CN209354337U - 一种泵类系统的在线能效测试和能耗分析系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种泵类系统的在线能效测试和能耗分析系统，包括传感器组模块、传感器信号处理模块、显示模块、存储模块、通信模块、主控制器模块、电源转换模块和备用电源模块。其中传感器组模块包括电流传感器、电压传感器、压力传感器、温度传感器和流量传感器；传感器信号处理模块包括电参数采集模块和AD转换模块；存储模块包括SD卡和U盘；通信模块包括GPRS无线模块、RS232串口模块和以太网网络模块。本系统可快速自动地采集检测数据，并对数据进行计算处理，大大缩短了检测周期，节省了能源和物力的消耗，可准确评价泵类系统运行能效和掌握泵类系统运行状态，为制定泵类系统节能措施方面提供科学依据和技术保障。

Description

一种泵类系统的在线能效测试和能耗分析系统

技术领域

本实用新型涉及自动化检测技术领域，具体为一种泵类系统的在线能效测试和能耗分析系统。

背景技术

目前国外水泵测试系统的产品已经比较成熟，美国、德国等发达国家已经普遍化，并呈现出高集成、小体积、可移动、多功能、设备全、易操作等特点。由于水泵检测技术的发展，矿山用水泵关键参数的检测技术也得到了进步。尽管这类水泵测试装置具有高集成、小体积、可移动、多功能、设备全、易操作等优点，但在数据处理方面功能薄弱，缺少嵌入式的数据处理分析系统，效率不高。国外泵类系统在性能测试技术和自动检测技术方面的研究相对于国内起步较早，测试系统方面的产品已经比较成熟。但是，针对基于PLC技术的泵类系统性能测试技术和自动检测技术，国外没有现成的资料可供参考。随着我国工业生产的不断发展，我国泵类系统性能测试试验台已较多的投入使用，但是针对泵类系统在线能效测试及能耗分析系统的设计与研究并不多。

目前，对于泵类系统能效测试主要是人工分别对相关参数进行现场进行十几个参数的人工观测抄录，再按国标要求进行查表计算等数据处理，最后得到泵类类系统的性能参数。这种利用人工读数、记录的方法来采集试验数据的方法，需消耗大量的人力和时间，并且有些试验只能持续很短的时间，不允许长时间的测量。在现代的泵类系统测试中，需要测量的参数与测点的数目不断增多，对检测速度与精度的要求也不断提高。因此，常规的测量方法已难以满足要求。

随着电子学、传感器和微机技术的迅速发展及其在测试技术中的应用，泵类系统性能参数的检测技术有了新的突破。高精度的流量、压力传感器的问世，可编程控制器(PLC)、单片机(MCU)及微机的广泛应用，为研制开发出准确、快速、智能化的空气泵类系统性能检测仪器提供了可能。这种检测仪器能快速自动地采集试验数据，并对数据进行计算处理，及时提供试验结果，以供试验人员分析和判断，这就大大缩短了实验研究的周期，节省了能源、物力的消耗。

因此如何利用先进的检测技术，开发出能准确、快速进行空气泵类系统能效参数检测的仪器，已愈来愈受到生产厂家和广大学者的关注。

实用新型内容

为了克服现有技术提及的缺点，本实用新型提供一种泵类系统的在线能效测试和能耗分析系统，达到准确评价泵类系统运行能效、掌握泵类系统运行状态、制定泵类系统节能措施等方面提供科学依据和技术保障。

本实用新型解决其技术问题所采用技术方案为：一种泵类系统的在线能效测试和能耗分析系统，包括传感器组模块、传感器信号处理模块、显示模块、存储模块、通信模块、主控制器模块和电源转换模块；所述传感器组模块数据连接所述传感器信号处理模块，所述传感器信号处理模块分别数据连接所述主控制器模块、显示模块、存储模块和通信模块，所述主控制器模块分别数据连接所述显示模块、存储模块和通信模块，所述电源转换模块电气连接所述主控制器模块，为主控制器模块和各个模块提供电能。

进一步的，还包括有备用电源模块，所述备用电源模块电气连接所述电源转换模块，所述备用电源模块采用可充电的24V锂电池，为系统提供电源。

进一步的，所述传感器组模块包括电流传感器、电压传感器、(管道)压力传感器、(管道)温度传感器和(管道)流量传感器。其中电流传感器采用钳形电流传感器，量程为0.00mA～1000A，精度为±0.5％FS；(管道)压力传感器量程为-100kPa～0～100Mpa，精度为0.25级；(管道)温度传感器量程为-50～350℃，精度为0.5级；(管道)流量传感器测量管径范围为DN50～700mm。

进一步的，所述传感器信号处理模块包括数据连接的电参数处理模块和高精度A/D转换模块，所述电流传感器和电压传感器数据连接所述电参数处理模块，所述压力传感器、温度传感器和流量传感器数据连接所述高精度A/D转换模块。电参数处理模块采用RS485接口，高精度A/D转换模块共有8组通信，具有24位的精度和30kSPS的数据转换速度。

