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东北大学硕士学位论文摘要 3 2 0 0 k w 风机试车台监控系统研制 摘要 在冶金、电力、石油、化工等行业，高压大型风机是关键生产设备，为保证产 品质量及安全生产，风机产品出厂前必须做试车试验。沈阳鼓风机通风设备有限公 司建设有东北地区最大的工业风机性能试验基地，此次投资建设的风机产品试车台 试车功率达3 2 0 0 k w 。随着工业技术的不断发展，对风机试车台监控系统的自动化 水平有了更高的要求。 在对风机试车台进行调研，对工业控制计算机、远程数据采集模块( a d a m 模 块) 及工业监控组态软件基本性能特点进行分析和研究的基础上，本文以系统分析 的方法，提出了以“组态王”为监控软件，构建基于工控机的远程数据采集与控制系 统的解决方案。 监控系统以w i n d o w s 2 0 0 0 操作系统为运行平台，采用r s 4 8 5 现场总线连接方 式，利用a d a m 一4 5 2 0r s - 2 3 2 r s 一4 8 5 转换器，实现了工控机与远程i o 的连接和通 讯。根据试车现场实际监控情况的需求，设计了合理的控制方法并选择合适的硬件 设备。利用“组态王”提供的通讯功能和编程环境，实现了上位机与多个a d a m 模块 之间的通讯联系。监控系统具有信号采集、数据处理、动态显示与人机对话、实时 报警、历史趋势分析、报表打印等功能，实现了风机试车台主要性能参数的全面时 监控，该监控系统经过现场调试及运作，完全达到了用户的需求，并且具有良好的 重用性、可扩充性和可维护性。 关键词：风机试车台；液压站；计算机监控系统；远程数据采集；工控机；a d a m 模块：组态王6 5 i i 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t s u p e r v i s o r yc o n t r o ls y s t e mo f3 2 0 0 k w f a n t e s tr u n n i n gb e d a b s 仃a c t i nt h ea r e ao fm e t a l l u r g y ，e l e c t r i cp o w e r ，o i la n dc h e m i c a li n d u s t r y ，h i g hv o l t a g e a n dl a r g e - s c a l ef a n sa r ep i v o t a le q u i p m e n t i no r d e rt oi n s u r et h eq u a l i t yo fp r o d u c t sa n d t h es e c u r i t yo fp r o d u c t i o nn e wf a n sm u s tb et e s t e dc a r e f u l l yb e f o r el e a v i n gf a c t o r y s h e n y a n gb l o w e rv e n t i l a t i o nc o ，l t d h a st h eb i g g e s tf a n t e s tr u n n i n gb e di n n o r t h e a s t e r na r e aa n dt h ep o w e ro ft h i sn e wb e dc a nr e a c ht o3 2 0 0 k w w i t ht h e d e v e l o p m e n to fi n d u s t r yt e c h n i q u e ，t h e r ew i l lb eh i g h e rr e q u i r e m e n tf o rt h ea u t o m a t i o n l e v e lo ff a nt e s tr u n n i n gb e ds u p e r v i s o r yc o n t r o ls y s t e m o nt h eb a s eo fi n v e s t i g a t i n gf a nt e s tr u n n i n gb e d ，a n a l y z i n ga n ds t u d y i n gt h eb a s i c c a p a b i l i t i e so fi p c ，r e m o t ei om o d u l e s ( a d a mm o d u l e s ) a n di n d u s t r ys u p e r v i s o r y c o n t r o lc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ，t h i sa r t i c l ep r o v i d e sas o l u t i o nf o rt h ef a nt e s tr u n n i n g b e ds u p e r v i s o r yc o n t r o ls y s t e mb yu