CN205401071U - 一种泥浆泵远程在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种泥浆泵远程在线监测系统，被测泥浆泵状态信号通过信号线缆传入采集装置；经过采集装置中的数采器、交换机、光电转化器的处理，最终输出的光信号通过光纤传送到中控室，经过光电转化器或光电交换机转换，通过网线接入局域网，监测中心通过访问局域网或互联网获得泥浆泵运行情况，进行技术支持。本实用新型泥浆泵设备状态受控和预知维修，延长检修间隔，为合理降低检修费用提供技术支撑；泥浆泵设备运行可靠安全，减少人员点检带来的安全风险；对点检人员素质和积极性的依赖大大降低；泥浆泵在线状态监测与设备管理系统的结合推动设备管理真正升级，提升设备管理效率。

Description

一种泥浆泵远程在线监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种泥浆泵监测系统，尤其是一种泥浆泵远程在线监测系统。

背景技术

泥浆泵是地质钻探设备的心脏，它是固井、压裂、酸化等作业中的关键设备之一，它在石油化工行业中也起着重要作用。泥浆泵是一种往复式柱塞泵，它通过曲柄连杆机构，把马达的旋转运动转换为十字头及活塞的往复直线运动，把低压的泥浆压缩成高压泥浆。在钻井过程中以高压向井底输送高粘度、大比重和含砂量较高的钻井液，用以冷却钻头、冲刷井底、破碎岩石，从井底返回时携带出岩屑，是石油钻井作业最重要的工艺设备之一。泥浆泵工作条件恶劣，它的性能、结构、可靠性，直接影响着钻井质量的好坏。据不完全统计，我国由于泥浆泵故障造成的损失每年达2亿元。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种基于自动化、信息化、网络化的泥浆泵远程在线监测系统，实现对钻井现场泥浆泵设备的连续在线监测。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种泥浆泵远程在线监测系统，被测泥浆泵状态信号通过信号线缆传入采集装置；经过采集装置中的数采器、交换机、光电转化器的处理，最终输出的光信号通过光纤传送到中控室，经过光电转化器或光电交换机转换，通过网线接入局域网，监测中心通过访问局域网或互联网获得泥浆泵运行情况，进行技术支持。

单台泥浆泵采用12个振动测点、1个转速测点，通过传感器采集的振动和转速信号，通过modbus-tcp协议模块接入数采器，从数采器输出的数据信号，经过交换机后再接入光电转化器，转换成光信号后进入光纤环网。

每台泥浆泵配置3台AIC9000数采器，每个数采器均为十二通道，其中四通道振动，两通道转速，其余通道为预留缓存变量，支持随时扩展通道。

所述泥浆泵的振动和转速信号包括在工作中产生的振动速度、振动冲击和转速频率，监测系统通过传感器、拾振器实时采集泥浆泵重点部位工作时的各变化数据，并将这些数据传递给中控室中的监测服务器，中控室中的显示器上实时显示相关监测信号数值，并在存储器内存储。

监测系统自动定时记录监测数据，并上传到监测服务器形成SQL监测数据库。

中控室监测服务器缺省每间隔1分钟自动保存一条记录，每条监测记录包括泥浆泵振动测点的振动原始波形、频谱。

中控室通过软件模块进行监测数据的处理；

软件模块包括：波形参数模块：峰值、平均值、有效值、峰值指标、波形指标、脉冲指标、裕度指标、峭度指标；

频率成分模块：各种故障特征频率倍频成分按峰值大小排列，快速查找所有主要振动源，即异常振动的部位和原因；

监测数据处理模块：根据故障种类按需要调整采集参数，采集参数包括通道数、分析频率、采样点数、低通设置、低通拐点、高通设置、抗混设置、包络设置、触发方式；

分析功能模块：时域分析、频域分析、相关分析、概率分析、小波分析、趋势分析、相位分析、时间三维、转速三维、轴心轨迹、伯德图、奈奎斯特图。

本实用新型的有益效果是：泥浆泵远程在线监测系统实现了1)泥浆泵设备状态受控和预知维修，延长检修间隔，为合理降低检修费用提供技术支撑；2)泥浆泵设备运行可靠安全，减少人员点检带来的安全风险；3)对点检人员素质和积极性的依赖大大降低；4)泥浆泵在线状态监测与设备管理系统的结合推动设备管理真正升级，提升设备管理效率。

