關(guān)于本特利3500在空壓機振動檢測中應(yīng)用的研究
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作者：鄭曉敏
1項目背景
空壓機是空分裝置中的龍頭設(shè)備，其運行的穩(wěn)定性對整個60 000 m3／h制氧空壓機機組舉足輕重，是保證各類氣體有效供應(yīng)、軋線生產(chǎn)順利的第一必要條件。
空壓機的振動檢測系統(tǒng)是所有檢測儀表中最為重要的，它能夠最快速、最直接地反映空壓機的運行狀態(tài)。如果該系統(tǒng)檢測到異常的振動情況，就會快速聯(lián)鎖空壓機停車；如果空壓機有異常的振動而沒有檢測到，將會引起重大設(shè)備安全事故，還有可能對人身和廠房基礎(chǔ)造成不可逆轉(zhuǎn)的危害；如果空壓機沒有異常振動而出現(xiàn)誤報，將會聯(lián)鎖空壓機停車，造成整個空分機組癱瘓，影響后續(xù)的生產(chǎn)運行。因此，對于空壓機而言，振動檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。目前，萊鋼制氧區(qū)域的幾個機組陸續(xù)停車，處于冷備狀態(tài)，整個生產(chǎn)區(qū)域?qū)?0 000 m3/h制氧機組的依賴程度越來越高，如果該機組因空壓機的振動檢測系統(tǒng)故障導致停車，將會對整個萊鋼的后續(xù)軋線生產(chǎn)造成不可估量的影響。
2項目改造方案的提出和實施
2.1 改造前的情況
改造前空壓機的振動檢測系統(tǒng)采用振動探頭、延伸電纜和振動變送器的方式構(gòu)建，振動變送器將振動探頭檢測到的間隙變化轉(zhuǎn)換為4 mA～20 mA電流信號發(fā)送給DCS的AI模塊。由于檢測振動的信號點較多，信號在傳輸過程中，一旦受到電磁干擾將會影響測量數(shù)據(jù)的準確性，嚴重的干擾將會造成空壓機的聯(lián)鎖停車；且振動探頭和延伸電纜是本特利的產(chǎn)品，振動變送器為派利斯公司的產(chǎn)品，不同廠家的設(shè)備用在同一振動檢測系統(tǒng)上兼容性也存在問題�；谏鲜隹紤]，為了保證空壓機振動檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提出了以下改造方案。
2.2 具體改造方案
通過向振動檢測設(shè)備廠家咨詢和多方考察，目前大多數(shù)大型空壓機和汽輪機的振動檢測系統(tǒng)都采用本特利公司生產(chǎn)的3500保護系統(tǒng)。該系統(tǒng)是計算機化的振動信息系統(tǒng)，可對旋轉(zhuǎn)機械和往復式機械的狀態(tài)提供所需要的信息，如對不平衡、不對中、軸裂紋和軸承故障等機械問題的早期判定提供可靠依據(jù)。3500保護系統(tǒng)是當今使用最廣泛的大型機組保護系統(tǒng)，此系統(tǒng)能夠通過多種傳感器采集數(shù)據(jù)，是專門為幫助和管理關(guān)鍵設(shè)備而制作的。3500保護系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，能夠通過多種方式將3500框架組態(tài)成所需要的模式。其工作原理為：前置器采集振動探頭檢測到的間隙變化信號，并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號送至3500保護系統(tǒng)進行處理，處理后由繼電器模塊輸出報警、聯(lián)鎖停車信號等，通訊網(wǎng)關(guān)模塊通過MODBUS輸出4 mA～20 mA信號至DCS上位機顯示其數(shù)值。
通過以上的分析，確定的改造方案如下：①把振動變送器更換為本特利的產(chǎn)品，即把派利斯的振動變送器更換為本特利的前置器；②用振動探頭、延伸電纜、前置器和3500保護系統(tǒng)來構(gòu)建空壓機振動檢測系統(tǒng)，即在目前基礎(chǔ)上增加前置器和3500保護系統(tǒng)。
3 系統(tǒng)組態(tài)
3.1硬件組態(tài)
3500保護系統(tǒng)可以按照機組測點的類型和數(shù)量進行組態(tài)，每個系統(tǒng)的組成至少需1個3500框架，最多可以擴展到12個框架。擴展后所有框架與主機的通訊通過專用電纜連接，在上位機安裝相應(yīng)的組態(tài)軟件后，即可根據(jù)要求進行硬件組態(tài)和參數(shù)設(shè)定，如圖1所示。