s i n gs y s t e ma n a l y z i n ga p p r o a c h t h i ss o l u t i o nu s e k i n g v i e wa ss u p e r v i s o r yc o n t r o ls o f t w a r et of o r mar e m o t ed a t aa c q u i s i t i o na n dc o n t r o l s y s t e mb a s e do ni p c t h es u p e r v i s o r yc o n t r o ls y s t e mu s e sw i n d o w s 2 0 0 0o p e r a t i n gs y s t e ma sr u n n i n g p l a t f o r m i tu s e sr s - 4 8 5f i e l db u st om a k ec o n n e c t i o na n da c h i e v et h ec o m m u n i c a t i o n b e t w e e ni p ca n dr e m o t ei ob yu s i n gam o d u l ea d a m - 4 5 2 0r s - 2 3 2 r s - 4 8 5c o n v e r t o r a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to ft h es u p e r v i s o r ya n dc o n t r o lc i r c u m s t a n c ei nt h et e s t r t m n i n gb e df i e l d ，t h i ss c h e m ed e s i g n sr e a s o n a b l ec o n t r o lm e t h o d sa n dc h o o s e s a p p r o p r i a t eh a r d w a r ee q u i p m e n t i tc a r r i e so u tt h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e ni p ca n d a d a mm o d u l e s t h e s u p e r v i s o r yc o n t r o ls y s t e mh a sm a n yf u n c t i o n sl i k es i g n a l a c q u i s i t i o n ，d a t ap r o c e s s i n g ，d y n a m i cd i s p l a y ，m a l l m a c h i n ec o n v e r s a t i o n ，r e a l t i m e a l a r m ，h i s t o r yt r e n da n a l y s i s ，r e p o r tf o r m sp r i n t i n ga n ds oo n i tm a k e st h e a u t o m a t i z a t i o na l t e r a t i o no ff a nt e s tr u n n i n gb e ds u p e r v i s o r yc o n t r o ls y s t e mc o m et r u e n o to n l yd o e si ts a t i s f yt h er e q u i r e m e n to fc o n s u m e rb u ta l s oc a nb er e u s e d ，e x t e n d e d i i r 东北大学硕士学位论支 a b s t r a c t a n dm a i n t a i n e de a s i l y k e yw o r d s ：f a nt e s tr u n n i n gb e d ；h y d r a u l i cs t a t i o n ；c o m p u t e rs u p e r v i s o r yc o n t r o l s y s t e m ；r e m o t ed a t aa c q u i s i t i o n ；i p c ；a d a m 一4 0 0 0m o d u l e ；k i n g v i e w 6 5 i v 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰 写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者签名粕侄 日期：冽文 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位 论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题的工程背景 风机是依靠输入的机械能提高气体压力并排送气体的机械，是一种从动的流体 机械。