附图说明

图1是本实用新型的泥浆泵远程在线监测系统总体构成框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

如图1所示，本实用新型的泥浆泵远程在线监测系统，被测泥浆泵1状态信号通过信号线缆传入采集装置3；经过采集装置中的数采器4、交换机5、光电转化器6的处理，最终输出的光信号通过光纤传送到中控室8，经过光电转化器或光电交换机转换，通过网线接入局域网，监测中心9通过访问局域网或互联网获得泥浆泵1运行情况，进行技术支持。

单台泥浆泵1采用12个振动测点、1个转速测点，通过传感器采集的振动和转速信号，通过modbus-tcp协议模块接入数采器4，从数采器4输出的数据信号，经过交换机5后再接入光电转化器6，转换成光信号后进入光纤环网。

每台泥浆泵1配置3台AIC9000数采器4，每个数采器均为十二通道，其中四通道振动，两通道转速，其余通道为预留缓存变量，支持随时扩展通道。

所述泥浆泵的振动和转速信号包括在工作中产生的振动速度、振动冲击和转速频率，监测系统通过传感器、拾振器实时采集泥浆泵重点部位工作时的各变化数据，并将这些数据传递给中控室8中的监测服务器，中控室中的显示器上实时显示相关监测信号数值，并在存储器内存储。

监测系统自动定时记录监测数据，并上传到监测服务器形成SQL监测数据库。

中控室8监测服务器缺省每间隔1分钟自动保存一条记录，每条监测记录包括泥浆泵振动测点的振动原始波形、频谱。

中控室8通过软件模块进行监测数据的处理；

软件模块包括：波形参数模块：峰值、平均值、有效值、峰值指标、波形指标、脉冲指标、裕度指标、峭度指标；

频率成分模块：各种故障特征频率倍频成分按峰值大小排列，快速查找所有主要振动源，即异常振动的部位和原因；

监测数据处理模块：根据故障种类按需要调整采集参数，采集参数包括通道数、分析频率、采样点数、低通设置、低通拐点、高通设置、抗混设置、包络设置、触发方式；

分析功能模块：时域分析、频域分析、相关分析、概率分析、小波分析、趋势分析、相位分析、时间三维、转速三维、轴心轨迹、伯德图、奈奎斯特图。

本实用新型利用信息化技术，对泥浆泵机组安装在线监测系统，将作业现场传感器的原始信号和实时数据远程传输至基地服务器，通过基地服务器、基地监控终端实现作业现场传感器调校、数据采集、监控以及通过辅助诊断功能和专家诊断实现对泥浆泵设备状态的精确判断，经多种网络平台发布数据，实现数据共享，方便各级技术人员更好的掌握勘探现场动态，指导现场设备维护与检修。

泥浆泵远程在线监测系统实施过程中软硬件应用效果良好，系统整体在环境上经受住了雨雪、大雾天气的考验，抗雷击、抗干扰、故障率低的优越性得到很好的展现。在现场数据采集、远程发送、基地接收、远程终端、远程控制等方面性能稳定，泥浆泵远程在线监测系统各项资料完整准确，各种参数合理有效。

下面结合具体实施例进行详细说明：

1、现场采集

本实施方案中单台泥浆泵采用12个振动测点、1个转速测点。传感器采集的振动和转速信号通过modbus-tcp协议模块接入AIC9600数采器，从数采器输出的数据信号，经过TP-LINK转换后接入光电转化器6。三台泥浆泵配置9台AIC9000数采器，每个数采器均为十二通道，其中四通道振动，两通道转速，其余通道为预留缓存变量，支持随时扩展通道。