框架為本特利3500保護系統(tǒng)所組態(tài)的各個模塊提供背板通訊，并為每個模塊提供所需要的電源。每個框架有16個槽可以供插入各種模塊，除了電源模塊必須安裝在0#槽，框架接口模塊必須安裝在1#槽外，其余第2#～15#槽可以根據(jù)工程需要任意配置。下面對3500保護系統(tǒng)正常配置的模塊作一介紹。
(1)電源模塊：電源模塊是半高度模塊，安裝在3500框架最左側(cè)的槽內(nèi)（0#槽），可以安裝一個或兩個電源。若采用單電源供電時，一般電源都安裝在框架的上部；采用雙電源供電模式時，上部則為備用電源，下部為主電源，這兩個電源相互冗余，如果其中一個電源故障，或者需要拆裝其中一個電源時將不會影響到整個框架的運行。正常供電時，電源模塊前面板發(fā)光二極管LED點亮。為了安全起見，本次的改造方案選用高壓交流雙電源供電模式，選用的訂貨號為：3500／15-02-02-00。
(2)框架接口模塊：該模塊安裝在框架的1#槽位，緊靠電源模塊的位置，它為框架與主機之間提供通訊，支持本特利內(nèi)華達公司用于框架組態(tài)的專有協(xié)議，可以提供診斷信息和報警事件列表。在該模塊的前視圖，由4個發(fā)光二極管、編程和運行鑰匙開關(guān)、模塊地址設(shè)置開關(guān)、編程接口等組成，這4個發(fā)光二極管的閃爍情況可以反映出該模塊的故障問題，如表1所示。本次改造方案選用的框架接口模塊訂貨號為：3500/20-01-02-00，數(shù)量為1個。
(3)監(jiān)測器位移振動模塊：該模塊是可組態(tài)的4通道檢測模塊，是使用數(shù)量最多的模塊之一，通過軟件編程，可以實現(xiàn)位移、振動、脹差、速度、加速度、偏心等工程量的測量，還可以接收多種本特利公司的傳感器信號輸入。3500/42可安裝在框架中，完成組態(tài)所要求的監(jiān)測功能，這可以使一個監(jiān)測器起到幾種不同的作用。
3500監(jiān)測器的主要功能是可以連續(xù)地對機械振動與組態(tài)的報警值進行比較，以驅(qū)動報警，進行保護，給運行人員和維修人員提供基本的機械振動信息。
萊鋼60 000m3／h制氧空壓機共有19個振動和位移測點，需要5個3500/42模塊，再留1個備用，共需要6個模塊，應(yīng)用模塊的型號為：3500/42-04-00。
(4)4通道繼電器模塊：該模塊可以從一個或多個監(jiān)測器模塊接收報警數(shù)值，并使用與、或進行邏輯判斷，觸發(fā)報警或連鎖停車信號產(chǎn)生繼電器輸出。該模塊有4通道普通繼電器模塊(3500/32)和4通道三重冗余繼電器模塊(3500/34)兩種。兩種不同的繼電器模塊需配不同的通訊接口模塊，3500框架中可安裝多個繼電器模塊，以滿足信號發(fā)送和機械保護的要求。該模塊需求的型號為：3500/32-01-00，數(shù)量為5個。
(5)通訊網(wǎng)關(guān)模塊：通訊網(wǎng)關(guān)是一種充當轉(zhuǎn)換重任的設(shè)備，作為3500監(jiān)測器框架和其他供應(yīng)商的硬件和軟件系統(tǒng)之間的接口。該模塊從監(jiān)測器、鍵相位、繼電器模塊接收數(shù)據(jù)并以工業(yè)標準格式輸出這些數(shù)據(jù)。為了控制3500監(jiān)測器框架，這些模塊同樣以一樣的標準格式接收特定的模塊和框架參數(shù)。該模塊需求的型號為：3500/92-04-01-00，數(shù)量為1個。
3.2軟件組態(tài)
3500框架的組態(tài)軟件為“3500 Rack ConfigurationSoftware”，版本V3. 93，該軟件支持WINDOWS平臺，操作簡單、使用方便，不再加以敘述。
4結(jié)束語
通過這種改造，可以明顯地提高機組的運行效率和壽命，降低機組的停車時間和次數(shù)，保證各類氣體的有效供應(yīng)，對整個萊鋼的后續(xù)軋線生產(chǎn)提供強有力的保障。
5摘要：針對萊鋼60000m3／h制氧空壓機振動檢測系統(tǒng)穩(wěn)定性能不足的問題，提出了利用本特利公司3500保護系統(tǒng)的改造方案，該方案技術(shù)成熟、穩(wěn)定性高、拓展性強，完全符合空壓機振動檢測系統(tǒng)的要求。介紹了改造后的系統(tǒng)組態(tài)及各類模塊實現(xiàn)的功能。
