王延明

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司能源與環(huán)境部,河北唐山 063000）

1 引言

我們根據(jù)京唐鋼鐵公司能源部的設(shè)備情況，利用OneproD系統(tǒng)搭建一套在線振動監(jiān)測系統(tǒng)用于大型旋轉(zhuǎn)機械振動及過程參數(shù)的在線監(jiān)測。

本系統(tǒng)是以新一代OneproDXPR網(wǎng)路化設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)為主體，即法國01db網(wǎng)絡(luò)化XPR設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷軟件/Oracle數(shù)據(jù)庫軟件和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。這個系統(tǒng)的突出特點是集成了最廣泛應(yīng)用的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù),提供網(wǎng)絡(luò)化在線監(jiān)測分析功能、提供工廠設(shè)備狀況的完整圖畫。來自在線監(jiān)測采集模塊的網(wǎng)絡(luò)化在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)都集成到一個公共的數(shù)據(jù)庫，工廠局域網(wǎng)內(nèi)的用戶在任意一臺計算機上都可以訪問數(shù)據(jù)服務(wù)器，瀏覽實時的設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，并可以通過OPC進行數(shù)據(jù)交換[1]。

2 O n e p r o D介紹

OneproD系統(tǒng)包括MVX數(shù)據(jù)采集設(shè)備和XPR數(shù)據(jù)分析軟件。OneproD是根據(jù)法國01db-metravib公司多年從事各種領(lǐng)域工業(yè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的經(jīng)驗研制的最新一代產(chǎn)品，該系統(tǒng)的性價比非常高，可以根據(jù)設(shè)備的實際運行狀況進行趨勢分析。MVX可以長期的監(jiān)測機器的運行狀態(tài)，按照預(yù)定的采集周期進行振動數(shù)據(jù)的采集和處理。并可以進行所有通道同時并行采集，可以對機器進行周期性，變速或非連續(xù)的數(shù)據(jù)采集。擁有強大的處理功能，它可以獨立的監(jiān)測一個或幾個機器，并對采集數(shù)據(jù)進行本地處理。擁有強大的通訊能力，可以通過 Ethernet、Ⅰnternet，RS485 和標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議（TCP/ⅠP，modbus）分享數(shù)據(jù)。

XPR-300預(yù)測維護與振動分析軟件是OneproD系統(tǒng)的核心，它有非常多的特點，非常適合成為一個適用于多種狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的平臺。

(1)快速完成初始化設(shè)置：提供模板、軸承庫、批量修改等功能。

(2)兼容多種狀態(tài)檢測技術(shù)：包括振動，過程控制數(shù)據(jù)，油品分析數(shù)據(jù)和紅外熱像數(shù)據(jù)。

(3)同時支持在線和離線測量：便攜式數(shù)據(jù)采集器OneproDMVP和在線數(shù)據(jù)采集器OneproDMVX.

(4)故障診斷：自動從頻譜中提取故障的特征頻率的幅值。

(5)數(shù)據(jù)采集，在線數(shù)據(jù)采集：支持OneproDMVX多通道并行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，適用于各種不同的機器，包括大機組，重要設(shè)備和一般設(shè)備，同時也適用于變轉(zhuǎn)速的設(shè)備。通過OPC client接口可以從DCS系統(tǒng)上直接采集過程數(shù)據(jù)。

(6)離線數(shù)據(jù)采集：支持OneproDMVP便攜式數(shù)據(jù)采集器，對各種設(shè)備進行周期性測量，紅外熱像圖和油品數(shù)據(jù)也可以集成在一個數(shù)據(jù)庫中。

更進一步OneproDXPR可以根據(jù)機器的運行狀態(tài)調(diào)整監(jiān)測參數(shù)和監(jiān)測策略，因此可以提供更為可靠地分析。多種信息來源（振動，紅外熱像，油品分析數(shù)據(jù)和過程參數(shù)）也可以對分析結(jié)果進行證實。

當(dāng)MVX和XPR狀態(tài)維護軟件系統(tǒng)同時使用時，一個或幾個MVX模塊立刻可以組成一個功能強大的預(yù)測維護網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)適用于各種不同類型的機器，可以同時連接到上OneproDVⅠO顯示測量結(jié)果和OneproDXPR監(jiān)測系統(tǒng)上進行診斷和分析。

