黔西电厂监测系统技术方案

黔西电厂碎煤机轴承振动温度监测系统改造技术方案 一、概述贵州黔西电厂共有16台碎煤机。碎煤机属于长时间连续运行的旋转机械，其动静结合部分（一般为轴承部分）的温度和振动是能直接反映其运行是否正常的重要指标。当设备温度或振动出现异常时，应采取相应的措施来避免故障加重。目前黔西电厂采用的是组合式振动温度变送器。温度测量运行比较正常，但据用户反映振动监测上准确度不高。针对用户反映的情况，结合现场考察的得到的资料，我们给出以下的整改技术方案。二、原有测振系统存在的问题目前用户反映问题的技术分析：组合式一体化振动及温度变送器由X 水平方向测振、Z 垂直方向测振、轴承温度测量三部分组成。此类变送器在内部封装了两个加速度传感器，加速度信号经窄带滤波及冲击抑制，通过硬件积分电路转换为振动位移量，再经峰峰值运算电路、V/I 变换电路，最终输出与振动位移峰峰值成正比的标准420mA 电流信号。温度测量采用Pt100 铂电阻做传感元件，采用仪表运算放大器、信号调理电路把温度信号传换成4-20mA电流信号。对于温度测量，因为温度是属于变化缓慢的状态量，负责处理Pt100热电阻信号的调理电路结构简单，稳定性易于保证。而对于振动测量，由于传感器元件采用了加速度传感器，而变送器输出信号是反映振动位移幅度峰峰值的电流信号。将加速度信号转换为振动位移信号，需要对信号进行两次积分运算。硬件积分电路具有一定的适用频带，对于碎煤机这类振动工况比较复杂的机械，必定存在一定的误差。而采用加速度传感器进行两次硬件积分得到振动位移，必然累加硬件积分电路的误差，这是振动测量不准确的一个重要原因。振动变送器为保证结构紧凑，必然对信号处理电路和方法进行一定的理想化和简化。除前面提到的两次积分带来误差以外，信号峰峰值运算和4-20mA电流转换电路全部采用模拟电路处理，模拟电路对元件的参数变化较敏感，不可避免的带来误差。总结下来，振动测量误差主要是以下两点：l 硬件积分误差因两次积分造成的误差累积；l 模拟电路对元件参数敏感的特点，带来信号转换的误差三、解决方案介绍我们的技术方案：为解决黔西电厂碎煤机振动和温度监测系统中存在的问题，我们给出相应的解决方案，并从准确性、兼容性、通用性几方面进行说明。3.1如何保证振动监测的准确性3.1.1传感器采用振动速度传感器对于碎煤机这类旋转机械振动的测量和评定，参照振动监测相关国家标准【GB/T6075-3-2001在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动，第三部分额定功率大于15kW额定转速在120r/min至15000r/min之间的在现场测量的工业机器】，对此类机械的振动评估采用一定通频带内（一般为10-1000Hz）的振动速度均方根值，也称“振动烈度”。因为振动速度均方根值是可以直接反映振动能量大小的物理量。对于碎煤机这类采用滚动轴承，振动状态比较复杂的机器，采用振动烈度进行监测最能反映振动实际的强度。在这里我们采用电磁式振动速度传感器监测振动。电磁式振动速度传感器利用线圈在永磁体磁场中相对运动感应出电压信号，该电压信号的大小与振动速度成正比。相比电厂现有的一体化振动温度变送器所采用的加速度传感元件，它具有以下的优势：l 原理、结构简单，无需为其提供电源l 与压电传感器相比，不存在电荷放大器必须考虑的电荷逃逸的问题，也就不存在由此带来的误差因素l 输出信号为与振动速度正比的电压波形，便于振动速度均方根值（振动烈度）的处理，不存在振动加速度、速度、位移之间的转换问题l 即使需要进行振动位移监测，只需在我们的SW4012振动仪表中对传感器输出电压信号做一次积分处理即可，不存在误差的累积，大大减轻硬件积分电路的误差。