风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排 尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却 和通风：谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气和推进等【l 】。 在冶金、电力、化工等行业，高压大型风机是关键生产设备之一。其设备昂贵， 工作环境恶劣，不具备在现场进行拆卸和检修的条件，在设计上常要求其在寿命期 内( 2 0 年以上) 不需要更换。因此，风机出厂前需做一系列的性能检测实验来严格 保证其产品质量达到技术要求，这些实验主要包括叶片拉力实验、机械运转实验、 超速实验和气动性能实验等，针对不同功率的风机产品需要搭建不同的试车实验台。 而高压风机的控制系统是其正常稳定运行的保障。由于高压大型风机启动条件复杂， 运行过程中需要监控的参量较多，停车过程较长，必须尽量避免误停车，因此风机 整体监控系统设计要求比较严格、精确。以往采用现场检测、人工监视、继电器控 制的方法系统庞大、可靠性差、响应速度慢、自动化程度低，设备运行中常常因为 工人不能及时发现问题而导致风机主要传动部件的损坏，给工厂带来损失。随着工 艺技术和设备控制要求的提高，我们需要采用更先进的电气设备、仪表及控制系统 来实现风机试验系统的监控，提高风机系统的运转效率。 针对沈阳鼓风机通风设备有限责任公司生产的大型风机设备，本试车台监控系 统设计中除了考虑的功能性和操作性以外，还要充分考虑粉尘、潮湿、温度和电磁 干扰的影响，以保证系统的可靠性运行。 1 2 国内外大型风机试车台监控系统的发展现状 随着石油化工、冶金及电力装置规模的增大，风机容量也目渐趋向大型化。风 机试车台监控系统正向着信息化、智能化方向发展，很多实用技术正用于生产实际。 采用远程分散数据采集与集中监控相结合的方法，有效地提高了风机试车效率、可 靠性和对环境的适应性，大大减少了工人的劳动强度。在实际控制设备上，国外一 般采用可编程控制器( p l c ) 配合大功率变频器控制风机运行，同时利用上位机与 】 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 p l c 联网实现对现场设备的过程监控，不仅可靠性高而且操作性好，便于实现自动 化过程控制。对于些大型风机生产厂家，由于试车台较多、分布距离较远，许多 生产厂家已开始采用集散控制系统( d c s ) 并融合了现场总线技术、p l c 技术进行设 备的统一管理和监控。 在国内，风机试车监控技术发展起步较脆，其发展水平与发达国家相比尚有一 定差距。早期的风机监控系统普遍采用模拟仪表和继电器电路组成，试车时工人必 须按一定时间间隔到现场抄表，劳动强度大，且无法得到连续的数据记录。由继电 器电路组成的保护系统，由于要采用大量的中间继电器和时间继电器，控制柜体积 庞大、线路复杂、可靠性差、维护困难。此外，对现场设备也多采用卧台控制，由 职守在控制室的操作工人搬动各种阀门等对设备运行状况进行控制。可以看出，其 监控保护系统自动化程度低，设备笨重且不利于工人操作和维护，工人劳动率低下， 已完全不适合现代化大规模工业化发展的需要。沈阳鼓风机通风设备有限责任公司 风机试车台的原监控系统即为此种形式。随着计算机技术和工业控制技术的发展， 更加先进的工业自动化产品应用于生产实际，使得风机监控技术有了更进一步的发 展，主要体现在： ( 1 ) 高质量电气元件的使用使设备运行的可靠性得到显著的提高，为自动化 技术的应用创造了条件。目前风机试车台所有操作按钮、指示灯、测振仪、转速仪 均采用先进技术当地化的产品或技术先进国家的产品，其使用寿命和可靠性、环境 适应性有了全面提高。交流接触器、空气开关、中间继电器、热继电器、接线端子 的选型档次也很高，个别机构已选用真空接触器，系统故障率已明显减少。 ( 2 ) 计算机监控技术的应用大幅度减少了中间继电器以及控制电缆的使用数 量，极大的提高了工业自动化水平，使设备状态监测达到实用化的程度。通过应用 计算机监控技术，被监控对象的物理参量可在计算机的显示装置中以数字、图形和 曲线的方式显示出来，从而使得操作人员能够直观而迅速地了解被监控对象的变化 过程。除此以外，计算机还可以将采集到的数据存储起来，随时进行分析、统计和 显示并制作各种报表。当需要对被监控的对象进行控制时，计算机中的应用软件根 据采集到的物理参量的大小和变化情况以及按照工艺所要求该物理量的设定值进行 判断，然后在输出装置中输出相应的电信号，并且推动执行装置动作从而完成相应 的控制任务。因此，通过应用计算机监控技术不但可以稳定和优化生产工艺，提高 产品质量，降低能源和原材料的消耗，降低生产成本。更为重要的是通过应用计算 机监控技术还可以降低劳动者的生产强度，提高管理水平，从而带来极大的社会效 2 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 益。 