3 在線振動監(jiān)測系統(tǒng)搭建

3.1 總體架構(gòu)

在線振動監(jiān)測系統(tǒng)采用總線型結(jié)構(gòu)搭建網(wǎng)絡(luò)，大部分利用能源運行中心現(xiàn)有光纖，使用赫斯曼MS20、PowerMⅠCE4128 兩 種 型 號 交 換 機 ，MM3-2FXS2/2TX1（兩光兩電）、MM3-4FXS2（四光）、MM2-4TX1（四電）三種型號模塊。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及光纖路由情況如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

3.2 系統(tǒng)特點

本系統(tǒng)的設(shè)計原則：高可靠性、集成性、智能性、安全性等。

3.2.1 總體特點

①嵌入式多CPU智能數(shù)據(jù)采集器，全功能數(shù)據(jù)預(yù)處理功能。②功能強大、完整的數(shù)據(jù)存儲與多級管理。③數(shù)據(jù)冗余技術(shù)，安全可靠的數(shù)據(jù)備份與自恢復(fù)。④通過MODBUS協(xié)議與DCS、PLC通訊，通過以太網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)與ERP/EAM連接。⑤遠程全功能瀏覽與專家故障診斷功能。⑥遠程參數(shù)設(shè)置與組態(tài)、遠程更新功能。

3.2.2 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

①采集、傳遞并處理各種振動、位移、鍵相及過程量、開關(guān)量等數(shù)據(jù)。

②信號來源：a、現(xiàn)場一次原件 4～20mA/1～5V 的標(biāo)準(zhǔn)信號。b、現(xiàn)場智能儀表通訊方式。

③嵌入式LⅠNUX、多CPU功能板。

④專用集成電路技術(shù)（ASⅠC）及數(shù)字信號處理(DSP),完善的數(shù)據(jù)預(yù)處理能力16位A/D,最高采樣頻率達500 kHz。

3.2.3 遠程工作狀態(tài)設(shè)置

對于已有以485方式通訊的儀表采用并聯(lián)的方式，連接到協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊接入到局域網(wǎng)。對于使用4～20 mA信號傳輸數(shù)據(jù)的信號，通過遠程Ⅰ/O模塊接入。

3.2.4 在線監(jiān)測子系統(tǒng)

通過監(jiān)測局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)采集器傳送給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的數(shù)據(jù)包進行實時處理，監(jiān)測各機組工作狀態(tài)和運行趨勢等，并將有關(guān)數(shù)據(jù)進行存儲和分類分級管理。處理速度快。通用性好。操作方便。數(shù)據(jù)“黑匣子”功能。數(shù)據(jù)保存完整。

3.2.5 數(shù)據(jù)存儲與管理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)管理：歷史數(shù)據(jù)管理、開停機數(shù)據(jù)、一級正常數(shù)據(jù)（通頻值、特征分量、進動分量值等）、二級正常數(shù)據(jù)、三級正常數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)（絕對報警、梯度報警、進動分量梯度報警、位置報警和矢量區(qū)域報警）、危險數(shù)據(jù)、趨勢數(shù)據(jù)管理、監(jiān)測報告數(shù)據(jù)管理。

3.2.6 數(shù)據(jù)分析與專家診斷子系統(tǒng)：以矢譜分析

技術(shù)為核心的數(shù)據(jù)融合分析方法、強大的穩(wěn)態(tài)與非平穩(wěn)過程分析方法、分析功能、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)+規(guī)則+模糊理論、考慮機組整個系統(tǒng)的動力學(xué)特征、支持小樣本、向量機技術(shù)、故障征兆自動識別技術(shù)[3]。

鏈接譜：鏈接譜是OneproD獨有的技術(shù)，它可以將不同分析頻率的幾個頻譜通過數(shù)字運算合并成一個頻譜，它可以保證合成后的頻譜在整個頻段內(nèi)保持一個相對較高的分辨率。采用這種技術(shù)可以更容易的判斷齒輪和滾動軸承的故障。

