液相銹蝕智能全自動(dòng)測(cè)定儀的研究

徐霄筱 祁炯 陳英

摘要：機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中不可避免地會(huì)有水和蒸汽侵入，對(duì)整個(gè)潤(rùn)滑系統(tǒng)金屬部件造成不同程度的腐蝕，防銹性能是汽輪機(jī)油質(zhì)量監(jiān)督的一項(xiàng)重要指標(biāo)。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法耗時(shí)較長(zhǎng)，且需要專人值守，為了進(jìn)一步提升汽輪機(jī)油監(jiān)督管理和發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行水平，研制出一套液相銹蝕智能全自動(dòng)測(cè)定儀，其應(yīng)用了智能化液位監(jiān)控、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控等多項(xiàng)技術(shù)。對(duì)系統(tǒng)中各主要模塊功能及效果予以介紹，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：所研制的液相銹蝕智能全自動(dòng)儀各項(xiàng)功能均實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)，可有效提高試驗(yàn)工作效率，加強(qiáng)油質(zhì)防銹性能監(jiān)督，確保汽輪機(jī)組安全運(yùn)行，且無(wú)需專人值守，有推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：液相銹蝕;油質(zhì)防銹;全自動(dòng)測(cè)定儀

前言

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的提升，越來(lái)越多的現(xiàn)代化技術(shù)被應(yīng)用在了實(shí)際的儀器設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，不僅為我國(guó)傳統(tǒng)的設(shè)備儀器使用注入了新的發(fā)展活力，同時(shí)也在很大程度上提升了原有儀器、設(shè)備的質(zhì)量和使用壽命。其中，汽輪機(jī)組作為我國(guó)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)不容忽視的重要組成部分之一，在汽輪機(jī)組實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，受其工作環(huán)境的影響，導(dǎo)致汽輪機(jī)很容易因水蒸氣的滲透而造成設(shè)備不同程度的銹蝕問(wèn)題，影響了汽輪機(jī)組的使用壽命，同時(shí)也在一定程度上為后續(xù)的安全運(yùn)行埋下隱患。所以，在這一需求背景下，本文著眼于液相銹蝕理念入手，構(gòu)建能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)油銹蝕情況進(jìn)行智能化全自動(dòng)測(cè)定的裝置，希望能夠?qū)罄m(xù)汽輪機(jī)組的正常運(yùn)行奠定夯實(shí)的基礎(chǔ)。

一、液相銹蝕的概述及其應(yīng)用到智能全自動(dòng)測(cè)定儀中的可行性

（一）液相銹蝕的概述

就液相銹蝕而言，是一種相對(duì)于“氣相銹蝕”而言的，指金屬在某種溶液中產(chǎn)生的銹蝕現(xiàn)象。近幾年，隨著我國(guó)有關(guān)這一技術(shù)研究的不斷深入，這一理論逐漸被應(yīng)用到了對(duì)設(shè)備銹蝕狀態(tài)的檢測(cè)環(huán)節(jié)，合理的應(yīng)用液相銹蝕不僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物體表面銹蝕情況的監(jiān)控，從而也能夠在一定程度上指導(dǎo)后續(xù)設(shè)備修理以及維護(hù)的方向。

（二）液相銹蝕應(yīng)用到智能全自動(dòng)儀中的可行性

自動(dòng)化技術(shù)在實(shí)際機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)領(lǐng)域的落實(shí)使得液相銹蝕在實(shí)際智能化設(shè)備中的應(yīng)用成為了可能，尤其是在液相銹蝕智能全自動(dòng)測(cè)定儀的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，這一設(shè)備所涉及的所有附件和配件都有符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的供應(yīng)商，并且均能夠符合國(guó)家的相應(yīng)規(guī)章制度，所以，可以認(rèn)為在實(shí)際的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)這一理念是可行的。

二、液相銹蝕智能全自動(dòng)測(cè)定儀的設(shè)計(jì)

（一）液相銹蝕智能全自動(dòng)測(cè)定儀的功能需求

首先，這一液相銹蝕智能全自動(dòng)測(cè)定儀應(yīng)具備無(wú)人監(jiān)控與計(jì)算機(jī)連接視頻監(jiān)控全過(guò)程的控制系統(tǒng)，還可與移動(dòng)設(shè)備連接操控監(jiān)視;第二，在測(cè)定儀的接口處應(yīng)采用先進(jìn)的PID檢測(cè)試驗(yàn)技術(shù)方法，安全、穩(wěn)定、可靠的控制過(guò)程;第三，測(cè)定儀應(yīng)能夠針對(duì)檢測(cè)過(guò)程的溫度、轉(zhuǎn)速、運(yùn)行狀態(tài)的全自動(dòng)智能檢測(cè)控制、顯示;最后，則要求該測(cè)定儀能夠具備自動(dòng)補(bǔ)水，超溫保護(hù)，故障自動(dòng)報(bào)警等智能功能。