近年来，随着我国自动化和信息技术的不断发展，工业自动化水平有了显著的 提高，但我们必须看到，在我国工业自动化控制系统领域许多产品的质量水平仍与 国外有着较大的差距，甚至有些产品仍依赖于进口，而国外自动化产品高昂的价格 无疑加重了企业的负担，所以我们需要不断自主研发和改善控制方法，降低生产成 本，提高控制系统的安全性和可靠性，不断提高劳动生产率。 1 3 课题研究的目的、意义 1 3 1 课题研究的目的 计算机监控系统【2 】是指具有数据采集、监测、控制功能的计算机系统，加上检 测装置、执行机构与被监测控制的对象( 生产过程) 共同构成的系统。在这个系统 中，计算机直接参与被控对象的检测( m o n i t o r ) 、监督( s u p e r v i s e ) 和控制( c o n t r 0 1 ) 。 计算机监控系统广泛应用于钢铁、化工、环保、国防、航天技术、工业水处理、 工矿企业、商业、金融机构、政府机关及教育、卫生、住宅小区等重大领域，几乎 所有行业都不同程度在采用各种监测、监控设备，有的监测控制系统技术已相当先 进，设备十分完善。有人曾说：计算机监控系统己渗透到每个国家的政治、经济活 动的一切领域，甚至管理国家的事务，监测全球范围内某些参数或现象。 本课题研究的目的就是应用计算机监测控制技术，设计研制沈阳鼓风机通风设 备有限责任公司3 2 0 0 k w 风机试车台监控系统，完成如下主要功能： 实现对整个试车工艺流程的状态监测，当设备运行出现故障、参数越限、违规 操作时，系统应发出报警信号并显示故障位置，必要时联锁主电机强制跳闸停机。 1 3 2 课题研究的意义 面对沈阳鼓风机通风设备有限责任公司的生产实际，设计一套基于工业控制计 算机的风机试车台监控系统，实现对试车现场的远程监测和控制，本课题有着明确 的工程背景和实用意义。解决问题的方法简单、实用，有一定的创新性。通过风机 实际试车过程证明该方案是可行而有效的。研究方向符合生产设备智能化的发展趋 势。这项研究工作对一类大型工程机械设备的监控系统开发具有较实用的参考价值。 3 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 4 课题研究的主要内容 实现风机试车台计算机监控系统的集成，首先应根据用户功能需求进行系统设 备的选型配置和系统结构及应用软件设计，即总体设计。总体设计合理与否涉及到 系统是否可以成功地投运并实现预期功能，因此，在规划计算机监控项目时，必须 以系统工程的思想进行通盘考虑。在总体设计的基础上，分步去逐项实施各子项目。 根据沈阳鼓风机通风设备有限责任公司3 2 0 0 k w 风机试车台的特点，本课题主 要研究内容如下： ( 1 ) 数据采集 利用传感器( 或变送器) 将待测压力、温度、振动、转速等参数转换为适于数 据采集模块进行接收的电参量。 ( 2 ) 设备选型及其设计 根据现场结构特点和待测点的性质及整体功能的要求，设计出合理的监控系统 结构，选择合适的数据采集设备。 ( 3 ) 选择合适的监控软件进行数据监测 结合沈阳鼓风机通风设备有限责任公司的实际情况，选择对风机试车台进行实 时监测的监控软件，实时显示需求的监测数据。 ( 4 ) 控制系统功能实现 根据大型风机试车工艺，利用监控软件编程实现风机运行安全联锁控制功能、 辅助设备的自动调节功能，并合理设计相应的电气控制部分。 ( 5 ) 通讯功能 通过开放的、标准化的r s 4 8 5 总线连接各个数据采集模块，利用r s 2 3 2 r s 4 8 5 转换器，上位机通过r s 2 3 2 网络实现与下位机的数据通信。 ( 6 ) 报警功能及其实现 利用监控软件对系统出现紧急情况时进行实时报警，并在操作画面上体现报警 位置和详细报警信息。 ( 7 ) 实现运行趋势的分析预报 利用监控软件对历史数据及当前数据进行分析，做出历史趋势曲线，总结规律。 d 东北大学硕士学位论文 第二章监控对象分析 第二章监控对象分析 设计监控系统的目的是实现风机试车过程的实时监测和联锁控制。因此，应该 首先了解风机试车台的整体结构和风机试车的全过程，找出所有需要监控的参量， 在此基础上提出监控系统设计方案；其次试车台的工作环境也是设计时需要重点考 虑的问题之一。 沈阳鼓风机通风设备有限责任公司厂生产的风机产品以大型轴流式、离心式通 风机为主，此次投资建设的风机试车台试车功率可达3 2 0 0 k w 。从结构上看，整个 风机试车台可分为两大部分：试车机组和液压油站，主要设备的运行状况由中央控 制室( 中控室) 进行集中监控。 2 1 风机试车台的结构 2 1 1 风机试车机组 如图2 1 所示为风机试车机组的结构示意图，表2 1 给出了机组设备的主要技术 参数( 试车产品以s j 8 0 0 0 1 2 t 型离心式通风机为例) 。整个试车机组主要由驱动电 动机、偶合器、变速箱和风机产品组成。 图2 1 风机试车机组结构 f i g 2 1c o n f i g u r a t i o no ft h ef a r m e rt e s tu n i t 5 东北大学硕士学位论文第二章监控对象分析 表2 1 风机试车机组主要技术参数 t a b l e2 1m a i nt e c h n i c a lp a r a m e t e r so f t h ef a r m e rt e s tu n i t 2 1 1 1 电动机 一般情况下，风机所匹配的原动机多数采用电动机驱动，根据风机的用途或使 用环境来选用不同形式的电动机。