橢圓譜：是針對大機組啟停分析時的專利技術(shù)，它采用通道測量，在大機組啟停分析時得到，不同轉(zhuǎn)速下，同一軸承座上的兩個傳感器合成的軸的運行軌跡（給出橢圓的長軸，短軸和角度）。同時可以提供橢圓譜的瀑布圖和伯德圖。

對于現(xiàn)場設(shè)備的周期性振動X（t），不論其振動波形有多復(fù)雜，都可以用傅立葉級數(shù)表示為許多頻率成諧波關(guān)系的簡諧振動組成：

X（t）=A0+A1cos(ωt+Φ1)+A2cos(2ωt+Φ2)+A3cos(3ωt+Φ3)+…+Ancos(nωt+Φn)

3.3 系統(tǒng)集成

在能源網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的，利用能源網(wǎng)現(xiàn)有光纜的剩余光芯進行組網(wǎng)。在廠站加裝網(wǎng)絡(luò)交換機、MVX數(shù)據(jù)采集等設(shè)備，另外還需24V電源轉(zhuǎn)換器、跳線等相關(guān)附件。基于B/S的N層結(jié)構(gòu)模式、瀏覽器無需安裝任何軟件、Oracle大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、遠程瀏覽、診斷功能，遠程實現(xiàn)更改參數(shù)組態(tài)與系統(tǒng)升級。

現(xiàn)在，通過通訊與公司內(nèi)部或外部其他部門分享分析結(jié)果是非常關(guān)鍵的。它可以提高預(yù)測維護工作的價值，因此本系統(tǒng)提供WEB瀏覽器版軟件[2]。OneproDXPR軟件系統(tǒng)提供了許多功能允許用戶分享信息：Oracle數(shù)據(jù)庫，輸入，輸出數(shù)據(jù)，編輯和打印報告。

子站數(shù)據(jù)采集示意圖2。

圖2 子站數(shù)據(jù)采集

3.4 數(shù)據(jù)分析

OneproD采用功能強大的圖形分析模塊幫助用戶進行故障診斷和生成報告。它提供非常多的分析工具，趨勢圖，單頻圖，鏈接譜，三維瀑布圖，時域波形分析，輥子表面形狀圖，軸心軌跡圖，啟停機時的波德圖，奈奎斯特圖，橢圓譜，軸心位置圖等。

在每種圖上都可以使用各種光標(biāo)和數(shù)據(jù)再處理功能進行更進一步的分析。例如圖3所示。

圖3 設(shè)備運行狀況監(jiān)測

自動分析,該軟件預(yù)測維護系統(tǒng)可以自動從頻譜中提取一些常見設(shè)備故障的特征頻率對應(yīng)的幅值，一次作為設(shè)備的故障“征兆”來監(jiān)測設(shè)備故障的發(fā)生和發(fā)展。這些故障“征兆”以矩陣的形式顯示，并用顏色標(biāo)出報警狀態(tài)。每個故障“征兆”都可以進行趨勢分析。每一個故障“征兆”都可以設(shè)置報警值，系統(tǒng)提供了多種報警類型，包括絕對值報警和相對值報警，其中相應(yīng)值報警又分為與上一次測量值比較，與設(shè)定的參考值比較，與統(tǒng)計值比較，以及預(yù)測報警發(fā)生的日期。

4總結(jié)

本系統(tǒng)的建立，為監(jiān)測能源部大型轉(zhuǎn)動設(shè)備的運行工況提供了有效手段，對事故分析、減少停機率也有很大幫助。在使用過程中，要根據(jù)實際狀況，調(diào)整系統(tǒng)設(shè)置。隨著新增空壓站、氮壓機等站所的開工，要有計劃的把他們的轉(zhuǎn)動設(shè)備接入到在線振動監(jiān)測系統(tǒng)中。

[1]彭文季,羅興金奇.基于小波包分析和支持向量機的水電機組振動故障診斷研究[J].中國電機工程學(xué)報.2006(24)：165-166.

[2]李衛(wèi)軍.大型風(fēng)機的在線監(jiān)測[J].中國設(shè)備工程.2003(10)：29-30.

[3]蘭建武.基于LabVⅠEW的風(fēng)機在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的研究[D].武漢科技大學(xué).2012:24-25.