风机机组群的在线状态监测与控制系统.pdf

同 觏却姐群 的在线状态监测与控制系统 柬景化工技黹资迅之 自勤化控铷照袁 王晓萍 浙a大学仪器科学系 杭州 3 1 0 0 2 7 摘要介绍了风机机组群的在线状态监测与控制系统，论述了监控原理，并详细讨论了系统的构成和 硬件、软件的设计方法 。 关键词风机机组P L C 模块数据采集模块上位机 1 嗣誉 风机机组是化工、冶金等企业某些生产过程的关键设备之一，在生产中曾发生因滚动轴承严重损坏、 电机抱轴而被迫停车检修的情况，影响了正常生产．造成了很大的经济损失。因此建立风机机组在线状态 监，剽与控制系统，实时地进行轴承状态数据的监测，报警判断、联锁判断，有效地防止滚动轴承故障的发 生， 确保风机机组长周期安全、 可靠、 有效地运行， 具有重大的经济效益和现实意义。 为此我们研制了c M c 一 2 型风机机组群在线监测与控制系统。 2监咧爱理 滚动轴承的故障形式较多，主要有由于滚动体在滚道上反复承受不均匀载荷引起的疲劳剥落由于 蒗动体L j 滚道之间的相对运行及外界污物的侵入、澜滑 良、装配不正确等引起的磨损、 损伤；由于滚动 面、滑动面租糙， 抱轴等引起的烧伤等 滚动轴承的这些故障均会使轴承的振动增大，有的故障 如烧伤 还会使轴承温度急剧升高。冈此用振动检测法和温度检测法可以有效地监测滚动轴承的运行状态，及时发 现轴承的故障 C , C - 2 监控系统的监控对象是9 台人型风机机组，监控信号是每台机组的4 个振动加速度信号、 3 个温度 信号、1 个压力信号和1 个联锁开关控制信号 风机机纽的构成与测点分布见图l 。 2 3 8 4 5 6 7 图1 风机机组与测点分布固 注；①②④为振动测点、⑥⑦为温度测点、 为 力测点 电机两端、风机两端的振动测点分别检测4 个轴承座外先的振动加速度，采用的是美国E N T E K 公司生 产的 3 2 7 A 0 1 型内置式加速度传感器；3 个温度铡点检测轴承外圈的温度，采用性能稳定、安装方便的半导 体型,4 1 5 9 0 传感器测量i 1 个压力测点检测风机的出口压力，采用Y Y B 型扩散硅压力变送器测量，由于电机 或风机轴承的损坏将影响整个机组的正常工作， 使风机出口压力变低， 因此将出口压力作为一个检测参数 当发生联锁时，系统将输出联锁开关控制信号 自动 切断风机 电源 根据实时可靠的监测数据，以及不同时段内的趋势数据，可以有效地判断风机机组的状态，及时作出 预警、报警和联锁跳闸等响应。同时通过对振动加速度波形数据和各种频谱 如细化分析、包络谱分析、 P C B 谱分析等分析，可提取各种故障特征信息．进行故障原因的分析与判断 a 0 叭 e 3 心6 t w啪 油t 脚 加枷 维普资讯 风机机组群的在线状态监测与控制 系统 豪景I I -r 技孀鬻迅之 自 B 控● I 及蟹毫 3 飘啊■ 雌 0 Ic - 2 型风机机组群在线状态监控系统的结构组成如图2 所示。 图2 风机机组在线监控系统结构图 信号t 出 该系统由P L C 摸块、 振动数据采集模块及上位计算机三部分组成。 P L C 模块完成菩机组振动速度有效值． 温度、 压力信号的连续实时采集实现与上位计算机的通信；进行监测数据的联锁判断， 输出联锁开关的 控制信号． 使故障机鳋臼动停车 振动数据采集模块完成异机纽振动加速度波形数据韵采集t 进行波形数 据的存储和实现与上撼计算机的通信 上使计算机完成数据通信、 数据分析、 数据管理等任务。 其主要功 能有系统参鼗设麓，人机对话与P L E 模块莆 【 振动数据采集模块进行通信实时显示各机组i 昊 5 量结累， 振动时域波形年 I f频谱擘 ■进{亍 历史数据和报警数据的存储与处理； 进行趋势分析和各种频谱分析 根据需 要打印各种报表 4 P L qm 酣 4 ． 】 a l_ C 模块硬件结构 本系统P L c 模块由日本三菱公司的F X 2 系列的五个功能模块组成，如图3 所示。 4 路振动速度 有效值 譬 量 墨 蔷 蓿 鸷 l 路 压 力 瑶 霸 循 图3 P L C 模块结构原理图 铷眦 O ’ P - m哪 岳 m l 维普资讯 风机机组群的在线状态监测与控制系统 豪蠢化工拄壬 葑 簧迅之 自 釉化控制及照轰 P L c 基本单元包括中央处理器 C P U 、 存储器R A l l 2 k 步 、 时钟以及扩展I ／ 0 接口 ，其 I ／ o 五 i 输出形式为继电器输出，本系统利用其中9 个输出作为九个机组的联锁跳闸控制信号。