李 賀

(北京杰利陽能源設(shè)備制造有限公司，北京 101500)

1 引言

往復(fù)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)成本高昂，機(jī)組體積沉重安裝于固定基礎(chǔ)，并且沒有滑軌，在后期的大修情況非常不便，壓縮機(jī)在整個(gè)場站生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)中又至關(guān)重要，例如煉油廠、天然氣增壓站、二氧化碳尾氣回收。作為場站的關(guān)鍵設(shè)備，通過引入狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，預(yù)防重大事故發(fā)生，降低故障率延長設(shè)備大修周期，保障壓縮機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行，可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)選用Dynamix1444系列狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(以下簡稱狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng))，監(jiān)測系統(tǒng)由動(dòng)態(tài)監(jiān)測模塊、驅(qū)動(dòng)器、數(shù)據(jù)線、傳感器、結(jié)合上位機(jī)及歷史監(jiān)測軟件組成，形成一套可視化的報(bào)警數(shù)據(jù)分析的監(jiān)控系統(tǒng)，狀態(tài)監(jiān)測模塊可以通過工業(yè)以太網(wǎng)與上位機(jī)通訊，包括2個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)口，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備級(jí)環(huán)網(wǎng)功能，有效確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳送。同時(shí)可以與Logix控制器結(jié)合的應(yīng)用方式，對設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測更全面，應(yīng)用也更加靈活。

往復(fù)壓縮機(jī)型號(hào)：DRESSER-RAND-7HOS4

增壓方式：四級(jí)增壓

增壓范圍：入口壓力0.04 MPa，出口壓力4.6 MPa

驅(qū)動(dòng)功率：800 kW，同步轉(zhuǎn)速：750 r/min

氣體介質(zhì)：二氧化碳

2 與往期壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測對比

壓縮機(jī)監(jiān)測點(diǎn)通常是在軸瓦溫度、曲軸振動(dòng)、排氣溫度方面，監(jiān)測點(diǎn)比較局限，出現(xiàn)故障能夠表現(xiàn)出部分問題。在出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)產(chǎn)生報(bào)警，此時(shí)說明壓縮機(jī)設(shè)備處于需要維護(hù)的狀態(tài)。實(shí)際應(yīng)用中基本可以降低危險(xiǎn)事態(tài)擴(kuò)大，能夠降低事故范圍，保障整個(gè)工藝系統(tǒng)安全運(yùn)行，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能保障壓縮機(jī)本體自身的可靠運(yùn)行。加入狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，對易損部件多方位監(jiān)控，防止計(jì)劃外停機(jī)，也避免造成意外損失，可以提供一個(gè)有效措施。

狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測點(diǎn)分別是活塞桿偏擺、活塞桿沉降、壓縮缸壓力、壓縮缸體振動(dòng)、曲軸箱振動(dòng)、主電機(jī)軸承振動(dòng)。狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)是傳感器+狀態(tài)監(jiān)測模塊+Logix控制器。狀態(tài)監(jiān)測模塊為Logix控制器集成而設(shè)計(jì)，可以通過任何Allen-Bradley Control Logix控制器進(jìn)行配置，作為1444系列狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在更大的設(shè)施控制以及信息管理方面有很好的協(xié)同能力。監(jiān)測與采集數(shù)據(jù)的同時(shí)，可以對監(jiān)測平臺(tái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯控制，設(shè)置高低限值，超出設(shè)定的報(bào)警數(shù)值自動(dòng)采取報(bào)警或停機(jī)處理。

3 狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

3.1 狀態(tài)監(jiān)測模塊

狀態(tài)監(jiān)測模塊包括主模塊與擴(kuò)展模塊，主模塊配備了擴(kuò)展接口用以連接擴(kuò)展模塊，配置擴(kuò)展模塊的功能與信息設(shè)置是由主模塊來完成的，它們之間的數(shù)據(jù)交互由底板總線進(jìn)行傳輸。最小的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以由一個(gè)主模塊+不大于3個(gè)擴(kuò)展模塊既可以組建完成。同時(shí)主模塊配備了有交換機(jī)功能的兩個(gè)RJ45接口，通過以太網(wǎng)通訊，把數(shù)據(jù)傳送給Logix控制器。

主模塊的測量輸入信號(hào)為兩類：一類是靜態(tài)輸入，例如：曲軸位置、活塞氣缸連桿位置等，本項(xiàng)目活塞桿沉降、活塞桿偏擺與聯(lián)軸器相位的監(jiān)測配置了電渦流傳感器；另一類是動(dòng)態(tài)輸入，例如：壓縮缸的振動(dòng)、壓力等，壓縮缸體振動(dòng)、曲軸箱振動(dòng)與主電機(jī)振動(dòng)的監(jiān)測配置了加速度傳感器，動(dòng)力氣缸壓力的監(jiān)測配置了壓力變送器。

擴(kuò)展模塊為狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)提供輔助功能，兼顧場景需求以及系統(tǒng)功能的完善。在各種不同應(yīng)用需求，配置相應(yīng)用途的功能，擴(kuò)展模塊提供了在旋轉(zhuǎn)設(shè)備的轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)節(jié)器功能、繼電器輸出功能以及模擬量輸出方面的功能應(yīng)用。