3.1.2振动信号处理采用专门的数字化振动监测表前面提到，振动变送器因要满足结构紧凑的需要，在信号处理上基本采用模拟电路做简化处理。模拟电路对元器件参数的变化很敏感，影响了信号处理的准确度。所以我们的方案采用专门的数字化振动监测表来处理传感器信号。我们提供的SW4012振动监测表，配合振动速度传感器使用，可以以振动速度均方根值（振动烈度）和振动位移峰峰值（或零峰值）两种形式来监测振动。在目前常见的振动监测仪表中，对振动速度有效值的计算存在两大类方式。一类是测得信号的峰值或绝对平均值，再利用正弦波的波形系数换算为有效值；另一类则是利用专用的均方根值处理元件，按照均方根值的定义得出真有效值。前一种方法属于近似处理，当振动波形不是理想正弦波时，就会有明显的误差；而后一种方法得到的结果是严格遵循振动烈度定义的方法，不存在此类误差。SW4012在处理振动速度均方根值时，就是采用的后一种方法。若用户需要用振动位移峰峰值的方式来测量和评定振动，SW4012可对传感器的振动速度信号进行一次积分处理，得到振动位移量。与一体化的振动变送器相比，首先减少的积分的次数，减小误差；其次，SW4012振动表与一体化的振动变送器相比，信号处理电路的元器件选择、元器件分布空间、电路抗干扰设计的自由度比变送器大，在设计上充分的考虑了电路抗干扰能力。这一点是一体化变送器难以做到的。SW4012振动表以数码管形式提供两路测量数据就地显示，同时也提供与测量值相关的4-20mA电流信号输出。这两路电流输出是采用了专用的数模（DA）转换芯片实现的。SW4012的处理器将测量结果以数字的形式直接传递给DA转换器，DA转换器芯片直接输出420mA的电流信号，除此之外没有添加任何环节的模拟电路，保证电流输出的精度。测量值和420mA电流之间的转换精度可达0.1%。总结以上内容，我们的方案通过 点保证振动监测的准确度l 采用最适于一般工业机械的振动监测评估物理量，振动烈度来进行振动的监测，负荷相关国家标准l 监测振动烈度就直接采用振动速度传感器，无需过多的信号转换l 采用高精度的均方根值处理器件，严格按照振动烈度数学定义处理，不用任何近似处理方法l 420mA信号电流采用高精度电流输出DA转换器，避免模拟电路中元件参数的影响3.2本方案中所采用传感器和振动表具有良好的兼容性SW2000系列的振动速度传感器是一种原理简单，性能可靠的成熟产品，不需要为其提供电源。其输出接口是与振动速度对应的电压波形。除了与我们的SW4012可配合使用以外，与其他厂家的振动仪表甚至epro的MMS6120或bently的3500轴承振动模块也可以配合使用，接线简单明了。SW4012振动监测表除了与SW2000系列振动传感器配合使用以外，也同样兼容其他厂家的振动速度传感器。SW4012具有灵活的传感器接口参数修改设定功能，对不同灵敏度的振动速度传感器，只要在现场通过笔记本电脑修改表内的参数配置，就可以完成传感器的替换。SW4012可自动检测振动速度传感器内部线圈和信号电缆接线的状态，若传感器接线不良，SW4012振动表会判断出该异常状态，并通过面板信号灯或继电器给出警告。这样可避免因接线不良等情况引起误报警或漏报警。3.3通用性SW4012振动表和SW2000振动速度传感器设计上是严格按照机械振动监测和评估的国家标准进行的。【标准GB/T6075-3-2001在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动，第三部分额定功率大于15kW额定转速在120r/min至15000r/min之间的在现场测量的工业机器】引用的标准中，对包括碎煤机在内的工业机器的振动监测和评估都有科学的合理的规定。