进一步的，所述显示模块为一块7寸的带触摸功能的显示屏。

进一步的，所述存储模块包括SD卡和U盘两种存储方式，SD卡最大兼容存储容量为8G，U盘则不受限制，主要是存储数据为泵类系统运行数据，包括实时进、出液体流速，实时进、出口压力，实时进、出口温度，实时泵类机组电参数、能耗等信息。

进一步的，所述通信模块采用GPRS无线通信模块或RS232串口模块或以太网网络模块(TCP/IP模块)或以上的结合，其中，GPRS无线通信模块可通过sim卡无线拨号上网方式与远程服务器进行连接通信，进行数据传输；RS232串口模块可使设备通过RS232线或232转USB数据线与服务器连接，进行数据传输；以太网网络模块使设备具有网络通信的功能，通过网线与PC机连接，可以建立通信信道进行数据传输。

进一步的，所述主控制器模块采用MCU主控板控制芯片，负责所有功能模块的控制、数据的采集处理等功能，主控制芯片通过RS485接口以特定的通信协议(modbus)接发所有功能模块的数据。

进一步的，所述电源转换模块包括两种模块：24V转5V电源模块和5V转3V电源模块。其中24V转5V电源模块为U盘提供电源，并作为3.3V电压稳压电路的输入电源；5V转3V电源模块将5V输入电压经过DC-DC的方式输出3V电压，为主系统的控制电路提供电源，最大输出电流可达2A。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型可提高泵类系统能效检测效率，保证检测准确性。该集成系统的开发可替代以往泵类系统能效检测采用人工记录模式的方式进行，改变测试方法效率低下的现状。该测试系统可实现泵类系统多参数的同时记录，保证数据采集的同时性和准确性，提高泵类系统能效测试效率。另外，系统还嵌入能耗分析软件，可实时对泵类系统的运行状态进行能效分析，更好掌握其运行效率和能效水平。

(2)本实用新型实现泵类系统能效在线检测和能耗分析功能，可及时查找泵类系统运行的缺陷。由于目前泵类系统的能效测试方法均是现场采集数据，再进行离线分析。这样处理所得结果会产生较大的滞后性，当发现测试效率低下时，很难在测试现场就及时查找其存在问题，以便提出合理的解决措施。该系统平台的研发可以实现在线能耗分析，指出运行存在问题，技术人员便可及时发现问题并在现场查找能源浪费之处。

(3)本实用新型实现泵类系统能效检测系统小型化，提高其便携性，具有较高的自主研发权。由于目前泵类系统能效测试大多都是实验室的试验平台，携带至测试现场开展能效测试的可能性较低。另外，国外的测试设备依据的测试标准及方法与国内的不一致，导致其推广适用性较低。本项目研发的泵类系统能效测试系统正是为了解决以上问题，其测试依据为我国泵类系统测试标准和测试方法。该系统进一步缩小检测设备的体积，方便外出携带进行测试，以满足进一步推广应用的需求。

(4)本实用新型实现泵类系统能效测试数据的无线传输。该测试系统可实现将现场采集的测试结果及能耗分析结果通过联网传输至测试结构办公地点。由于对泵类系统进行性能比对时所需要的测试周期较长，测试人员无法长期及时刻在测试现场查看其测试状态。通过该功能则实现远程进行泵类系统进行测试监控，节约测试人力和测试成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步的说明。

如图1所示，一种泵类系统的在线能效测试和能耗分析系统，包括传感器组模块、传感器信号处理模块、显示模块、存储模块、通信模块、主控制器模块和电源转换模块；所述传感器组模块数据连接所述传感器信号处理模块，所述传感器信号处理模块分别数据连接所述主控制器模块、显示模块、存储模块和通信模块，所述主控制器模块分别数据连接所述显示模块、存储模块和通信模块；检测数据可不经主控制器模块自动在显示模块和存储模块中显示和存储，也可直接通过通信模块上传至远程监控平台中，完成能效测试；检测数据经主控制器模块的技术分析，完成能耗分析并将结果传输至显示模块、存储模块和通信模块，这样系统响应速度快，运行效率高；所述电源转换模块电气连接所述主控制器模块，为主控制器模块和各个模块提供电能。

进一步的，还包括有备用电源模块，所述备用电源模块电气连接所述电源转换模块，所述备用电源模块采用可充电的24V锂电池，为系统提供电源。

进一步的，所述传感器组模块包括电流传感器、电压传感器、(管道)压力传感器、(管道)温度传感器和(管道)超声波流量传感器。其中，电流传感器和电压传感器用于连接在待测的泵类系统的电路上，(管道)压力传感器、(管道)温度传感器和(管道)超声波流量传感器用于安装在待测的泵类系统的管道上；电流传感器采用钳形电流传感器，量程为0.00mA～1000A，精度为±0.5％FS；(管道)压力传感器量程为-100kPa～0～100Mpa，精度为0.25级；(管道)温度传感器量程为-50～350℃，精度为0.5级；(管道)超声波流量传感器测量管径范围为DN50～700mm。