2、系统通讯

采用AIC9600系统光纤传输方案：如图1所示，被测泥浆泵1状态信号通过信号线缆2传入采集装置3；经过采集装置中的数采器4、交换机5、光电转化器6的处理，最终输出光信号；通过光纤传送到中控室8，再次利用光电转化器或光电交换机转换；用网线接入局域网，监测中心9可以通过访问局域网或互联网来了解设备运行情况或进行技术支持。

3、数据存储

监测系统可自动定时记录监测数据，并上传监测服务器形成SQL监测数据库。系统缺省每间隔1分钟自动保存一条记录，需要时可修改存盘间隔。每条监测记录包括3台泥浆泵36个振动测点的振动原始波形、频谱，分析频宽5000Hz、谱线数1600条。

4、系统软件及功能

(1)泥浆泵在线远程连续采样分析软件模块包括：1)波形参数：峰值、平均值、有效值、峰值指标、波形指标、脉冲指标、裕度指标、峭度指标；2)频率成分：各种故障特征频率倍频成分按峰值大小排列，快速查找所有主要振动源(异常振动的部位和原因)。3)针对性采集数据：根据故障种类按需要调整采集参数如：“通道数、分析频率、采样点数、低通设置、低通拐点、高通设置、抗混设置、包络设置、触发方式等”4)各种分析功能：时域分析、频域分析、相关分析、概率分析、小波分析、趋势分析、相位分析、时间三维、转速三维(启停机分析)、轴心轨迹、伯德图、奈奎斯特图。5)采样数据方式：可以进行在线、离线两种分析方式。检测工程师使用便携式计算机通过RJ45网口连接监测硬件，就可以利用分析软件进行实时在线分析，利用专家系统进行详细分析。6)振动数据两种分析功能：振动数据的批处理分析、单独分析。振动批处理功能一般用于多点单次、多点多次连续振动数据进行查找告警数值的工作，待发现告警数值后再进行单独详细分析。单独分析功能用于对单点单次连续振动数据进行较详细分析，可以显示稳定转动工况下的时域、频域曲线，显示频率、幅值、1X倍频、2X倍频、3X倍频、4X倍频等数值。光标追随频域、时域曲线显示单点数值，显示幅值告警，告警振动信号所在取样点具体位置等。

(2)工况信号的检测显示存储功能

泥浆泵在工作中产生液压流量、转速、温度和振动，监测系统通过各种传感器、拾振器实时采集泥浆泵重点部位工作时的各变化数据，并将这些数据传递给存储器，在液晶屏幕上实时显示相关监测信号数值，并在存储器内存储。

(3)异常信号的实时报警功能

监测系统在实时采集各种信号数据、振动数据后，同预设的报警闸门数据进行比对。当采集数据高于报警数据时，监测系统自动进行屏幕显示报警和灯光、音响报警。

(4)存储后信号的传输功能

监测系统内置的存储器、数据总线、接口设备等硬件设备可以将采集到的振动信号暂时存储在存储器内，检测工程师也可以将便携式计算机连接到系统的接口设备上，将存储的采样信号文件读取到便携式电脑上。也可以实时通过3G网络将数据传输至基地的设备分析服务器，可远程监控分析现场的设备各类采样数据。

(5)动态模拟判定故障功能

分析软件针对单点单次连续取样数据提供仿真模拟故障和专家系统诊断意见功能。当检测工程师对某单点单次连续取样数据进行详细分析时，分析软件可以提供三维仿真的泥浆泵转动情况及测点位置，从开始旋转工作开始，用30秒钟代表30分钟实时时间，连续显示从30-120分钟实际工作数据，显示不同测点的数值变化及柱状温升效果，显示故障点的时域、频域波形、显示振动告警数值、显示振动幅值告警闸门数值、显示温度告数值、显示告警温度闸门区段。同时软件自带的专家诊断库给出专家诊断结论，显示振动专家库诊断结论，同时结构图显示隐患告警部位的位置和装置情况。

