離心風機狀態監測系統開發
關鍵詞：離心風機狀態監測系統開發 發布時間：2013-11-23 點擊數：1479
離心風機在工業中有廣泛的應用, 它具有較復雜的結 構和流體力學原理, 運轉過程中某些參數的微小變化也會嚴 重影響風機的外部特性。因此, 在風機運轉狀態下對這些變 化信息進行監測就顯得十分重要。風機運轉一個時期之后, 內部發生的氣動的與機械的漸變與突變信息如果無法及時 監測到, 這樣就會造成風機的帶故障運行, 其最終可能導致 十分嚴重的后果 [ 1]。 為降低工業生產中使用的 12臺大型離心風機的故障率 和維修費用, 提高風機運行系統的的可靠性, 研發集數據采 集、狀態監測、故障分析和現場控制功能于一體的離心風機 群實時在線狀態監測系統具有重要意義。
一、離心風機常見故障分析 離心風機常見故障主要有機組振動過大、軸承過熱、風 機輸出壓力不穩定等問題。風機機組振動故障主要是由于 安裝過程中, 電機軸與風機主軸的同軸度不高、風機軸彎曲、 軸承磨損等原因造成的。風機振動會導致機組工作效率下 降, 產生不必要的機械損失, 同時會產生較大噪聲污染, 不僅 危害工人健康, 更重要的是此噪聲可以掩蓋其它故障的聲音 顯現。 風機軸承過熱主要是由于潤滑不良、散熱不佳、機組振 動過大造成的, 嚴重時可引起軸承燒損, 導致嚴重的機械故 障及生產事故。風機輸出壓力不穩定主要是由于風機轉速 不穩定、風機葉片磨損等原因引起的 [2- 3] 。
二、離心風機監測系統的硬件構成 本狀態監測系統的監測對象為 12臺離心式風機。為了 實時采集到風機的振動信號、軸承溫度信號、輸出風壓力信 號, 采用的傳感器))) 變送器包括溫度傳感器、氣體壓力傳 感器、電渦流位移傳感器和三向加速度傳感器。監測系統硬 件的下位機采用西門子 S7- 300系列可編程控制器以及若 干輸入 /輸出模塊, 主要實現信號采集、數據傳輸及現場控制 功能。硬件系統的上位機采用一體化工控機, 型號為 AW S - 8420, 主要實現系統管理、信號處理, 故障診斷等功能。離 心風機狀態監測系統的硬件構成如圖 1所示。
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三、離心風機監測系統軟件功能
風機狀態監測系統的軟件包括上位機軟件和下位機軟 件兩部分。上位機軟件主要是實現離心風機群的狀態參量 和工藝過程參數的系統設置、實時監測、故障診斷、參數設 定、文件管理以及上位工控機和下位 PLC機之間的通信功 能, 上位機軟件采用 Delphi8. 0[ 4] 開發。下位機軟件主要功 能是負責現場數據采集、數據傳輸和現場控制, 軟件采用 STEP7 V5. 2版。風機狀態監測系統的軟件功能見圖 2。
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四、離心風機監測系統通信技術
1. 風機監測系統通信技術原理。風機監測系統的可靠 性不僅與 PLC本身有關, 還與 PLC所處的網絡環境有關。 基于本監測系統的下位機采用西門子 S7系列 PLC, 因此, 監 測系統的通 訊網絡采用 Multiple Point Interface (MPI) 網。 M PI是一種適用于小范圍、少數站點間的多點通訊網絡, 在 網絡結構中屬于單元級和現場級, 并且具有高可靠性和優良 性價比的優點。M PI網絡拓撲結構是一種總線型網絡, 可連 接多個編程設備、操作面板和 PLC。監測系統連接電纜采用 PROFIBUS電纜, 通訊距離可達 80m, 如需要更長的通訊距離 可以通過 RS485中繼器擴展, 完全能滿足本監測系統的 要求。 風機監測系統 M PI通訊方式的數據交換機制如下: 利用7- PLC和上位機 ( PG /PC)插卡的 MPI口進行數據交換。 PLC之間則通過 MPI口使用不需要組態連接的通訊方式, 即 通過調用 PLC的系統功能來實現 MPI通訊。 2. 風機監測系統通信函數及調用。在安裝 PRODAVE S7時, 系統會自動把動態鏈接庫文件拷貝到 w indow s系統目 錄 system /system 32下, 只要確保 W 95_s7. dll、Kom fort. dll在 系統目錄下, 就可以調用軟件包提供的各種功能函數 [ 5] 。監 測軟件使用到的 PRODAVE庫函數主要有如下幾種。 ( 1) load _tool( no: byte; nam e: pchar; adr_ table_ type: pchar): integer。