離心壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊文超

（埃理奧特機(jī)械設(shè)備維修服務(wù)（天津）有限責(zé)任公司，天津300000）

0 引言

完善的離心壓縮機(jī)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)，可以提高設(shè)備的管理水平，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，提高設(shè)備的可靠性和易維修性，減少事故危害性。本文針對(duì)離心式壓縮機(jī)的特點(diǎn)，提出了狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。

1 離心壓縮機(jī)狀態(tài)檢測(cè)及故障診斷系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)壓縮機(jī)狀態(tài)檢測(cè)及故障診斷系統(tǒng)的最終目的是提高壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的可靠性，根據(jù)離心壓縮機(jī)的特點(diǎn)系統(tǒng)必須保證7×24 h不間斷地對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)和故障特征識(shí)別，如果設(shè)備發(fā)生異常情況，可以及時(shí)做出相應(yīng)處理，并為故障排除提出合理的建議等。

離心壓縮機(jī)設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)及故障診斷系統(tǒng)，根據(jù)功能可以分為兩大模塊：狀態(tài)檢測(cè)、故障診斷。對(duì)于整個(gè)壓縮機(jī)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，首先要根據(jù)壓縮機(jī)的型號(hào)選取合適的傳感器，在關(guān)鍵部位布置傳感器。接著，要監(jiān)控壓縮機(jī)的溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速等信號(hào)并進(jìn)行收集，信息經(jīng)過(guò)必要的處理后，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，提供給故障診斷模塊，進(jìn)行機(jī)組運(yùn)行判定，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷/維護(hù)。其結(jié)構(gòu)可用圖1簡(jiǎn)單示意。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2 硬件選取

壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)主要的硬件包括傳感器、數(shù)據(jù)采集器、信號(hào)調(diào)理器等。

2.1 傳感器

傳感器是實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵儀器，它負(fù)責(zé)采集設(shè)備的運(yùn)行信息，傳輸給數(shù)據(jù)采集器做下一步處理。根據(jù)離心機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)所需要的物理量，本系統(tǒng)所需要的傳感器包括振動(dòng)傳感器、壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器、流量傳感器等。本系統(tǒng)最重要的就是振動(dòng)傳感器的選擇。

根據(jù)振動(dòng)傳感器的工作原理及特性，旋轉(zhuǎn)機(jī)械主軸測(cè)振主要選用激光傳感器和電渦流傳感器，因?yàn)檫@兩種傳感器屬于非接觸式傳感器，安裝在推力軸承的機(jī)架等靜止部件上來(lái)測(cè)量靜止部件的振動(dòng)情況。

由于壓縮機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中各部位都有一定的振動(dòng)頻率，因此在選用傳感器的響應(yīng)頻率時(shí)應(yīng)充分考慮壓縮機(jī)的振動(dòng)頻率。例如，如果壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率是50 Hz，那么我們需要選用頻率在10～500 Hz之間的傳感器。

另外，在選用傳感器時(shí)要充分考慮傳感器的響應(yīng)頻率，傳感器的輸出方式也是選擇傳感器的重要因素之一，建議選用雙向輸出傳感器。

2.2 數(shù)據(jù)采集器及信號(hào)調(diào)理器

不論傳感器測(cè)量得到的是電壓還是電流，都必須傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器中。本系統(tǒng)很重要的一個(gè)功能就是遠(yuǎn)程監(jiān)控，因此數(shù)據(jù)采集器要支持基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)通信，而且對(duì)傳輸速度、可靠性和可安裝性方面有一定的要求，同時(shí)要有防水、防爆等功能。本系統(tǒng)采用MD39051A數(shù)據(jù)采集器。信號(hào)調(diào)理器是數(shù)據(jù)采集器的配套設(shè)置，主要用來(lái)對(duì)振動(dòng)傳感器等的輸出信號(hào)進(jìn)行隔離放大、信號(hào)調(diào)理，為信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)於ɑA(chǔ)。

本系統(tǒng)所采用的MD39051A數(shù)據(jù)采集器是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，它要完成對(duì)振動(dòng)信號(hào)的AC/DC分離、可編程濾波等預(yù)處理以及對(duì)運(yùn)行周期的采樣、相位及轉(zhuǎn)速等基礎(chǔ)信息的測(cè)量、主要特征值的計(jì)算、報(bào)警及異常數(shù)據(jù)判斷、收集信息控制、將所采集的數(shù)據(jù)送入系統(tǒng)等功能。