进一步的，所述传感器信号处理模块包括数据连接的电参数处理模块和高精度A/D转换模块，所述电流传感器和电压传感器数据连接所述电参数处理模块，所述压力传感器、温度传感器和流量传感器数据连接所述高精度A/D转换模块。电参数处理模块采用RS485接口，高精度A/D转换模块共有8组通信，具有24位的精度和30kSPS的数据转换速度。

进一步的，所述显示模块为一块7寸的带触摸功能的显示屏。

进一步的，所述存储模块包括SD卡和U盘两种存储方式，SD卡最大兼容存储容量为8G，U盘则不受限制，主要是存储数据为泵类系统运行数据，包括实时进、出液体流速，实时进、出口压力，实时进、出口温度，实时泵类机组电参数、能耗等信息。

进一步的，所述通信模块采用GPRS无线通信模块或RS232/485串口模块或以太网网络模块(TCP/IP模块)或以上的结合，其中，GPRS无线通信模块可通过sim卡无线拨号上网方式与远程服务器进行连接通信，进行数据传输；RS232串口模块可使设备通过RS232/485线或232/485转USB数据线与服务器连接，进行数据传输；以太网网络模块(TCP/IP模块)使设备具有网络通信的功能，通过网线与PC机连接，可以建立通信信道进行数据传输。

进一步的，所述主控制器模块采用MCU主控板控制芯片，负责所有功能模块的控制、数据的采集处理等功能，主控制芯片通过RS485接口以特定的通信协议(modbus)接发所有功能模块的数据。

进一步的，所述电源转换模块包括两种模块：24V转5V电源模块和5V转3V电源模块。其中24V转5V电源模块为U盘提供电源，并作为3.3V电压稳压电路的输入电源；5V转3V电源模块将5V输入电压经过DC-DC的方式输出3V电压，为主系统的控制电路提供电源，最大输出电流可达2A。

本实用新型还提供一种泵类系统的在线能效测试和能耗分析方法，基于上述一种泵类系统的在线能效测试和能耗分析系统，其具体实施步骤如下：

S1.确定待测的泵类系统的检测条件，包括检测参数确定、检测位置确定、泵类系统运行工况等内容；

S2.根据S1待测的泵类系统的检测条件，确定需安装的检测传感器，并完成检测传感器组模块的安装布置；

S3.待泵类系统运行稳定后，开启系统检测按钮，系统开始对检测数据进行采集、分析和储存，同时实时上传至远程监控平台；

S4.检测人员既可通过显示模块查看检测数据及分析结果，也可以通过互联网访问远程监控平台进行查看；待检测完成后，检测人员可通过监控平台快速生成检测报告；

S5.完成泵类系统能效检测后，移除相关检测传感器，并不影响泵类系统的正常运行。

以上所述者，仅为本实用新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，即大凡依本实用新型申请专利范围及实用新型说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本实用新型专利涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种泵类系统的在线能效测试和能耗分析系统，其特征在于，包括传感器组模块、传感器信号处理模块、显示模块、存储模块、通信模块、主控制器模块和电源转换模块；所述传感器组模块数据连接所述传感器信号处理模块，所述传感器信号处理模块分别数据连接所述主控制器模块、显示模块、存储模块和通信模块，所述主控制器模块分别数据连接所述显示模块、存储模块和通信模块，所述电源转换模块电气连接所述主控制器模块。

2.根据权利要求1所述的一种泵类系统的在线能效测试和能耗分析系统，其特征在于，还包括有备用电源模块，所述备用电源模块电气连接所述电源转换模块。

3.根据权利要求1所述的一种泵类系统的在线能效测试和能耗分析系统，其特征在于，所述传感器组模块包括电流传感器、电压传感器、压力传感器、温度传感器和流量传感器。

4.根据权利要求3所述的一种泵类系统的在线能效测试和能耗分析系统，其特征在于，所述电流传感器采用钳形电流传感器，量程为0.00mA～1000A，精度为±0.5％FS；压力传感器的量程为-100kPa～100Mpa，精度为0.25级；温度传感器的量程为-50～350℃，精度为0.5级；流量传感器的测量管径范围为50～700mm。

5.根据权利要求3的一种泵类系统的在线能效测试和能耗分析系统，其特征在于，所述传感器信号处理模块包括数据连接的电参数处理模块和A/D转换模块，所述电流传感器和电压传感器数据连接所述电参数处理模块，所述压力传感器、温度传感器和流量传感器数据连接所述A/D转换模块。

6.根据权利要求1所述的一种泵类系统的在线能效测试和能耗分析系统，其特征在于，所述显示模块采用带触摸功能的显示屏。

7.根据权利要求1所述的一种泵类系统的在线能效测试和能耗分析系统，其特征在于，所述存储模块包括SD卡和U盘。

8.根据权利要求1所述的一种泵类系统的在线能效测试和能耗分析系统，其特征在于，所述通信模块采用GPRS无线通信模块或RS232串口模块或以太网网络模块或以上的结合。