在線振動檢測系統(tǒng)在凈水廠中的應(yīng)用

（浙江浙大中控信息技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310051）

0 引言

水與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，保障城市的供水安全就成了各水務(wù)公司的重點(diǎn)工作。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種儀器儀表的檢測技術(shù)、自動化技術(shù)、信息化技術(shù)被應(yīng)用到城市凈水廠的生產(chǎn)運(yùn)行管理過程當(dāng)中。凈水廠利用pH 儀、濁度儀、余氯儀等水質(zhì)分析儀表，對凈水廠進(jìn)水、出水及中間生產(chǎn)過程中的水質(zhì)進(jìn)行檢測，經(jīng)過PLC 信號采集模塊和運(yùn)算處理模塊后，將數(shù)據(jù)傳輸至組態(tài)軟件人機(jī)界面中，對生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，以此來確保供水水質(zhì)安全。

二級泵房（出水泵房）作為凈水廠的配水輸送環(huán)節(jié)，如何讓水泵機(jī)組正常、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，是保障供水水量的關(guān)鍵。隨著設(shè)備制造水平和安裝工藝精度的不斷提高，水泵機(jī)組運(yùn)行因振動而產(chǎn)生的故障率大大降低，但由于設(shè)備運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，設(shè)備的日常檢修過程也會對機(jī)組原有的安裝精度造成影響，設(shè)備振動仍會影響機(jī)組的正常運(yùn)行。

在線振動檢測系統(tǒng)可以將水泵機(jī)組的振動數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸至凈水廠的自動化監(jiān)控系統(tǒng)中，當(dāng)振動幅值超過正常運(yùn)行設(shè)定值時系統(tǒng)報(bào)警，并指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)行人員進(jìn)行配泵切換。通過專業(yè)的振動檢測分析軟件，對水泵機(jī)組的健康狀況進(jìn)行預(yù)測，為設(shè)備檢修提供依據(jù)，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

1 振動檢測系統(tǒng)原理

振動檢測主要是對振動量和系統(tǒng)振動特性進(jìn)行測量，振動量包括振動幅值、振動頻率和相位。系統(tǒng)振動特性是指系統(tǒng)的阻尼系統(tǒng)、固有系統(tǒng)、固有頻率和動態(tài)響應(yīng)等[1]。水泵的振動檢測主要是對振動量進(jìn)行測量，即對水泵的振動位移幅值、振動峰值、振動頻率進(jìn)行測量，必要時進(jìn)行頻譜分析。振動測量方法按照振動信號轉(zhuǎn)換的方式可分為電測法、機(jī)械法和光學(xué)法。電測法是將被測對象的振動量轉(zhuǎn)換成電量，然后使用電量測試儀器進(jìn)行測量。電測法因其靈敏度高，頻率范圍及動態(tài)、線性范圍寬，便于分析和遙測水泵的特性，成為目前使用最廣泛的方法，其測量原理框架如圖1 所示。

2 振動檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

南方某凈水廠進(jìn)行了升級改造，拆除了原有的出水泵房并新建了出水泵房，配備了5 臺水泵，日供水規(guī)模為250 000 t。

圖1 振動測量系統(tǒng)電測法框架圖

每臺水泵機(jī)組設(shè)置4 個振動檢測點(diǎn)，分別為電機(jī)驅(qū)動端軸承水平檢測點(diǎn)、垂直檢測點(diǎn)、水泵驅(qū)動端軸承水平檢測點(diǎn)、垂直檢測點(diǎn)，檢測點(diǎn)采用加速度傳感器將振動信號引入振動監(jiān)測模塊。為減少電纜長度帶來的振動信號衰減，每臺水泵機(jī)組單獨(dú)配置振動監(jiān)控箱，振動檢測模塊與機(jī)組就近安裝。振動檢測模塊通過以太網(wǎng)接入自動化控制系統(tǒng)局域網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)與自動化控制系統(tǒng)的通信功能，為上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提供機(jī)組振動實(shí)時數(shù)據(jù)[2]。設(shè)置一臺振動分析和管理計(jì)算機(jī)，安裝Emonitor 4.0 振動分析診斷軟件。在線振動檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

振動檢測系統(tǒng)采用Rockwell 公司的Dynamix 1444 在線振動檢測系統(tǒng)，該產(chǎn)品滿足API 標(biāo)準(zhǔn)第670 號。Dynamix 1444系統(tǒng)的測量模塊具有四路模擬量輸入（主要用于測量振動信號）和兩路TTL 輸入（用于測量轉(zhuǎn)速信號）。同時，還可以通過增加擴(kuò)展模塊的方式，來增加TTL 輸入、模擬量輸入及開關(guān)量輸入輸出。模塊可支持SD 卡外設(shè)存儲，并能提供振動異常時間及其前、后時間的振動值及頻譜，便于進(jìn)行事故分析，查找事故原因。監(jiān)測模塊支持DIN 導(dǎo)軌安裝，該模塊必須在AB Logix 平臺下使用。

