6M25往复式压缩机状态监测系统研究 - 图文 (4)

中南大学硕士学位论文第二章压缩机监测系统功能与结构设计２．１．２工艺流程和工艺指标６Ｍ２５往复式压缩机工作流程如图２．２。从脱硫工艺来的半水煤气经一、二、三级气缸压缩，加压后送脱碳系统。经脱碳处理后气体再经过四、五级气缸压缩后送去铜洗精炼。来自精炼的铜洗气经六级气缸压缩后，最后送至合成系统。图２－２６Ｍ２５往复式压缩机工作流程图压缩机的各级吸，排气压力及温度指标控制如表２．１所示。压缩机只有在这些工艺指标的控制下，才能保证正常生产，在实际生产过程中，由于其结构复杂和运动特殊，致使工艺指标难以保证，故障时常发生，影响了压缩机的正常生产。所以对压缩机状态监测和故障诊断的目的就是要实时监测压缩机运行状况。提取特征信息，找到故障源，解决故障，保证压缩机长期正常运行。表２－１各级吸排气压力及温度控制指标序号１２３４５６级数一级二级三级四级五级六级进口压力（Ｍｐａ）０．１０ｌＯ．２２０．８０１．７３４．８８１２．５出口压力（Ｍｐａ）０．２２０．８０１．９７４．８８１２．５３２．４进口温度（℃）４２４２４５４５４０４０出口温度（℃）１４８１４８１４０１４０１３０１３５中南大学硕士学位论文第二章压缩机监测系统功能与结构设计２。２常见故障和监测参量２．２．１常见故障在生产过程中，６Ｍ２５压缩机发生的故障多种多样，常见故障可分为热力性能故障和机械动力性能故障。热力性能故障表现为排气量不足，气体压力不正常、进排气温度超过指标，产生原因主要是由于气阀、活塞环、填料密封、水冷器等部件发生了故障【２ｌ】；机械动力性能故障一般表现为机器工作时的异常振动和响声，运动部件过热等，产生的原因主要是由于活塞杆断裂，活塞填料密封磨损，活塞杆导向环磨损，轴承不平衡、转轴不对中等陶。生产中出现的主要故障有：（１）精炼岗位带液后造成六段填料及出口气阀更换频繁。（２）一、二、三段活塞杆出现多次断裂的突发事故，而且断裂部位基本相似。（３）各级冷却设备冷却效果不好，经常清洗疏通。（４）气体压力不正常，各级气阀，活塞环泄漏，压力表失灵。（５）排气、吸气温度超过指标。（６）运动部件响声异常。２．２．２监测参量在监测系统设计中，首先需要确定的是通过监测那些状态参量和工艺过程参数从而实现对压缩机的状态进行全面的监测，同时要确定监测这些参数所需的传感器类型，并根据安装位置，综合考虑到相关因素，对传感器进行选型。根据６Ｍ２５往复式压缩机生产中的运行状况和生产中出现的主要故障，以活塞杆，轴承座、冷却系统、气缸为监测对象，运用状态监测和故障诊断技术，通过对压缩机相应的状态参量、工艺过程参数进行长期实时监测，借助计算机进行分析和处理，达到设备状态监测、故障诊断及故障预报警。压缩机的实时监测状态参量和工艺参数表如表２－２所示。表２－２监测参数１－６级活塞杆ｘ，Ｙ向振动位移ｔ－６段冷却水出口温度Ｉ－６级气缸迸气温度１－３级气缸出气温度４－６级气缸出气温度三级捧气管气体压力六级捧气管气体压力Ｉ－鲫机身主轴承温度ｌ，斜轴承座ｘ、Ｙ、ｚ三向加速度实时监测状态参量与工艺参数预警设定值１０００ｕｍ报警设定值１５００ｕｍ备注报警联锁声光预报警声光预报警声光预报警声光预报警声光预报警声光预报警报警联锁做频谱分析用５０℃４０℃１４５℃１３５℃２０００Ⅲ‘Ｐａ３２０００ＫＰａ６０１２４５℃１５５℃１４０℃２１００ＫＰａ３３０００ＫＰａ８０℃６０℃中南大学硕士学位论文第二章压缩机监测系统功能与结构设计２．