二个A ／ D 扩展模块完 成对每个机组4 路振动速度信号、3 路温度信号、1 路压力信号的数据采集。晶体管输出模块育l 6 个输出 ． 系统中用来控制机组信号的切换。通信模块完成P L c 与上位计算机的信息交换。 4 ． 2 P L C 模块软件设计 P L C 的监控程序包括系统监控程序和用户监控程序两部分。系统监控程序由制造商提供，它包括管理 程序 运行管理、生成用户元件、内部自检、用户指令解释程序、标准程序模块等。用户监控程序是用 户编制的针对具体监控任务要执行的程声 P L C 以扫描方式运行监控程序。 典型的扫描过程如图4 所示。 图中除用户程序是用户编写的监控程序外， 其余4 部分均为P L C 的系统监控程序。在内部处理阶段．P L C 检查C P U 模块内部的硬件是否正常．将监控定时 器复位以及完成一些别的内部工作。在通讯眠务阶段，P L C 与别的带微处理器的智能装置通讯 在输入 处理阶段，P L 把所有外部输入信号的通断状志读入到它的输入映象寄存器中。在用户程序执行阶段．P L c 逐条解释手 } {执行f {f 户程序，将运算结果写入元忭映象寄存器相 的单元。在输出处理阶段．P L C 将输出殃 蒙寄存器的状态传送到输出锁存器．经输出隔离和功率放大后，驱动外部负载。用户监控程序流程如图j 所示 图4 P L C 扫描方式 圉5 用户程序流程 碾神童曩采囊■块设计 5 ． 1硬件设计 振动数据采集模块的硬件结构如图6 所示。为实现对振动加速度的高速采集和快速信号处理，采用了 美国D a l l a s S e m i c o n d u c t o r 公司的8 0 C 3 2 0 高速C U ，8 0 C 3 2 0 单片机L ] Y C S 5 1 系列单片机软件完全兼容．但处 理速度却是 I C S 5 1 单片机的六倍。另外，它还具有低功耗 H C O S I [ 艺，内部集成W a t c h d o g 和低电源电压 检测等功能。该模块 8 0 C 3 2 6 单片机为核心，扩展6 4 k 一片2 7 C 5 1 2 程序存储器和6 4 0 k 数据存储器 5 片 6 2 8 1 2 8 ．且用M A X 2 0 2 将8 0 C 3 2 0 串行口电平转换为标准R S 2 3 2 电平．咀便同上位机串行通信。该模块前向 通道扩展1 片1 2 位A ／ D 转换器M A X 1 2 0 ，转换时间为2 微秒，进行风机机组振动信号的模数转换。每个机组4 路 振动传感器输出信号经信号处理电路后，输入到各自的采样保持电路。信号采样时．用8 0 C 3 2 0 的P 1 ． 0 E l 线 控制4 个采样保持器同时进行信号保持，然后通过模拟开关切换，分别E A ／ D 转换4 个通道的数据。特4 个通 道信号全部转换完毕，再控制4 个采样保持器进入信号跟踪状态．以便进行 F 一个采样时刻信号的采样。 在进行一次波形数据采集之前，先进行一次预采样 此时令程控增益为1 ，根据预采样结果进行程控增 益的调整，以保证渡形数据的采样精度。 ＼ 、遗 一～ 维普资讯 图6 振动数据采集模块硬件结构 j ． 2采集模块软件设计 振 动翁据采集磺块的监控主 宁如图 所示 最撑蟆块上 屯后，主程枣苜先对再萄r 0 口、标忐等进行 初蛄化 设苴，然 述入 机纲 通道擐动扔造发波形数据趵采篷 每个帆 采集完 特 s ， 』 便与上位 虮进 行数据通信 图7 振动数据采集模块的监控主程序框图 6 蟹氇 重大机器设备的状态监测技术已是企业现代化管理的重要组成部分。机器状态的在线监渊与故障诊断 是保证机器设备长周期安全运行，提高企业生产率的重要手段。 C C - 2 型风机机组群在线监涮与控制系统， 结合我国工业企业实际．在技术的先进性、功能的 ，【 程实用性等方面具有十分明显的特点。在两年多的实 际使用中已发挥了重要作用，其监渊数据为设备的维护、 检修、更换提供了技术依据，有效地防止了一些 破坏性轴承故障。 维普资讯