SW4012振动表和SW2000传感器可以用于碎煤机、磨煤机、给水泵、风机等旋转机械的振动监测。监测点一般选择在旋转机械动静结合部分（如轴承）的静止结构上。3.4振动传感器型号和参数振动信号采用SW2000系列振动速度传感器监测。 型号：SW2003-01-01-10（垂直安装）SW2003-03-01-10（水平安装）该型号传感器工作频率为5Hz-1000Hz，传感器顶部出线，底部采用公制M101的双头螺栓固定。 选型说明： A B C SW-2003-A安装角度/最低工作频率选择 0 1 02.5， 5Hz（垂直安装型）0 3 902.5，5Hz（水平安装型）0 6 0100，10Hz规定以传感器定装面在下方时为0。B接头选择 0 1 安装在顶部0 2 安装在侧面0 3 接线端块在顶部C安装螺栓的选择 0 1 1/4-20UNC（统一标准螺纹）双头螺栓0 2 1/4-28UNC（统一标准螺纹）双头螺栓1 0 M101双头螺栓 15 M101.5双头螺栓3.5监测仪表的型号和参数监测仪表选用SW4012双通道壁挂式振动监测表，该振动表与电动式速度传感器结合，可以以下的几种方式监测水泵电机机壳的振动。VRMS（振动速度的均方根值）：振动烈度SOP（零峰值）：振动幅度SPP（峰峰值）：振动幅度监测仪的设计满足通用的国际标准，如：API670、VDI2056、VDI2059。本监测仪可以单独使用，也可和其它的监测仪一起组成旋转机械监视保护系统，用于对蒸汽轮机、燃气轮机、水轮机、发电机、电动机、压缩机、风机、离心机以及其它旋转机械进行监测保护，其输出信号还可提供给故障分析诊断系统、DCS系统作为机械故障分析和设备状态监视之用。安装在被测物体上的传感器的输出信号与绝对振动速度成正比。SW4012监测仪将两个通道的传感器输入信号分别转换成标准信号（与振动烈度或振动幅度成比例的4-20mA电流）输出。监测仪还具有报警、传感器供电、通道和传感器的检测以及信号滤波等功能。监测仪内置微处理器，可以通过前面板RS232接口设置工作方式和参数和读取所有测量值， 针对黔西电厂的碎煤机振动监测，可根据用户运行需要采用振动位移幅度峰峰值或振动速度有效值两种方式进行振动监测。建议SW4012振动表采用VRMS（振动速度的均方根值）振动烈度的模式，如此选择的理由是：1） 因为电磁式振动速度传感器电压信号直接反映的是振动速度，采用振动烈度的测量模式，可以完全避免振动速度向振动位移的转换运算中引起的误差，保证监测的准确度。2） 振动速度有效值（振动烈度）作为衡量机器振动状况的物理量，可直接反映振动能量的大小。四温度监测工业环境中，温度监测通常使用热电阻或热电偶传感器来实现。热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电阻常用的有两种，Pt100和Cu50，Pt100测温范围是-200500度，Cu50测温范围是-50150度，为保证温度测量有足够的余量,选用STWZP装配式Pt100的热电阻。1、应用通常和显示仪表、记录仪表、电子计算等配套使用。直接测量各种生产过程中的-200C500C范围内液体、蒸汽和气体介质以及固体表面温度。2、特点压簧式感温元件，抗振性能好；毋须补偿导线，节省费用；测温精度高；机械强度高，耐压性能好； 进口薄膜电阻元件，性能可靠稳定。 3、工作原理 热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的。当阻值变化时，工作仪表便显示出阻值所对应的温度值。 4.主要技术参数分度号：Pt100测温范围：-200500C允许偏差：(0.15+0.2%|t|)5.