３硬件系统设计２．３．１硬件系统总体构成该监测系统采用“传感器与变送器一ＰＬＣ一工控机”硬件架构，上位机采用研华一体化工作站ＡＷＳ．８４２０｜；下位杌采用西门予Ｓ７．３００系列ＰＬＣ，中央处理器为ＣＰＵ３１４Ｃ．２ＰｔＰ，以及相应的输入输出模块【２３１；传感器及变送器包括电涡流位移传感器系统、三向加速度传感器、电荷放大器、高温压力传感变送器、温度传感器等构成，整个监测系统的传感嚣布置示意图如图２－３。９图２－３传感器布置示意图２．３．２系统硬件选型信号采集的精确性、传输的准确性与可靠性是监测系统成败的关键，因此对各种硬件选型要综合考虑现场环境、安装位置、防油、防爆、防腐蚀、精度要求、信号传输、信号调理、信号匹配等因素，经过认真的市场调查与工业现场工况调研后进行硬件选型。ｌ、可编程控制器（ＰＬＣ）的选择可编程控制器是监测系统中的关键组成部分，作为监测系统下位机，负责现场数据采集、预报警、联锁控制以及与上位机通信等。需达到抗干扰能力强、通１４中南大学硕士学位论文第二章压缩机监测系统功能与结构设计用性好、易扩展、安装维护容易，易于实现通讯的要求，并且能够适应复杂的现场工作环境，因此对ＰＬＣ的正确选择非常重要。ＰＬＣ主要以欧美厂商和小日本为代表，其中美国Ａ－Ｂ公司、德国西门子公司、小日本三菱公司所生产ＰＬＣ性价比高同时应用也比较普遍。这几种ＰＬＣ在结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也各有侧重点，因此必须合理选择ＰＬＣ。对ＰＬＣ选型时主要考虑以下几方面：（１）ＰＬＣ的结构是否合理，即是采用整体式还是模块式ＰＬＣ。一般对于大型控制系统且环境条件较差（维修量大）的场合宜选用分体式ＰＬＣ。（２）功能是否合理，对于控制系统所需开关量大，对控制功能要求较高的场合宜选用中、高档机。（３）是否可以在线编程【２４】。同时还必须综合考虑到ＰＬＣ的输入输出点的类型和数量、ＣＰＵ的内存、工作环境、通信网络、编程语言、系统的通信，售后服务与技术支持、性价比等因素【２５】。Ｓ７．３００ＰＬＣ是主要面向制造工程的系统解决方案而设计的中型ＰＬＣ，它具有很强的通用性，丰富的ＣＰＵ和模块种类，采用模块化设计，具有紧凑设计的各种功能模块。由于采用ＭＭＣ存储程序和数据，因此系统免维护性好。由于工业现场振动较强，使用普通的数据采集卡不能适应现场复杂的工作环境，综合权衡多种因素，选用西门子公司的ｓ７．３００系列ＰＬＣ。中央处理器采用ＣＰＵ３１４Ｃ一２ＰｔＰ，根据模拟量和开关量输入输出点的信号类型、范围和点数，选择模拟量输入模块，通过ＰＣ／ＭＰｌ适配器实现数据通讯。ＰＬＣ元器件清单见表２．３。