（二）液相銹蝕智能全自動(dòng)測(cè)定儀的系統(tǒng)組成

結(jié)合以往液相銹蝕技術(shù)的研究，該液相銹蝕全自動(dòng)測(cè)定儀應(yīng)由以下閉環(huán)控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)四部分構(gòu)成：

1.閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)GB/T 11143《加抑制劑礦物油在水存在下防銹性能試驗(yàn)法》中所述，在試驗(yàn)過(guò)程中精準(zhǔn)控制試驗(yàn)溫度，滿足60℃±1℃的要求，并保證符合GB/T 1220中1Cr18Ni9Ti要求的不銹鋼材質(zhì)制成攪拌器的運(yùn)行速度控制在1000r/min±50r/min。要穩(wěn)定可靠的控制以上兩個(gè)功能部件的運(yùn)行參數(shù)，需要采用閉環(huán)控制的方法得以實(shí)現(xiàn)。

2.網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)GB/T 11143試驗(yàn)方法中所述，整個(gè)試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)為24h，因?yàn)樵囼?yàn)過(guò)程中，需要設(shè)備始終處于通電、加熱狀態(tài)，在夜間工作時(shí)，為了用電安全和試驗(yàn)室安全，需要人員值守，為了減輕化驗(yàn)員工作負(fù)荷，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)功能將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)時(shí)影像上傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中，即使化驗(yàn)員不在現(xiàn)場(chǎng)，也可以很方便的查看。設(shè)備通過(guò)本地RS232、CAN、RS485、I2C等接口，采集設(shè)備自身的溫度信號(hào)、轉(zhuǎn)速信號(hào)、開關(guān)信號(hào)、液位信號(hào)等，并將所有信號(hào)上傳到ANDROID服務(wù)器。安卓服務(wù)器內(nèi)建WebServer和VNCServer，提供基于HTTP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能。安卓服務(wù)器和用戶機(jī)通過(guò)路由器連接在同一局域網(wǎng)內(nèi)，用戶機(jī)即可通過(guò)服務(wù)器查看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，用戶機(jī)可以是具有Wlan網(wǎng)絡(luò)接口的計(jì)算機(jī)，也可以是具有WIFI連接功能的手持設(shè)備。同時(shí)，安卓服務(wù)器還可以通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向手機(jī)發(fā)送狀態(tài)短信。

3.安全保護(hù)系統(tǒng)，除了具有常規(guī)的軟件保護(hù)功能以外，還采用了作為預(yù)備方案的硬件保護(hù)電路，當(dāng)軟件崩潰或發(fā)生意外時(shí)，硬件保護(hù)電路即可生效，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的絕對(duì)安全。硬件保護(hù)電路有以下幾項(xiàng)：

1） 溫度保護(hù)開關(guān)，保護(hù)溫度70℃，當(dāng)液體浴溫度超過(guò)70℃時(shí)，直接跳過(guò)軟件控制，將加熱器切斷電源。

2）液位保護(hù)開關(guān)，當(dāng)試驗(yàn)液體低于最低液面線時(shí)，自動(dòng)開啟設(shè)備補(bǔ)液泵進(jìn)行補(bǔ)液，到達(dá)工作液面時(shí)，自動(dòng)停止補(bǔ)液，該功能可有效降低因設(shè)備干燒而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室火災(zāi)等安全事故的風(fēng)險(xiǎn)。

3）電機(jī)過(guò)熱、過(guò)載保護(hù)開關(guān)，當(dāng)檢測(cè)到電機(jī)工作電流出現(xiàn)異常，明顯大于或小于其額定工作電流時(shí)，自動(dòng)切斷電機(jī)電源。

4）設(shè)備電源異常保護(hù)開關(guān)，當(dāng)設(shè)備所接入的交流220V電源超出20%范圍時(shí)，自行切除自身供電電源。

4，報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)設(shè)備處于異常狀態(tài)時(shí)立即發(fā)出警報(bào)，在第一時(shí)間通知相關(guān)人員，速度排查問(wèn)題，該系統(tǒng)主要由聲光報(bào)警、短信通知以及記錄異常日志等功能組成。

（三）液相銹蝕智能全自動(dòng)測(cè)定儀的實(shí)現(xiàn)