安装方式该系列热电阻中，可以选用如图所示的法兰安装方式。可利用机器上安装一体化振动温度变送器时用到的4个螺纹孔。无需另外为热电阻安装额外加工安装孔。选用专用温度就地显示表，保证显示精度。主要优点如下： 1. 热电阻采用三线制接线方法与热电阻温度显示表连接，消除了接线电缆自身电阻对测量的影响。2. 原有的一体化变送器中，温度以420mA电流的方式送到数显表头，表头显示值会受到温度与电流之间转换精度的影响。选用专用的与Pt100铂热电阻匹配的温度数显表，显示值是表头直接检测热电阻值，通过分度表直接换算的结果，避免了通过电流传输带来的精度问题。五振动监测系统的安装本方案将振动监测和温度监测分开，温度测量因需要将探头深入轴承座，必须利用现有的温度探头安装孔，所以振动传感器则需要避开温度传感器。从现场考察的结果来看，轴承座上的安装空间是比较紧凑的。所以我们在我们的SW2000振动速度传感器系列产品中选择了单个螺钉安装的SW2003型。理想的轴承座垂直方向传感器的位置应位于现有一体化传感器的安装位置，由于此处的安装孔要留给温度探头，所以将垂直传感器的安装位置适当的移动一些，保证不与温度传感器冲突。由于SW2003传感器底部是一个M10*1的螺纹孔，所以只需用焊接的方法将一颗M10*1的螺钉向上垂直焊接在轴承座外壳上，即可完成垂直方向传感器的安装。对于水平方向的振动传感器，安装螺钉的焊接点需回避轴承座上下两部分的结合缝，不影响轴承座本身的拆装即可。振动表的安装：SW4012壁挂式振动监测表采用铸铝外壳，具有IP65的防护等级，自身就具有防尘、防水或油喷溅的能力。在仪表背面有一块安装板，上有直径6mm的安装圆孔。安装时只需现场用角钢制作一个T形安装架，用4套M5系列的螺钉、螺母紧固即可。一个轴承振动温度监测系统的配置表序号名称型号单位数量1电磁式振动速度传感器（水平安装）SW2003-03-01-10只12电磁式振动速度传感器（垂直安装）SW2003-01-01-10只13壁挂式双通道振动监测表SW4012块14振动表设置通信线附件条15振动表组态设置软件光盘张16装配式热电阻STWZP只17温度显示表块1五、供货、施工与技术服务责任卖方应负责完成监测系统的设计，试验，培训，包装，运输，交货及现场安装调试，试运行期间的技术指导及售后服务等。传感器与振动表之间的屏蔽电缆敷设以及监测系统与买方其它设备接线由买方负责，但卖方应按监测系统各设备的质量标准对设备的安装进行指导和监督。在合同执行的过程中，卖方应参加设计交底和设计审查，对买方人员进行技术培训等。买房负责传感器安装螺钉与监测点之间的焊接工作。卖方提供必要的图纸和技术指导。买房负责振动表安装支架的制作和现场固定，卖方提供必要的图纸和技术指导。买方提供带接地线的交流220V电源。附页、主要设备的技术参数说明振动信号采用SW2000系列振动速度传感器监测。 型号：SW2003-01-01-10（垂直安装）SW2003-03-01-10（水平安装）该型号传感器工作频率为5Hz-1000Hz，传感器顶部出线，底部采用公制M101的双头螺栓固定。 选型说明： A B C SW-2003-A安装角度/最低工作频率选择 0 1 02.5， 5Hz（垂直安装型）0 3 902.5，5Hz（水平安装型）0 6 0100，10Hz规定以传感器定装面在下方时为0。B接头选择 0 1 安装在顶部0 2 安装在侧面0 3 接线端块在顶部C安装螺栓的选择 0 1 1/4-20UNC（统一标准螺纹）双头螺栓0 2 1/4-28UNC（统一标准螺纹）双头螺栓1 0 M101双头螺栓 15 M101.5双头螺栓SW4012双通道振动监测仪特点* 双通道振动监测仪，监测非旋转结构物体的振动。