2.3 系統(tǒng)的硬件連接

整個(gè)系統(tǒng)可以大致分為三層。第一層，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，主要包括布置在現(xiàn)場(chǎng)的振動(dòng)傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器等測(cè)量?jī)x器儀表，負(fù)責(zé)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和預(yù)處理；第二層，車間監(jiān)控，主要包括信號(hào)采集器和信號(hào)調(diào)理器，負(fù)責(zé)對(duì)傳感器測(cè)得的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理、分析、報(bào)警，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)保存及故障診斷等，安裝必要的傳輸設(shè)備和調(diào)控設(shè)備，讓現(xiàn)場(chǎng)工作人員可以及時(shí)觀測(cè)壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)壓縮機(jī)完成相關(guān)的啟/停以及狀態(tài)調(diào)節(jié)等操作；第三層，遠(yuǎn)程監(jiān)控，主要包括光纖、雙絞線等傳輸媒介，實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)場(chǎng)處理完好的信號(hào)送到遠(yuǎn)方，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷中所用的傳感器能捕捉到的信號(hào)比較微弱，必要時(shí)須另加電荷放大器。

3 軟件設(shè)計(jì)

依照?qǐng)D1的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，筆者將整個(gè)系統(tǒng)分為組態(tài)、分析、管理三個(gè)部分。

3.1 組態(tài)

主要針對(duì)各種信息設(shè)備及參數(shù)的設(shè)置，并通過(guò)一些設(shè)置增強(qiáng)系統(tǒng)的適應(yīng)性和兼容性。具體功能主要包括：

（1）信息鏈的建立，信息傳輸過(guò)程中采集器、機(jī)組、裝置、車間、公司等節(jié)點(diǎn)信息的設(shè)置錄入。

添加采集器是建立信息鏈的必要步驟，相當(dāng)于將監(jiān)控系統(tǒng)和傳感器連接在一起，使得整個(gè)系統(tǒng)可以獲得傳感器測(cè)得的信號(hào)。

在組態(tài)中，最關(guān)鍵的就是信息鏈的建立，而在信息鏈構(gòu)建過(guò)程中，最關(guān)鍵的則是添加采集器，并設(shè)定其分析頻率和動(dòng)態(tài)增益。對(duì)于15 000 r/min以下的機(jī)組，通常分析頻率選1.5～2 kHz為宜。動(dòng)態(tài)增益則是根據(jù)信號(hào)的大小選擇一個(gè)恰當(dāng)?shù)念l率增益，在振動(dòng)小于50 μm時(shí)，選擇16；而在50～100 μm時(shí)，選擇8；大于100 μm時(shí)，選擇4。

（2）除了添加采集器外還包含其他參數(shù)的設(shè)置，例如機(jī)組參數(shù)、硬件參數(shù)、信號(hào)通道參數(shù)、報(bào)警值、軸振動(dòng)與軸位移、用戶自定義特征頻率設(shè)置等。

組態(tài)的存在極大地豐富了系統(tǒng)的兼容性和可擴(kuò)展性。

3.2 分析

主要用于檢測(cè)數(shù)據(jù)的查看、分析及報(bào)表查閱，完成系統(tǒng)的主要監(jiān)控任務(wù)。它的功能主要有：

（1）查看實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)。所使用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的來(lái)源有三類：數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器緩存、采集器。通常情況下，我們查詢時(shí)使用的是數(shù)據(jù)源最穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢，或者直接觀察關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)變化情況。

（2）歷史數(shù)據(jù)查詢。用戶可以根據(jù)自身需要設(shè)置篩選歷史條件，查看所要查詢的數(shù)據(jù)。

（3）故障診斷及查詢。系統(tǒng)提供故障集，針對(duì)每一種故障還給出了其表現(xiàn)特征、故障原因和消除故障的具體措施。用戶可以根據(jù)故障現(xiàn)象選擇查詢條件，搜尋出故障原因及詳細(xì)信息。

（4）查看檢測(cè)報(bào)告和清單。查看機(jī)組檢測(cè)的日、周、月、年等報(bào)表，報(bào)警清單的詳細(xì)信息。

3.3 管理

用于管理整個(gè)軟件的操作設(shè)置，包括碼表管理、用戶管理、權(quán)限設(shè)置、報(bào)表管理、服務(wù)器管理等功能。

4 結(jié)語(yǔ)

壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)是計(jì)劃?rùn)z修制度向?qū)崟r(shí)優(yōu)化維護(hù)制度轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)。本文在分析壓縮機(jī)在線監(jiān)測(cè)要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)離心式壓縮機(jī)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、短時(shí)趨勢(shì)分析、頻譜分析等功能，并基于傳統(tǒng)的專家經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警和故障診斷。

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