函數 load- tool( )的作用是初始化適配器, 實現 PC機與 PLC系統初始化鏈接, 程序在讀寫 PLC數據前 用該函數初始化 PC機與 PLC的連接。 no: 指明建立連接的 節點個數, nam e: 設備驅動器名稱, 如 M PI驅動器的設備名 為 / S7ONLINE0; adr_table_type: 指明地址表入口, 依次為: PLC的 MPI地址、MPI網段的編號、PLC 的 CPU 當前槽號、 PLC當前的機架號。 ( 2) unload_tool。函數 unload_tool用于斷開 PC機與 PLC的鏈接。結束程序之前, 必須調用該函數斷開 PC機與 PLC的連接。 ( 3) db_read( blockno: integer; no: integer; amount: pointer; buffer: pointer): integer; 函數 db_read( )的作用是從 PLC第 / blockno0個數據塊 中從/ no0個數據字開始讀/ am ount0個數據字存放到 PC機 的數組變量 / buffer0中。B lockno: 指定 DB塊號; No: 指定寫 入的起始字序號, = 0表示 DBW0, = 1表示 DBW 2; Am ount: 指定寫人多少個字。
( 4) db_w rite( blockno: integer; no: integer; amount: pointer; buffer: pointer): integer。函數 db_w rite( )的作用是從 PC機的 數組變量 / buffer, 中給 PLC 的第 / blockno0個數據塊中從 / no0個數據字開始寫 / am ount0個數據字。B lockno: 指定 DB 塊號; No: 指定寫人的起始字序號, = 0表示 DBW0, = 1表示 DBW 2; Amount:指定寫人多少個字。。函 數 mb_setbit( )的作用置位 M B變量的位狀態, m bno: 指定位 存儲區 (M )的字節地址; bitno: 指定位存儲區 (M )字節的位 地址, 范圍為 0~ 7。 ( 6)mb_resetbit(m bno: integer; bitno: integer): integer。函 數 m b_resetbit( )的作用復位 MB變量的位狀態, m bno: 指定 位存儲區 (M )的字節地址; bitno: 指定位存儲區 (M )字節的 位地址, 范圍為 0~ 7。 ( 7)mb_bittest(mbno: integer; bitno: integer; retwert: poin-t er): integer。函數 mb_bittest( )的作用讀取 MB變量的位狀 態當前值, m bno: 指定位存儲區 (M )的字節地址, bitno指定 位存儲區 (M )字節的位地址, 范圍為 0~ 7; retwert:為存儲返 回值的緩沖區地址。 本監測軟件采用靜態引入方式調用動態鏈接庫, 用一個 專門的 Prodave單元集中聲明要引入的 Prodave S7動態鏈接 庫函數, 即在 Prodave單元的 interface部分用 External指示字 列出要從動態鏈接庫 ( w95_s7. dll)中引入的函數。 3. 風機監測系統通信的實現。實現離心風機狀態監測 系統上位機和下位機之間的通信功能, 主要包括以下幾方面 的內容。 ( 1)建立風機監測系統的通信連接。即使用 STEP7軟 件中的 Configuration功能為每一個 M PI網絡節點分配地址, 指明 PLC的 M PI地址和 CPU 地址。 ( 2)讀取 PLC內部數據。為了實現對風機系統的狀態 監測功能, 必須讀取 PLC內部數據塊, 把所監測到的狀態參 量數據上傳到上位機, 再進行信號處理及故障分析, 從而對 風機的運行狀態是否出現故障作出判定。 ( 3)向 PLC寫入數據。為了實現監測系統的現場控制 功能, 例如風機運行系統的狀態參量超限聲光報警和聯鎖停 機功能, 需要對 PLC內部存儲區變量寫入數據, 從而實現相 應的控制執行功能。 開發了面向多臺離心風機為對象的狀態監測系統。在 分析風機常見故障的基礎上, 構建了離心風機狀態監測的硬 件系統; 設計了風機狀態監測的軟件體系。研究了使用 De-l phi工具開發上位機軟件, 以 MPI方式實現上位工控機與下 位 PLC機之間通信的技術。目前, 基于本文技術原理的離 心式風機狀態監測系統已在實際工程中得到成功應用。