首先，就電氣原理環(huán)節(jié)而言，設(shè)備電路部分由兩部分組成：主板、控制板。主板集成了CPU、溫度采集、信號(hào)采集、顯示器接口，其中CPU通過(guò)觸摸屏接收操作人員指令，由采集到的各類信號(hào)，通過(guò)邏輯判斷，安排指令運(yùn)行，并向控制板發(fā)送控制指令;控制板上集成各類開關(guān)器件，如固體繼電器、電磁繼電器、開關(guān)三極管、MOS管等，在接收到CPU的控制指令后，驅(qū)動(dòng)加熱管、電磁閥、泵、電機(jī)等執(zhí)行器件運(yùn)行，為系統(tǒng)可靠性和安全性提供保障。

其次，就顯示器元件的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，則采用android4.1操作系統(tǒng)的7寸屏幕，電容觸摸屏，觸摸靈敏度提高，且具有無(wú)線wifi功能，并留有互聯(lián)網(wǎng)連接和USB連接接口，操作頁(yè)面之間轉(zhuǎn)換采用滑動(dòng)手勢(shì)切換，簡(jiǎn)單快捷。

第三，在進(jìn)行MCU選型的環(huán)節(jié)，設(shè)備采用意法半導(dǎo)體生產(chǎn)的STM32F103作為主控，它是32位基于ARM核心的帶512K字節(jié)閃存的微控制器，具有良好的抗干擾性和穩(wěn)定性，主頻最高72MHz，支持單周期乘法和硬件除法，供電電源支持2.0V – 3.6V，支持低功耗模式。

第四，就無(wú)線警報(bào)模塊的實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō)，本設(shè)計(jì)選擇的 GSM 模塊為 SIMCOM（希姆通）公司的 SIM900A 模塊，該模塊為 SIMCOM 公司推出的一款緊湊型產(chǎn)品，完全采用 SMT 封裝形式，其性能穩(wěn)定，外觀精巧，性價(jià)比高。SIM900A 采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，工作頻率為/900Mhz/1800MHz，內(nèi)嵌 TCP/IP協(xié)議，可以低功耗實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、短信（SMS）、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸。本模塊與MCU通過(guò)串口通信，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，通過(guò)此模塊向指定手機(jī)發(fā)送故障報(bào)警短信。

第五，就溫度采集模塊的實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō)，使用PT100作為溫度傳感元件，在PT100上流經(jīng)1mA恒流電源，則溫度升高1℃，PT100上的電壓增大0.385mV，電壓進(jìn)入減法電路做減法運(yùn)算，被減去的電壓為100mV，這是因?yàn)楫?dāng)PT100阻值為100Ω，對(duì)應(yīng)溫度為0℃，設(shè)備的溫度檢測(cè)范圍為 0 – 100℃。減法電路的輸出電壓進(jìn)入運(yùn)算放大器，其放大倍數(shù)約為65倍，以此滿足后續(xù)PID溫度控制的要求。

第六，就也為液位開關(guān)環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō)液位開關(guān)使用不銹鋼浮球兩位電磁-干簧管式，垂直安裝并探入液體浴缸中，當(dāng)液位開關(guān)浮球位于下液面線以下時(shí)，表示恒溫浴缺液，檢測(cè)到該狀態(tài)，設(shè)備將自動(dòng)啟動(dòng)補(bǔ)液泵進(jìn)行補(bǔ)液。當(dāng)液位開關(guān)浮球位于上液面線時(shí)，表示恒溫浴中液面太滿，設(shè)備將自動(dòng)打開排液閥進(jìn)行排液。只有在上液面線和下液面線之間的液面，才是設(shè)備工作的安全液面。

最后，就網(wǎng)絡(luò)服務(wù)裝置和視頻監(jiān)控裝置來(lái)說(shuō)，均選擇了集成在ANDROID顯示器中的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器共提供了兩種服務(wù)類型，分別為WebServer和VNCServer。這兩種模式都能夠在一定程度上為設(shè)備的使用者提供預(yù)期的監(jiān)控結(jié)果。比如，就這一環(huán)節(jié)，通過(guò)VNC服務(wù)器，在接入網(wǎng)絡(luò)的任何智能終端上，都可以獲得和現(xiàn)場(chǎng)操作使用設(shè)備時(shí)，完全一樣的顯示界面，操作員在辦公室甚至樓道里就可以方便快捷的了解到設(shè)備的運(yùn)行信息。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，本文通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中各主要模塊功能及效果予以介紹，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：所研制的液相銹蝕智能全自動(dòng)儀各項(xiàng)功能均實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)，可有效提高試驗(yàn)工作效率，加強(qiáng)油質(zhì)防銹性能監(jiān)督，確保汽輪機(jī)組安全運(yùn)行，且無(wú)需專人值守，有推廣應(yīng)用價(jià)值。

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