主模塊選型：1444-DYN04-01RA

擴(kuò)展模塊選型：1444-TSCX02-02RB

3.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(圖1)

圖1 狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

壓縮機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采用的是工業(yè)以太網(wǎng)RJ45接口的規(guī)格，通訊協(xié)議是Ethernet TCP，也是市場主流的一個(gè)通訊標(biāo)準(zhǔn)，在后期的維護(hù)便捷性，不論是維護(hù)或是設(shè)備改造可以增加監(jiān)控的設(shè)備，并且具備升級(jí)的空間。數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?/p>

(1)線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，就是模塊到模塊的以太網(wǎng)連接，模塊首尾相連從而省去了交換機(jī)，組網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，但當(dāng)發(fā)生一處斷線故障，故障后面的模塊將無法通訊。

(2)星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，模塊點(diǎn)對點(diǎn)與交換機(jī)連接，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)增加了網(wǎng)絡(luò)的可靠性，但還需要增加一臺(tái)多端口的交換機(jī)。

(3)DLR網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為了解決通訊的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，也?444系列特有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。模塊首尾相連組成一個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這樣當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)通訊斷路點(diǎn)，在很短的時(shí)間快速恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)通訊。從性能和安裝方面來看都是最佳的方案。

3.3 傳感器原理及選型

3.3.1 電渦流傳感器

通過振蕩器向傳感器施加高頻電流，傳感器前端產(chǎn)生高頻磁場，在目標(biāo)上設(shè)備形成高頻磁通產(chǎn)生渦電流，進(jìn)而建立磁場影響傳感器的阻抗，在驅(qū)動(dòng)器建立了電壓與阻抗的線性關(guān)系，把檢測到的有效電壓傳送給狀態(tài)測量模塊。在軟件內(nèi)組態(tài)來實(shí)現(xiàn)不同的使用場景，實(shí)現(xiàn)探頭的通用性互用性，提高使用效率，增加了維護(hù)的便捷性。

偏擺、沉降傳感器選型：1442-PS-1104M0510N

相位傳感器選型：1442-PS-0807M0010N

3.3.2 加速度傳感器

在工業(yè)機(jī)械監(jiān)測方面廣泛使用加速度傳感器，進(jìn)行設(shè)備振動(dòng)狀態(tài)測量，特別是由于沖擊引起的高頻振動(dòng)，相比速度傳感器更適合沖擊類的機(jī)械故障測量。在現(xiàn)場應(yīng)用選型選擇范圍時(shí)考慮安裝環(huán)境、危險(xiǎn)區(qū)域、安裝位置空間。加速度傳感器又分為低頻、中頻、高頻3種頻率類型，對不同的應(yīng)用場景匹配適當(dāng)類型，可以為監(jiān)測數(shù)據(jù)提供更高的精確性。

加速度傳感器選型：1443-ACC-IS-T

3.3.3 壓力傳感器

壓力傳感器采用變送器的形式，在動(dòng)力缸取一個(gè)壓力點(diǎn)，通過引壓管鏈接至變送器表頭，在變送器經(jīng)過轉(zhuǎn)換，以4～20 mA信號(hào)傳送至Logix控制器，傳送數(shù)據(jù)的可靠性高，監(jiān)測數(shù)據(jù)的精度可控。

壓力變送器選型：羅斯蒙特3051系列變送器

3.4 軟件系統(tǒng)

3.4.1 狀態(tài)監(jiān)測軟件(圖2)

圖2 狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)傳感器布置圖

Emonitor狀態(tài)監(jiān)測軟件結(jié)合機(jī)組結(jié)構(gòu)并與狀態(tài)監(jiān)測模塊配套使用，分別監(jiān)測4個(gè)缸體沉降、偏擺、十字頭、主機(jī)軸承以及相位的狀態(tài)。保障設(shè)備平穩(wěn)安全運(yùn)行，利用軟件的歷史分析功能幫助客戶優(yōu)化運(yùn)行方案。后期對設(shè)備維護(hù)提供數(shù)據(jù)依據(jù)，提前預(yù)知設(shè)備狀態(tài)做好相應(yīng)計(jì)劃檢修安排。結(jié)合系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，跟蹤學(xué)習(xí)并結(jié)合軟件邏輯分析輸出可視圖形，經(jīng)過專業(yè)人員標(biāo)定技術(shù)點(diǎn)，配置軟件組態(tài)，提前預(yù)斷并發(fā)出警示。結(jié)合上位機(jī)輸出故障信息，把壓縮機(jī)組狀態(tài)展示給現(xiàn)場工作人員。