最常用的有防护式、封闭式、防爆式以及特殊用 途的三相交流笼型转子异步电动机。其各自的特点是：防护式电动机，能防止水滴 或其他杂物从9 0 。4 5 。方向落入电动机的内部；封闭式电动机能防止灰尘、铁屑 或其他杂物侵入电动机内部；防爆式电动机，则根据使用场地的易燃易爆混合物气 体的防爆等级、组别来选用。选择时应根据下面三个原则： 第一，电动机工作时，其发热应接近允许温升，但不得超过； 第二，电动机必须具有一定的过载能力，以保证在短时过载情况下正常运行； 第三，电动机应具有被拖动对象所需要的起动转矩，只能大，不能小。 2 1 1 2 偶合器 偶合器即液力偶合器，是以液体为介质传递功率的一种软连接传动装置，它安 装在电动机和风机之间，可在电动机转速恒定的情况下无级调节风机的转速。本项 目试车机组中采用的是y o t c h p 8 7 5 调速型液力偶合器。 如图2 2 所示，调速型液力偶合器 3 。4 】是由泵轮、涡轮、转动外壳、勺管等组成。 泵轮和涡轮对称布置，中间保持一定间隙，轮内有几十片径向叶片。运转时在偶合 器中充油，当输入轴带动泵轮旋转时，进入泵轮的油在叶片带动下，因离心力作用 由泵轮内侧流向外缘，形成高压的高速液流冲向涡轮叶片，使涡轮跟随泵轮作同向 旋转。油在涡轮中由外缘流向内侧被迫减压、减速，然后流入泵轮。在这种循环中， 泵轮将原动机的机械能转变成油的动能和势能，而涡轮则将油的动能和势能又转变 成输出轴的机械能，从而实现了能量的柔性传递。 偶合器的转动外壳与泵轮相连，外壳腔内放置一根可径向位移的勺管，运转时 6 东北大学硕士学位论文第二章监控对象分析 腔内的油随转动外壳一起以泵轮相同的转速旋转，以圆周速度旋转的油环碰到固定 不能转动只能径向移动的勺管头端孔口，动能就变成位能，油环的油即自勺管流出， 偶合器中的充油量只能与勺管孔口相齐平，只要改变勺管的位置，就能改变偶合器 中的充油度，而充油度的大小也就决定了输出轴转速的高低。充油度升高则输出转 速升高，反之则降低。 li 、。 。i 。l 弼眵 i j l、l 谚 剽 i 警蠹x 国 _ 。；| 1 f 1 ：i 影i 擎j 围 | ；雾雌 溯 孛爿 自! j ，一一i j 毒拳冷 ? i ；孰焉 鬻黜掘焉睡隧钩曩匿 稠焉瀚舞登翌墅 _ j 鬻 融 黪掣；j l 瀵疆 目酗啊怫 霉裟孽黍 图2 2 调速型液力偶合器结构示意圈 f i g 2 2s k e t c hm a po fv a r i a b l es p e e df l u i de o u p l i n gs t r u c t u l e 因此，当电动机起动时，勺管处于零位，工作油不进入工作腔。改变传给电动 执行机构的信号，屯动执行器将带动勺管作直线移动，从而改变勺管在转动外壳内 的径向位置、其充油度的大小也随之变化，这样就可在原动机转速恒定的条件下， 实现输出轴的无级调速。液力偶合器调速的特点【5 】如下： ( 1 ) 无级调速。在液力偶合器输入转速不变的情况下，可以输出无级连续变 化的、且变化范围很宽的转速。当转速变化较大时，与节流调速相比较，有显著的 节能效果。 ( 2 ) 空载启动。电动机可以在空载或轻载下启动，以减少对电网的冲击，因 而可选用容量较小的电动机及电控设备，减少设备的投资，降低启动电流。 ( 3 ) 隔离振动。液力偶合器的泵轮和涡轮之间没有机械联系，转矩通过工作 7 东北大学硕士学位论文 第二章监控对象分析 液体传递，属柔性连接。当主动轴有周期性振动( 如扭振等) 时，不会传到从动轴 上，具有良好的隔振效果。能减缓冲击负荷，延长电动机或风机的机械寿命。 ( 4 ) 过载保护。由于液力偶合器是柔性传动，其泵轮与涡轮之间有转速差， 故当从动轴阻力矩突然增加时，转速差增大，甚至当风机负荷使机器制动时，动力 机仍能继续运转而不烧毁，风机也可受到保护。 ( 5 ) 除轴承外无磨损零件，故工作可靠，能长期免检修运行，延长设备使用 寿命。 ( 6 ) 软启动。可以缓和地启动、加速、减速和停止。 ( 7 ) 便于控制。液力偶合器的无级调速便于实现自动控制，适用于各种伺服 系统控制。 ( 8 ) 能用于大容量风机的变速调节，不受电动机电压高低的限制。 2 1 1 3 变速箱 该装置为定传速比齿轮啮合机构，主要用于固定型号风机的超速运转实验，不 同额定转速的风机需换用不同齿轮对( 传动比) 的变速箱。 2 1 1 4 风机 该试车台主要用于功率在3 2 0 0 k w 以下的大型离心式通风机以及轴流式通风机 产品试验。以s j 8 0 0 0 一1 2 t 离心式通风机为例，其转子组外观如图2 _ 3 ( a ) 、2 3 ( b ) 所示。 ( a ) ( b ) 图2 3s j 8 0 0 0 1 2 t 型离心式通风机转子组 f i g 2 3r o t o ro fs j 8 0 0 0 - 1 2 tc e n t r i f u g a lf a n n e r 该风机产品出厂前要求转子组做以下三种试验，试验要求转子组分别在不同转 速下运行： ( 1 ) 叶片拉力试验。 8 东北天学硕士学位论文 第二章监控对象分析 转子组在3 0 5 0 额定转速下运行。 ( 2 ) 机械运转试验。 转子组在额定转速下运行。 ( 3 ) 超速运转试验。 转子组在11 0 额定转速下运行。 其中，叶片拉力试验和机械运转试验利用液力偶合器调速实现，超速试验时需 要在液力偶合器与风机之间加装变速箱。 2 1 2 液压油站 图2 4 液压站系统原理图 f i g 2 4p r i n c i p l ec h a r to fh y d r a u l i cs t a t i o ns y s t e m 液压油站作为风机试车台的重要辅助系统，主要包括液力偶合器供油系统以及 稀油润滑系统两大部分，二者统一为一个液压站实现。如图2 4 所示为试车台液压 油站系统原理图，以油箱中心线为分界线，左半部分为液力偶合器供油系统，右半 9 东北大学硕士学位论文 第二章监控对象分析 部分为稀油润滑系统，二者组成相似，但作用不同。对于液力偶合器来说液压站是 其动力油的来源，而对于试车台中的各个传动部位来说，液压站为其提供了必要的 润滑条件。 这里需要说明的是，良好的润滑f 6 】是保持系统稳定的工作性能、延长使用寿命 及保证设备安全的重要条件。尤其值得重视的是润滑不良所造成的设备潜在的损伤 是不易被及时察觉的，往往一经发现，就已经造成了损失。由于大型风机起动困难， 停车时间较长，风机试车系统中主要部件如变速箱、主轴承、主电机轴承、液力偶 合器轴承等传动配合部位的润滑要求都是比较高的。 液压站使用4 6 # 液压油，主要由油箱、制冷机、加热器、泵组( 油泵和电机) 、 过滤器( 双筒滤油器、磁滤器、网式滤油器) 、高位油箱、三阀组以及安全阀等组 成。 油箱的作用是储存所必需的油量，使水分、杂质及气体与液压油分离；同时还 有冷却作用。油箱内设有六个电加热器，当环境温度较低时，监控系统产生报警， 需手动起动加热器并将油温加热到一定温度( 约为2 5 3 5 c ) ，使润滑油具有合适 的粘度。当油温高于设定值( 约为3 5 * ( 2 ) 时，由监控系统发出控制信号，加热器自 动关闭。油箱内设有液位指示控制器，用于监测油箱内的油量，当液位低于下限值 时，监控系统产生报警；当液位低于下极限值时，系统将产生报警并联锁主电机停 机。油箱上部装有两个空气滤清器，使油面上部空间与大气相通，用于排放润滑油 蒸气，避免油箱内由于供油后油量减少而形成的负压，同时又阻止灰尘杂物掉人油 箱。油箱中设有四个网式滤油器，安装于总吸油管路上，用于油液的粗过滤。此外， 作为中央控制室的输入信号源，油箱上装有两个热电阻型温度传感器。 油泵是油循环系统中的动力源，分为主油泵和辅助油泵，二者的流量和压力完 全相同，均为电机驱动。一个为工作泵，通常情况下，开动一个油泵便能满足整个 机组的需要；另一个为备用泵，是由监控系统控制的自启动泵，当油压低于设定值 ( 约为o 1 m p a ) 时，自动启动。液力偶合器供油系统和稀油润滑系统分别具有主、 辅油泵一套。此外，由于油箱容积较大( 约为l o m 3 ) ，注油和排油用时较长，该液 压站还设有注排油泵一台，方便进行油液加注和更换。 制冷机的作用是将润滑油的温度冷却到一定温度( 约为4 5 c ) ，为独立循环冷 却方式。油站中设有两台制冷机，一开一备，互为切换。该套设备为全自动氟利昂 制冷机，自身具有一套完整的温度检测控制装置，既可以实现单机自动控制也可以 选择集中控制方式，由中控室监控系统统一控制。 】0 东北大学硕士学位论文 第二章监控对象分析 双筒滤油器具有清除液压油中杂质使供油达到洁净的功能，由于润滑油系统对 润滑油的清洁度要求很高，除了要在油泵进口设置粗过滤网以外，还要经过精过滤 器。双筒滤油器由两组过滤装置和一个六通换向阎组成，每组过滤装置都可单独处 理全部油量，当一组使用时另一组可以进行清洗。若需清洗、检查和维修其中一组 过滤装置时，可以在不影响油系统正常运行的前提下，切换至另一组过滤装置。该 液压站选用两台s w l 型双筒滤油器，分别用于液力偶合器供油系统和稀有润滑系 统，过滤精度均为5 0 t tm ，并带有压差发讯器装置，当过滤器的进出口压差超过0 1 m p a 时，发讯器报警并向中控室发出讯号，表明滤芯堵塞严重，应当立即进行换向， 然后清洗或更换滤芯。 高位油箱的作用是在紧急断电停机的情况下，短时供给必要的润滑油，以保证 机组安全停机。在液压油站两个润滑油泵事故停机时，主电机同时也联锁跳闸，由 于转子的惯性作用，机组要过一段时间才能完全停下，因此要有足够的油量来供给 轴承等部位的润滑。高位油箱的设置高度为从风机中心线到高位油箱底部的距离5 m 左右，油箱的大小应可容纳供机组8 1 0 分钟润滑的耗油量。高位油箱的上部设有 回油孔和空气滤清器，底部有进油孔，紧急断电时向轴承部位供油。高位油箱的充 油工作在机组开车之前完成。首先启动电动油泵，同时打开高位油箱的进、出油阀 门组件的阀门，使油进入高位油箱充油，持续到油通过检视计返回油箱为止，说明 高位油箱已充满油，这时机组才可以开车。高位油箱上装有液位计，可以就地观察 油液位置。 油泵开动后，油箱内的油经过油箱出口阀门，再经过泵吸入网式滤油器进行粗 过滤，以保护油泵。在泵出口管路中设置压力表，用以测量进人双筒滤油器前，油 泵输出油的压力是否满足设计值。在两路出油管路上的双简滤油器出油口处，分别 设置压力表、温度计、压力变送器、温度传感器，用以测量经过双筒滤油器精过滤 后油的压力、温度是否满足设计要求。