表２－３序号ｌＰＬＣ元器件清单生产厂家德国西门子德国西门子德国西门子德国西门子德国西门子德国西门子数量ｌ设备名称电源模块ＣＰＵ模块ＭＭ存储器卡模拟量输入模块模拟量输入模块ＵＳＢ适配器前连接器前连接器ＤＩＮ导轨断路器开关电源ＳＴＥＰ＇／编程软件设备型号２４ＶＤＣ５Ａ２ＣＰＵ３１４Ｃ．２ＰｔＰ６４Ｋｌ３ｌ４ＳＭ３３ｌ６ＥＳ７３３ｌ?７ＫＦＤ２－０ＡＢ０ＳＭ３３ｌ６ＥＳ７３３ｌ－ｌＫＦ０阻ＯＡＢＯ７５ｌ６ｌ３７４０针２０针８００ｍｍ德国西ｎ子德国西门子德国西门子德国西门子德国西门子德国西门子８７９２１０５ＳＸ２（１６Ａ）２４Ｖ（５Ａ）ＳＴＥＰ７Ｖ５．３版ｌｌｌｌ１２１中南大学硕士学位论文第二章压缩机监测系统功能与结构设计２、工控机选型工控机作为监测系统上位机，工作于温差大，振动强、有腐蚀剂气体的工业现场，为达到性能稳定、抗干扰能力强、数据处理速度快等要求，选用研华一体化工作站ＡＷＳ．９４２０。ＡＷＳ．８２４０是一款带有工业级１２．１”彩色ＴＦＴＬＣＤ显示屏基于ＰＣ的工业级工作站，具有低功耗，低辐射，抗干扰，电磁兼容性极好，可满足各种恶劣环境下基于ＰＣ的工业级工作站应用需要，带有触摸屏，适合现场工作人员操作。３、电涡流位移传感器（含前置器）一套完整的传感器系统主要包括探头、延伸电缆（用户可以根据需要选择）、前置器和附件。前置器是整个传感器系统的信号处理中心。一方面，前置器为探头线圈提供高频交流激励电流使探头工作；另一方面，前置器通过特殊电路感应出探头头部体与头部体前金属导体的间隙变化，经过前置器的处理，产生随间隙线性变化而变化的电压或电流输出信号。通过测量金属被测体与探头端面的相对位置、电涡流位移传感器感应并处理成相应的电信号输出。本监测系统中电涡流位移传感器是用来测量压缩机活塞杆径向跳动，径向跳动超过设定报警值将声光报警并且联锁停车。要求传感器可长期可靠工作、灵敏度高、精度高、稳定性好、抗干扰能力强、非接触测量、响应速度快、不受油水等介质的影响。选用某公司的ＺＡ２１系列电涡流位移传感器系统，它在大多数机械监铡应用于径向振动、轴向（侧向）位移、转速和相位测量，前置器输出的＋／－ＳＶ电压信号可直接输入ＰＬＣ的模拟量输入模块进行信号采集。４、三向加速度传感器（含电荷放大器）三向加速度传感器采集压缩机１．９撑主轴承的振动信号，用于信号分析和故障诊断，考虑到防水、防油、防腐蚀等因素，选用某公司ＴＳｌｌｌ５三轴向加速度计，其特点是小型、轻质、三轴向、三角剪切型。＂ＩＳ５８５１密封式电荷放大器适合恶劣环境、灵敏度、频率带宽可选择、适合二次开发用作信号调理器，从电荷放大器中输出的＋／－５Ｖ电压信号可直接接入ＰＬＣ的模拟量输入模块。ＴＳ５８５１性能指标如表２＿４所示，ＴＳＩｌｌ５性能指标如表２．５所示。表２－４输入电荷量电荷灵敏度ＴＳ５８５１性能指标０～士１０’ＤＣｌ～１０或１０～ｌＯＯｍＶ／ｐＣ０３～１００ｌ（｝ＩｚＳｌｍＶｒｍｓ表２－５灵敏度极限量程ＴＳｌｌｌ５性能指标～１ｐｃ／ｍｓ．２ｌｏ＇ｍ／ｓ２频噪电尺响声源寸频率范围温度范围质尺量寸ＩＨｚ～ｇｋＨｚ－．４０～１５０℃士８Ｖ～士１５Ｖ４３ｘ３８ｘ１５ｒａｍ１６９９２０ｘ２０ｘ１０ｍｍ１６

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