處理過程中,從遍布于城市的污水集污泵站到污水集中處理設施,作為動力輸送的關鍵設備——水泵,可謂重任中的關鍵“擔當”。

          然而,如何保障泵站連續、穩定、可靠而高效地運行,一直是城市一線水務集團感到困擾的難題。而這類設備一旦因故障造成非計劃停機,會帶來一定的損失,還會影響城市的環境和供水。

          目前,泵站的主要設備——潛水泵一般位于水井的深處,無論是將泵提升出來檢測,或者人潛入水中進行故障排查,顯然耗費大量人力物力,且對人的考驗巨大。因此,如果采用傳統的點檢方式,不但費時費力,且不能及時獲取潛水泵中的故障信息。

          如今,通過ifm基于設備狀態的實時監測方案,在泵堵塞需維護前便可進行預測報警,提醒用戶及時采取行動,避免費時費力的水下維修,大大提升了維護效率,降低了運維成本。

          下面讓我們走進一個發生在澳大利亞阿德萊德(Adelaide)的實際應用案例。

          打開其中水井的一半,不太友好的氣味撲鼻而來,潛水泵就位于雙導軌的底部。

          通常,一個水井中有兩個潛水泵,大一些的水井也會有3-4個泵。這些井從周邊地區收集污水,然后泵入污水總管,水管將污水輸送到污水處理廠。

        簡單方便,了然于心

          我們需要通過簡單的鉆孔,將振動傳感器裝到泵的外殼上,然后接入泵殼進行連接。配備高IP防護等級的加速度計,通過LR SMARTOBSERVER軟件及振動檢測類產品的配合,進行無線連接的數據加載。

        振動監測,防患未然

          接下來,便進入潛水泵的振動狀態監測環節了。

          如圖,我們可以看到有一個高峰值,這也是我們需要立即找出的問題所在。

          第一個加速度檢測峰值a_Peak近10G,第二個高達50G!

          同樣的故障在加速度有效值a_RMS也展示了極高的損壞等級。由于阻塞無法消除,導致趨勢不斷惡化。

          這是一個非?;钴S的水井,由2020年3-7月這4個月以來,潛水泵振幅多次超過設定值,且觸發警報,如圖是其中一個泵的峰值。

          LR SMARTOBSERVER軟件將會實時監測設備狀態并告知警報狀態、時刻及嚴重性,也會如上圖一般通過電子郵件方式讓用戶一目了然。

          另外,頻譜信號可以定時或故障發生時記錄并保存下來,還可以導出到其他應用程序進行分析,用于對損害原因的后期分析提供大數據來源。

          總之,ifm LR SMARTOBSERVER軟件作為可實時了解工廠設備狀態的途徑,簡易又高效。當然,不單單是監測潛水泵部件,還可以實時監測電機、風扇、壓縮機、液壓動力機組等昂貴且關鍵部件。此外,該軟件不僅可以顯示振動狀態,還可以監測并顯示壓力、流量、溫度等數據,并檢測其狀態、趨勢及實現預報警。

          經排查發現,泵已被一條毛巾堵住,當移除堵塞物后,狀態監測顯示正常,從而解除了此次“危機”。

          這次水處理行業泵站的案例中主要應用了ifm的智能振動分析單元及加速度計兩款硬核產品,下面讓我們走近它們進行深一步的了解。

        智能振動分析單元VSE15x系列

          通信接口:以太網,支持Profinet、Ethernet/IP、EtherCAT、Modbus TCP等多種現場總線協議

          工作電壓:DC 24 V±20%

          電流損耗:200 mA

          可接4個振動傳感器(MEMS或IEPE)

          信號類型:MEMS 0-10 mA, IEPE

          分辨率:16 bit

          采樣率:100 kSamples

          頻率范圍:0-12000Hz

          多達24個監測對象(由80個特征頻率組成)

          全方位多樣化監控

          ISO 10816 2/10-1000Hz標準,速度有效值v_RMS

          加速度有效值a_RMS,加速度峰值a_Peek

          特定頻率監控:不平衡、不對中、松動、軸彎曲、軸承、齒輪嚙合、氣蝕等

          內部的歷史記憶功能(帶時鐘)

          內置FFT/H-FFT算法

          2 x 靜態輸入 0/4...20 mA 或脈沖24 V (負載和轉速)

          2 x 數字報警信號(PNP 100 mA) 或1 x 數字報警信號+ 1 x 模擬輸出0/4...20 mA / 0...10 V

          溫度范圍:0-60 ℃

          防護等級:IP 20

        加速度計VSA系列

          測量原理:MEMS,微機電子系統

          工作電壓:7.2~10.8 DC; (cULus: 9 V DC,由VSE提供)

          電流損耗:< 15 mA

          輸出:0~10 mA

          測量范圍:-25~25 g

          頻率范圍:0~10000 Hz

          靈敏度 :142 μA/g

          線性偏差:0.2 %

          安裝方式:M5 螺釘

          環境溫度:-25~125 ℃

          防護等級:IP 67/ IP 68

          傳統振動分析系統由加速度計、數據采集單元和數據分析處理計算機組成,系統復雜,要求用戶具備專業的振動分析技能,對操作人員有較高的要求,導致很難大范圍推廣。

          ifm創新地研發出集數據采集與分析處理為一體的智能振動分析單元,將傳統在計算機進行的振動分析方法,如時域分析、頻譜分析(FFT和H-FFT)等算法集成至數據采集單元,形成邊緣計算控制器。智能振動分析單元經過前期配置后,可以自動分析,智能診斷,簡單易用,用戶無需專業振動分析技能即可處理各種復雜應用。

        基于邊緣計算的智能振動分析系統

          振動監測作為機械類故障最有效的檢測技術,可有效解決泵機組的以下問題:

          不平衡

          對齊問題

          機械松動

          滾動軸承

          葉輪頻率

          液體湍流

          氣蝕

          ……

          通過采用ifm基于狀態監測的預測性維護解決方案,可以獲得如下受益:

          降低成本

          基于設備狀態,在需要時進行維護,而非以固定間隔進行維護,可對部件更換進行提前計劃

          避免計劃外停機時間

          及時檢測污染導致的氣蝕、電機故障、軸裝配誤差、失衡振動或空轉

          流程優化

          數據采集和分析,按需進行清潔

          獨立于IT部門進行實施

          從傳感器到評估和基于網絡分析的應用套件,可擴展至其他應用和/或ERP系統

          隨著大數據、物聯網和智能化的浪潮,預測性維護正在應用于像水處理這樣越來越多的基礎設施中,以直接且有效的方式,讓未來更美好!

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