其中压力变送器和温度传感器信号送至中控 室，当管路出口供油压力达到设计下限时，监控系统将产生报警并同时自动启动备 用油泵，压力达到下极限时系统将联锁主机停机；当管路出口供油温度达到设计上 限时，系统将产生报警，同时手动( 或自动) 启动制冷机，当温度不断升高达到设 计上极限时，系统将联锁主电机停机。 2 2 风机试车过程分析 如图2 5 所示为风机试车的基本流程，根据以往大型风机的试车经验，风机试 1 1 东北大学硕士学位论文第二章监控对象分析 车的基本流程可具体可分为三个阶段：开车准备阶段、风机运行阶段和停车阶段。 图2 5 风机试车基本流程 f i g 2 5b a s i cf l o wo ff a r m e rt e s tr u n n i n g ( 1 ) 开车准备阶段 这个阶段需要考虑主电动机是否满足启动条件，主要工作有： 检查液力偶合器调速勺管是否在零位，电机需要空载起动，液力偶合器逐 级带负荷。 检查主电机电源相序是否正确，电机绕组温度是否正常。 检查油箱油位、油温是否正常，如果室内温度较低，需启动加热器将油温 1 2 东北大学硕士学位论文 第二章监控对象分析 预热达到2 5 3 5 。 启动偶合器供油油泵、润滑供油油泵，观察偶合器供油压力、润滑供油压 力是否正常。 以上条件均满足时，才能给予高压间控制信号，主电机合闸启动。 ( 2 ) 风机运行阶段 风机试车运行中可能出现不同报警情况，一般分为两级报警。当出现以下严重 报警情况时，必须联锁主电动机跳闸停机。 风机轴承水平或垂直方向振动烈度过大。 主电机三相绕组温度过高。 油箱液位过低，无法提供足够的润滑油。 液力偶合器供油压力过低。 润滑油供油压力过低。 工作油温过高。 风机轴承温度、变速箱齿轮轴承温度、液力偶合器轴承温度、主电机轴承 温度过高。 这里需要说明的是，表征振动的参量有加速度、速度和位移三个量，它们之间 表现为微积分关系。振动位移随频率的升高有极大的衰减，而振动加速度随频率的 降低有极大的衰减，这就决定了检测低频故障需检测振动位移的变化，而检测高频 故障需检测振动加速度的变化，而振动速度可说是二者的折中，这也是宽带测量中 国际标准i s o - 2 3 7 2 以振动速度作为参变量的原因。对于风机设备来说，振动能量的 大小是危害机器的主要因素，而表示这个能量大小的应是宽频带内的振动速度有效 值，因此，在风机设备监控系统中通常选用振动速度均方根值7 1 ( 振动烈度) 作为 判定设备运行状态的主要参数。 ( 3 ) 停车阶段 风机停车分为故障停车和正常停车两种，当风机在运行阶段主要监控参量出现 严重越限时必须联锁主电机跳闸，即为故障停车；风机正常停车时，液力偶合器调 速勺管在零位后，同时启动润滑辅助油泵，主电机分闸后，经过一段延时时间，风 机停车。 由此可以看出，在风机试车运行过程中，电动机前、后轴承温度、电动机三相 定子绕组温度、液力偶合器前、后轴承温度、变速箱齿轮四个轴承温度、风机前、 后轴承温度、风机轴承的振动烈度、油箱温度和液位、液力偶合器供油温度和供油 1 3 东北大学硕士学位论文 第二章监控对象分析 压力，液压站稀油润滑系统供油温度以及供油压力，这些参数的监测和控制直接影 响着风机的正常运行。此外，在风机试车运行过程中，风机的转速、风机进出口风 压以及大气温度和湿度也是必要的监测参数。 1 4 东北大学硕士学位论文 第三章监控系统总体方案制定 第三章监控系统总体方案制定 3 1 计算机监控系统 计算机监控技术是一门综合性技术。它是计算机技术( 包括软件技术、接口技 术、通信技术、网络技术、显示技术) 、自动控制技术、自动监测和传感技术的综 合应用。除此之外，计算机监控系统的开发者还必须熟悉被监控对象的有关知识。 3 1 1 计算机监控系统的功能和应用 计算机监控系统【8 。9 1 是以监测控制计算机为主机，加上检测装置、执行机构，与 被监测控制的对象( 生产过程) 共同构成的整体，如图3 1 所示【lo 】。 图3 1 计算机盥控系统组成原理图 f i g 3 1p r i n c i p l ec h a r to fc o m p u t e rs u p e r v i s o r yc o n t r o ls y s t e m 在这个系统中，计算机直接参与生产过程的检测( m o n i t o r ) 、监督( s u p e r v i s e ) 和控制( c o n t r 0 1 ) ，或者说应具有下述三方面的功能： ( 1 ) 采集与处理功能主要是对生产过程的参数进行检测、采样和必要的预处 理，并以一定的形式输出( 如打印制表和c r t 屏幕显示) 、为生产人员提供详实的 数据，以便于他们分析、了解生产情况，监视生产过程的进行。 ( 2 ) 监督功能将检测的实时数据、人工输入的数据等信息进行分析、归纳、 整理、计算等二次加工，并制成实时和历史数据库加以存储。根据实际生产过程的 需求及生产进程的情况，进行工况分析、故障诊断、险情预测，并利用图、文、声 等多种形式及时做出报道，进行操作指导、事故报警。监督系统的输出一般都不直 。1 5 东北大学硕士学位论文 第三章监控系统总体方案制定 接作用于生产过程，而是经过生产人员的判断后再由操作人员对生产过程进行干预。 ( 3 ) 控制功能在检测的基础上进行信息加工，根据事先决定的控制策略形成控 制输出，直接作用于生产过程。 完整的计算机监控系统是上述三种功能的综合集成，它利用计算机高速度、大 容量和智能化的特点，可以把一个复杂的生产过程组织管理成为一个综合、完整、 高效的自动化整体。当然，在实际使用中，可以根据实际对象的需求情况，系统只 具有上述一项或两项功能；或是以某一项为主，而辅以其它的功能。这样可以更针 对实际应用的需要，降低成本，减少系统复杂性，增强可维护性。 3 1 2 计算机监控系统的特点 ( 1 ) 实时性 计算机监控系统是一种实时计算机系统，实时性是它区别于普通( 通用) 计算 机系统的关键特点，也是衡量计算机监控系统性能的一个重要指标。实时性有下述 几层涵义： 第一，是系统对外界激励( 事件) 及时做出响应的能力，即系统能在多长时间 内响应外部事件的发生。 第二，系统在所要求的时间内完成规定任务的能力。 第三，实时是与分时相对应的。 ( 2 ) 可靠性 计算机监控系统的可靠性是指系统无故障运行的能力。工业生产在连续运行时， 计算机系统也必须同步连续运行，并对过程进行监测和控制。即使系统由于其他原 因出现故障错误，计算机系统仍能做出实时响应并记录完整的数据。可靠性常用“平 均无故障运行时间”，即平均的故障间隔时间m t b f ( m e a nt i m eb e t w e e nf a i l u r e s ) 来定量地衡量。 ( 3 ) 维护性 可维护性是指进行维护工作时的方便快捷程度。计算机监控系统的故障会影响 工业生产过程的正常操作，有时会大面积地影响生产过程的进行，甚至会使整个生 产瘫痪。因此，方便地维护计算机监控系统的正常运行，在最短时间内排除它的故 障成为计算机监控系统的重要特点。 ( 4 ) 过程量采集及输出 计算机监控系统的一个突出特点是具有强大的i o 功能，即大量的现场信息要 1 6 东北大学硕士学位论文 第三章监控系统总体方案制定 直接从工业现场采集并送入计算机中。从当前已有的应用来看，有两大类信息： 数据信息， 主要有三种类型的数据输入信号：模拟量输入( a i ) 、开关量输入( s i ) 、脉 冲量输入( p i ) 。模拟量输入通道接受现场连续变化的信息( 如电压、电流、电阻 等) ，其输入经过放大、隔离、模数变换等处理后，变成数字量才能进入计算机。 开关量输入通道接受现场“通断”两个状态信息( 如表示阀门开关、设备启停、刀 闸分合等状态的无触点开关或继电器开关) 。脉冲量输入不是开关状态，也不是连 续变化的模拟量，而是脉冲序列。脉冲量输入通道通常具有计数功能以接受脉冲序 列信息，这种信息有时直接代表某些物理量( 如传递) ，有时是它的累计值表示某 些物理量( 如电量) 。 对应于三种类型的数据输入信号，有三种类型的数据输出信号：模拟量输出 ( a o ) 、开关量输出( s o ) 、脉冲量输出( p o ) 。它们用来控制执行机构，或送 到有关的显示、报警、记录设备中。 图像信息 由于多媒体技术和信息处理技术的进步，近年来，图像信息也进入到工业监测 控制领域，而且起着数据信息不能替代的作用。 ( 5 ) 人机交互 在计算机监控系统中，人机交互的方式比较丰富。特别是复杂、大型、综合、 连续的生产过程中，操作人员要在短时间内接受多个信息，进行分析判断，完成有 关操作，因此要求监控系统具有多种而不是单一的人机交互方式。除常规的键盘、 鼠标、c r t 显示器外，通常还有触摸屏、专用键盘、大屏幕显示、语音等。 ( 6 ) 通信功能 主要是指在监控系统中，计算机与计算机之间、相同类型或不同类型总线之间 以及计算机网络之间的信息传输。在实际应用中，往往有多种类型的多台监测控制 计算机在一起联合工作，这时就需要在计算机之间进行通信，实时、可靠地传递信 息。特别在分级计算机监控系统、分布式计算机监控系统中，通信是一个非常重要 的问题。 ( 7 ) 信息处置和控制算法 在设计计算机监控系统中，信息处理和控制算法的设计、开发、调试是最为核 心的内容，也是最花费时间的工作，它占据了开发调试的大部分工作量。信息处理 和控制算法主要是软件工作，这些软件的开发和编制除了与采用的操作系统、软件 1 7 东北大学硕士学位论文 第三章监控系统总体方案制定 开发工具有关外，还与硬件( 特别是接口部件) 以及生产工艺要求有密切关系。正 因如此，计算机监控系统的软件开发往往难度更大，它要求开发设计人员具有更全 面和广泛的知识【1 。 3 1 3 计算机监控系统的分类 由于计算机监控系统在应用上和构成上的差异，其种类繁多。按系统组成的结 构，计算机监测控制系统可以分成下述四类【1 2 j ： ( 1 ) 直接监控系统 直接监控系统( d i r e c ts u p e r v i s o r yc o n t r o ls y s t e m ) 往往是单机控制系统，由一 台计算机和有关的过程接口以及必要的外围设备组成，完成系统的全部功能。这种 系统比较简单，实用性强，规模较小，较适合于比较简单的对象，是分级系统和分 布式系统的最底层。 ( 2 ) 分级系统 分级或多级计算机监控系统( m u l t i - l e v e lc o m p u t e rs u p e