振動傳感器選用1443-ACC-GP-T 型加速度傳感器，該傳感器具有高靈敏度（100 mV/g）、頻率響應(yīng)范圍寬（最高分析頻率可達(dá)到19 kHz）、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，且體積小巧、安裝方便，能滿足苛刻的現(xiàn)場環(huán)境和工作條件要求。根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，傳感器的安裝可分為螺栓固定安裝、環(huán)氧黏合劑粘貼安裝、磁力安裝和便攜快速安裝4種。該凈水廠采用環(huán)氧黏合劑粘貼安裝的方式，如圖3 所示。為了得到較高的頻率響應(yīng)，限制并消除額外的高峰信號，可將安裝位置的表面銑平，然后用環(huán)氧黏合劑來安裝襯墊，待黏合劑干涸后，涂上油漆以防腐蝕。為降低干擾，傳感器連接線纜為幾種固定長度，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際安裝距離進(jìn)行選擇。

3 振動檢測系統(tǒng)的應(yīng)用

Dynamix 1444 在線振動檢測系統(tǒng)通過AB CompactLogix 1769系列PLC 進(jìn)行組態(tài)調(diào)試，可以將其接入原有的自動化監(jiān)控系統(tǒng)中，同時其也是一個完整的子系統(tǒng)，可獨(dú)立運(yùn)行。AB CompactLogix 1769 系列PLC 是一款專業(yè)、通用的工業(yè)控制器，可以與各種主流型號PLC 及上位機(jī)組態(tài)軟件進(jìn)行通信。因此，該在線振動檢測系統(tǒng)能和自控系統(tǒng)進(jìn)行無縫連接和數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)配置的測量通道可以根據(jù)機(jī)組實(shí)際需求進(jìn)行靈活組態(tài)，振動和擺度測量模塊為24 位A/D 轉(zhuǎn)換器，檢測精度能達(dá)到滿量程的0.01%。

凈水廠上位機(jī)監(jiān)控軟件采用GE iFIX 5.8 組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)對全廠生產(chǎn)單元在線檢測儀表、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)的監(jiān)控，也將在線振動檢測系統(tǒng)機(jī)組振動數(shù)據(jù)及報(bào)警狀態(tài)采集到系統(tǒng)中。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以設(shè)置振動數(shù)據(jù)的報(bào)警值，當(dāng)檢測到振動數(shù)據(jù)超出所設(shè)定的報(bào)警值時，系統(tǒng)通過聲光報(bào)警提醒操作人員重點(diǎn)關(guān)注機(jī)組的狀態(tài)，必要時進(jìn)行人工停、換機(jī)操作，當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重的振動故障時，PLC 控制系統(tǒng)可自動停止機(jī)組運(yùn)行，以免造成更加嚴(yán)重的后果。所有的振動數(shù)據(jù)及報(bào)警狀態(tài)都保存到上位機(jī)的工業(yè)歷史庫中，便于管理人員對機(jī)組振動狀態(tài)進(jìn)行簡易分析和判斷，更專業(yè)的數(shù)據(jù)分析將在振動分析管理軟件Emonitor 4.0 中實(shí)現(xiàn)。

圖2 振動檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總圖

圖3 振動傳感器安裝

圖4 Emonitor 4．0 頻譜分析

Emonitor 4.0 具有完整的網(wǎng)絡(luò)功能，支持OPC 技術(shù)，可以同時作為OPC 服務(wù)器和OPC 客戶端，支持多種數(shù)據(jù)庫，包括ORACLE，SQL Server，MySQL 等，支持ODBC 數(shù)據(jù)庫連接，并能與編程軟件和其他專業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件共享數(shù)據(jù)庫。可以通過權(quán)限保護(hù)功能對所使用的畫面、命令、標(biāo)簽等進(jìn)行不同的限制，確保所有的操作人員只能在其自身權(quán)限內(nèi)操作。

Emonitor 4.0 通過其豐富的組態(tài)功能，按照需求顯示振動的歷史趨勢、平均趨勢、頻譜、三維譜、瀑布圖和時域波形等。對顯示的頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜積分和微分、趨勢預(yù)測、頻帶趨勢、頻譜/頻率段報(bào)警以及報(bào)警頻率等的診斷。根據(jù)診斷結(jié)果，生成相應(yīng)的交互式報(bào)告、幅值超限報(bào)告、頻帶超限報(bào)告、頻譜超限報(bào)告、用戶自定義報(bào)告以及診斷報(bào)告，如圖4 所示。診斷報(bào)告能精確地分析出各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的問題，例如發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子不平衡、不對中、軸承損壞、機(jī)架松動、軸彎曲、軸裂等故障，為現(xiàn)場的運(yùn)行和維護(hù)人員提供機(jī)組運(yùn)行時各種可能出現(xiàn)的問題及處理建議[3]。通過診斷報(bào)告，可以及早發(fā)現(xiàn)機(jī)組存在的隱患，準(zhǔn)確定位故障原因，有針對性地制定維護(hù)保養(yǎng)和維修計(jì)劃，從而大幅減少設(shè)備的維修時間和維修費(fèi)用，提高設(shè)備的完好率和利用率，保障凈水廠的供水安全。

4 結(jié)語

在線振動檢測系統(tǒng)在南方某凈水廠已正常投入使用。以往設(shè)備管理人員一般通過聽設(shè)備運(yùn)行聲音、定時手動測量設(shè)備振幅和溫度等手段來判斷設(shè)備健康狀況，而振動檢測系統(tǒng)的應(yīng)用使其分析手段變得更加專業(yè)、更加科學(xué)、更加準(zhǔn)確、更加及時。