(6)泥浆泵专家诊断功能

分析软件自带数据库功能，可以将每次分析的数据记入数据库，以便日后统计数据，找到数理统计规律，修正正常数据曲线的带宽范围，修正闸门报警数值提供依据，完善并形成专家数据库。

分析软件自带专家诊断功能，对齿轮、轴承、电机、阀门等重点部位的故障情况、振动数值预设故障诊断结构，当采样数据与预设数据吻合时，分析软件自动给出专家诊断结论提示检测工程师。同时分析软件还可以结合检测工程师、检修工程师的实际分析，将分析数据与分析结果进行结合，写入专家诊断信息库，以逐步完善。

本实用新型利用信息化技术来提升设备管理水平，对泥浆泵机组安装在线监测系统，在实时采集完整的设备状态信息的基础上对设备异常状态进行自动报警，并利用辅助诊断功能和专家诊断实现对设备状态的精确判断，使设备管理人员实时准确地掌握关键机组的状态。

综上所述，本实用新型的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本实用新型的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本实用新型的范围之内。

Claims (7)

1.一种泥浆泵远程在线监测系统，其特征在于，被测泥浆泵(1)状态信号通过信号线缆传入采集装置(3)；经过采集装置中的数采器(4)、交换机(5)、光电转化器(6)的处理，最终输出的光信号通过光纤传送到中控室(8)，经过光电转化器或光电交换机转换，通过网线接入局域网，监测中心(9)通过访问局域网或互联网获得泥浆泵(1)运行情况，进行技术支持。

2.根据权利要求1所述的泥浆泵远程在线监测系统，其特征在于，单台泥浆泵(1)采用12个振动测点、1个转速测点，通过传感器采集的振动和转速信号，通过modbus-tcp协议模块接入数采器(4)，从数采器(4)输出的数据信号，经过交换机(5)后再接入光电转化器(6)，转换成光信号后进入光纤环网。

3.根据权利要求2所述的泥浆泵远程在线监测系统，其特征在于，每台泥浆泵(1)配置3台AIC9000数采器(4)，每个数采器均为十二通道，其中四通道振动，两通道转速，其余通道为预留缓存变量，支持随时扩展通道。

4.根据权利要求2所述的泥浆泵远程在线监测系统，其特征在于，所述泥浆泵的振动和转速信号包括在工作中产生的振动速度、振动冲击和转速频率，监测系统通过传感器、拾振器实时采集泥浆泵重点部位工作时的各变化数据，并将这些数据传递给中控室(8)中的监测服务器，中控室中的显示器上实时显示相关监测信号数值，并在存储器内存储。

5.根据权利要求4所述的泥浆泵远程在线监测系统，其特征在于，监测系统自动定时记录监测数据，并上传到监测服务器形成SQL监测数据库。

6.根据权利要求5所述的泥浆泵远程在线监测系统，其特征在于，中控室(8)监测服务器缺省每间隔1分钟自动保存一条记录，每条监测记录包括泥浆泵振动测点的振动原始波形、频谱。

7.根据权利要求6所述的泥浆泵远程在线监测系统，其特征在于，中控室(8)通过软件模块进行监测数据的处理；

软件模块包括：波形参数模块：峰值、平均值、有效值、峰值指标、波形指标、脉冲指标、裕度指标、峭度指标；

频率成分模块：各种故障特征频率倍频成分按峰值大小排列，快速查找所有主要振动源，即异常振动的部位和原因；

监测数据处理模块：根据故障种类按需要调整采集参数，采集参数包括通道数、分析频率、采样点数、低通设置、低通拐点、高通设置、抗混设置、包络设置、触发方式；

分析功能模块：时域分析、频域分析、相关分析、概率分析、小波分析、趋势分析、相位分析、时间三维、转速三维、轴心轨迹、伯德图、奈奎斯特图。