3.4.2 上位機(jī)軟件

上位機(jī)系統(tǒng)是中控室對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)視與控制，實(shí)時(shí)的采集往復(fù)壓縮機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括壓縮機(jī)系統(tǒng)的液位、氣缸壓力、排氣溫度、振動(dòng)、偏擺、沉降等數(shù)據(jù)，通過可視畫面將數(shù)據(jù)參數(shù)展示給工作人員，減少工作人員現(xiàn)場巡視，并優(yōu)化現(xiàn)場設(shè)備的管理方式。上位機(jī)系統(tǒng)操作界面為多畫面顯示：設(shè)備控制、動(dòng)態(tài)監(jiān)測、參數(shù)顯示、參數(shù)設(shè)置、報(bào)警畫面和歷史數(shù)據(jù)。例如：壓縮機(jī)組需要停機(jī)時(shí)，通過“設(shè)備控制”發(fā)出停止運(yùn)行指令，實(shí)現(xiàn)對機(jī)組的多維度的控制與管理。

3.4.3 觸摸屏軟件

觸摸屏是壓縮機(jī)組本地控制與現(xiàn)場監(jiān)控的站點(diǎn)，是人員與機(jī)組設(shè)備交互的界面，在設(shè)備調(diào)試檢修期間，方便現(xiàn)場工作人員查看機(jī)組數(shù)據(jù)，診斷設(shè)備異常運(yùn)行狀態(tài)。觸摸屏組態(tài)的功能屬性包括：輸出控制、數(shù)據(jù)顯示、報(bào)警提示、用戶管理。壓縮機(jī)組系統(tǒng)的運(yùn)行與停止具備智能化自動(dòng)控制，但在設(shè)備檢修時(shí)，個(gè)別部件的運(yùn)行是由觸摸屏現(xiàn)場操作來完成。

3.5 Logix控制器

作為狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的中樞設(shè)備Logix控制器，它是上位機(jī)與狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇椋瑸檎麄€(gè)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測提供高效、穩(wěn)定的性能支持。同時(shí)Logix控制器本地機(jī)架可以配置需求不同的輸入輸出模塊，協(xié)同狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)更靈活的功能配置提供選擇?？刂破餍吞?hào)配置為controllogix1756-L71，CPU運(yùn)行穩(wěn)定且內(nèi)存儲(chǔ)容量大，可以作為大型設(shè)備的控制平臺(tái)。

4 安裝與調(diào)試

4.1 狀態(tài)模塊盤面布置

狀態(tài)監(jiān)測模塊在控制柜內(nèi)的安裝，考慮模塊發(fā)熱，結(jié)合控制柜空間，布置安裝時(shí)上下留出余量空間，模塊立式水平方放置，向通過自身上下散熱孔來降低溫度，減少溫度積累保護(hù)動(dòng)態(tài)模塊，同時(shí)可以提高了模塊運(yùn)行的可靠性。

4.2 信號(hào)傳輸防干擾優(yōu)化

避免附近大型整流設(shè)備以及高電壓強(qiáng)磁場干擾，傳感器探頭信號(hào)傳輸線纜敷設(shè)做好屏蔽層防護(hù)，屏蔽層單端接地要有良好的接觸及牢固性。同時(shí)獨(dú)立穿管措施可以有效降低電磁干擾，避免與強(qiáng)電高壓電纜等共同敷設(shè)，以免信號(hào)失真影響到有效數(shù)據(jù)傳送。

4.3 配置IP地址

配置模塊IP地址，使用工業(yè)以太網(wǎng)通訊，配置IP地址有兩種方式：一種為硬件調(diào)節(jié)，狀態(tài)模塊留有三位十進(jìn)制撥碼開關(guān)，設(shè)定數(shù)值范圍是000-255，不能與其它相同網(wǎng)段的設(shè)備重復(fù)，每個(gè)模塊要有獨(dú)立的IP地址，符合IPV4結(jié)構(gòu)，例如：192.168.1.XXX；另一種為動(dòng)態(tài)配置狀態(tài)模塊IP地址，通過軟件自動(dòng)搜索找到模塊的MAC地址，與狀態(tài)模塊一一對應(yīng)，為對應(yīng)的MAC地址配置IP地址，狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)與上位機(jī)通訊是以IP地址為通訊基礎(chǔ)的一種尋址方式。

4.4 傳感器位置調(diào)整

電渦流傳感器，安裝探頭時(shí)距離1～1.5 mm，實(shí)際距離查看信號(hào)回路電壓。調(diào)整傳感器探頭與目標(biāo)被測設(shè)備距離，驅(qū)動(dòng)器回路電壓會(huì)產(chǎn)生線性電壓，0～10 V為正常電壓信號(hào)，在正常電壓區(qū)間內(nèi)說明電渦流傳感器安裝位置適當(dāng)。

5 結(jié)論

目前，大型往復(fù)式壓縮機(jī)應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)選擇比較廣泛，每個(gè)品牌型號(hào)有各自特點(diǎn)，為多樣化監(jiān)控系統(tǒng)提供選擇。而羅克韋爾狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在數(shù)據(jù)處理方面，特別是振動(dòng)數(shù)據(jù)相關(guān)的幅值、頻率、相位方面的應(yīng)用。提高了往復(fù)壓縮機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，在出現(xiàn)輕微不可察覺情況提前預(yù)警，降低意外情況停機(jī)頻率，為機(jī)組長期運(yùn)行提供保障。隨著數(shù)字化技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)的發(fā)展，可以實(shí)時(shí)對往復(fù)壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析，也將會(huì)是未來的發(fā)展趨勢。