* 具有监测仪和传感器自检功能。* 适用电动式速度传感器SW2001或PR9266/、PR9268/等第三方振动速度传感器。*RS232通讯接口用于监测仪组态，也可用于读出监测仪中的测量值，包括信号波形、所选谐波值及其相角。应用SW4012双通道振动监测仪，可以用电动式速度传感器测量振动。传感器输出类型有：VRMS（振动速度的均方根值）：振动烈度SOP（零峰值）：振动幅度SPP（峰峰值）：振动幅度监测仪的设计满足通用的国际标准，如：API670、VDI2056、VDI2059。本监测仪可以单独使用，也可和其它的监测仪一起组成旋转机械监视保护系统，用于对蒸汽轮机、燃气轮机、水轮机、发电机、电动机、压缩机、风机、离心机以及其它旋转机械进行监测保护，其输出信号还可提供给故障分析诊断系统、DCS系统作为机械故障分析和设备状态监视之用。一、功能和原理SW4012为双通道振动监测仪，可以用电动式速度传感器测量固定部分的振动来监测和保护各种类型的旋转机械。安装在被测物体上的传感器的输出信号与其绝对振动速度成正比。SW4012监测仪将两个通道的传感器输入信号分别转换成标准信号（与振动强度成比例的电流和电压）输出。监测仪还具有报警、传感器供电、通道和传感器的检测以及信号滤波等功能。监测仪内置微处理器，可以通过前面板RS232接口设置工作方式和参数和读取所有测量值，也可通过模板后面的RS485总线通讯接口进行远程通讯,以在计算机上进行频谱等数据分析。二、技术参数传感器输入：两个独立的电动式速度传感器输入。输入阻抗：100k输入电压范围：-12+12 V dc测量范围：可用组态软件连续调整。最小动态输入电压：对于100%测量范围311mVPP最大动态输入电压：对于100%测量范围9500mVPP频率范围：101000Hz（参照VDI 12056/ DIN 45666/ ISO3945）提升线圈电流：监测仪为每个传感器提供一个独立带缓冲的提升线圈电流输出，用于补偿传感器线圈因重力造成的机械沉降。这个输出与系统电压以及系统供电电压之间电隔离，开路和短路保护。可设置电流：08mA,可在组态中设置，改变时步长为40A精度：满量程的0.5%/设定值的+0.5%最大允许负载：8mA时3.4 k，2mA时13.6 k。控制输入：两个二进制输入，其中一个控制监测仪的报警功能，用于通道或监测仪闭锁；另外一个控制监测仪在机组起/停机时是否通过一个1.0004.999的因子来提高报警值，避免误报警。监测仪内置上拉电路，采用外部无源接点输入的方式，外部接点短路（接地）时有效，开路时无效。键相脉冲输入：每转一个脉冲，用于系统控制，18V24V电平。输入阻抗：10k脉冲持续时间：最小10微秒三、测量模式利用计算机通过监测仪前面板上的RS232端口对每个通道分别组态，各个通道可组态成不同的测量模式。监测仪可在运行期间变更组态（监测仪功能中断大约15秒）。每个通道的测量模式：测量水平、垂直或轴向方向的振动。VRMS 参照VDI2056SOP、SPP 参照DIN 45666和ISO 3945四、限值检测报警每个通道有两个等级的报警值（分别为预报警限值和紧急停机限值）。报警可以被传感器通道异常或电路故障检测功能闭锁，也可以被一个外部输入闭锁。每次下载新的组态后，报警功能将被阻断15秒。可调整范围：满量程的5%100%分辨率和重复率：满量程的1延时时间：1-2-3-4-5-6秒可选报警触发：在信号上升时有效报警回差：满量程的5%，可调（只在信号值下降时有效）输出方式：以继电器形式通过监测仪后面的端子输出，Umax=35 V dc；Imax=200mA。五、监测仪 / 传感器监测监测仪有通道正常/电路故障检测系统，内部的监测仪监测电路