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北京ABB貝利工程有限公司 鄭明，宋相儒

作者簡(jiǎn)介

鄭明（1981-），男, 山東濟(jì)南人，工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于北京ABB貝利工程有限公司，主要從事旋轉(zhuǎn)機(jī)械控制保護(hù)及檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)調(diào)試工作。

宋相儒（1978-），男，陜西咸陽(yáng)人，畢業(yè)于華北電力大學(xué)熱工自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)為北京ABB貝利工程有限公司業(yè)務(wù)拓展專員，研究方向?yàn)殡姀S熱工自動(dòng)化及儀表。

摘要：本文介紹了ABB集成化的狀態(tài)監(jiān)測(cè)在發(fā)電廠的典型應(yīng)用，并與傳統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比。指出在工業(yè)數(shù)字化浪潮下，集成化的狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及數(shù)據(jù)挖掘的大勢(shì)所趨。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)設(shè)備；集成化狀態(tài)監(jiān)測(cè)；Symphony Plus

眾所周知，旋轉(zhuǎn)設(shè)備特別是大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備在各個(gè)工業(yè)行業(yè)中占有重要的地位，對(duì)于發(fā)電行業(yè)也不例外。從汽輪機(jī)、磨煤機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵到給水泵等，都離不開狀態(tài)監(jiān)測(cè)。旋轉(zhuǎn)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備連續(xù)的監(jiān)測(cè)和保護(hù)，通過(guò)判斷當(dāng)前設(shè)備的狀態(tài)為預(yù)見(jiàn)和預(yù)測(cè)性維護(hù)提供依據(jù)。圖1所示為汽輪發(fā)電機(jī)軸系的狀態(tài)監(jiān)測(cè)示意圖。

圖1 汽輪發(fā)電機(jī)軸系的狀態(tài)監(jiān)測(cè)示意圖

本文所闡述的集成化狀態(tài)監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)在于“集成”和“狀態(tài)”。業(yè)內(nèi)常說(shuō)振動(dòng)監(jiān)測(cè)，其實(shí)“振動(dòng)”只是狀態(tài)監(jiān)測(cè)里的一個(gè)參數(shù)，只不過(guò)振動(dòng)信號(hào)的復(fù)雜度以及其所能涵蓋的機(jī)械設(shè)備故障的廣度奠定了它在狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的重要性。然而很多情況下，大家都忽略了狀態(tài)監(jiān)測(cè)是一個(gè)整體，是設(shè)備所有狀態(tài)中的一部分，而過(guò)分強(qiáng)調(diào)“振動(dòng)”。進(jìn)一步講，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)作為全廠資產(chǎn)管理及維護(hù)中的一員，與設(shè)備其它狀態(tài)和工藝過(guò)程密不可分。本文所述的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，不僅包含最常見(jiàn)的振動(dòng)信號(hào)，還包括偏心、軸位移、脹差、缸脹、相位等狀態(tài)信號(hào)。[1]

旋轉(zhuǎn)設(shè)備以及其驅(qū)動(dòng)設(shè)備，比如電機(jī)，從工藝上來(lái)說(shuō)都是密不可分的，然而現(xiàn)有的振動(dòng)系統(tǒng)，即使是傳統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，都把振動(dòng)或者狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)與設(shè)備的其它信號(hào)（如運(yùn)行、停止?fàn)顟B(tài)、軸承溫度、定子穩(wěn)定等）人為隔離在不同系統(tǒng)中，形成信息孤島，不利于從整體角度對(duì)設(shè)備和工藝監(jiān)控做出維護(hù)決策。本文所闡述的“集成”理念，不僅指結(jié)構(gòu)集成，而是更深入實(shí)現(xiàn)與DCS的集成，其作為一個(gè)部分納入到電廠的自動(dòng)化管理平臺(tái)，滿足機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、集中控制以及提高綜合自動(dòng)化水平的需要。

下文以華潤(rùn)電力焦作龍?jiān)措姀S（以下簡(jiǎn)稱客戶）為例，介紹集成化狀態(tài)監(jiān)測(cè)在發(fā)電廠的應(yīng)用。客戶要求為引風(fēng)機(jī)、汽動(dòng)給水泵配置狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。ABB提交的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方案與Symphony Plus DCS控制系統(tǒng)完全集成，使得這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息都統(tǒng)一到同一個(gè)控制平臺(tái)，有利于業(yè)主監(jiān)控和事故分析。

ABB提供了2個(gè)控制柜，將A、B側(cè)設(shè)備分散配置，與DCS機(jī)柜一起布置在電子間，共享平臺(tái)真正實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的無(wú)縫銜接及統(tǒng)一管理功能。系統(tǒng)接受兩路交流220V、20A供電電源。每個(gè)機(jī)柜配置兩塊24V DC，10A電源，冗余配置，給卡件和繼電器供電，實(shí)現(xiàn)電源單點(diǎn)故障時(shí)的自動(dòng)無(wú)擾切換，且提供電源失電報(bào)警信號(hào)給操作員站。

每臺(tái)汽動(dòng)給水泵、引風(fēng)機(jī)分別配置以下狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：

超速保護(hù)：采用三取二超速保護(hù)測(cè)量方式。測(cè)量范圍：0～9999rpm。每通道都具有一路4~20mA電流和一路脈沖輸出。報(bào)警信號(hào)和超速停機(jī)信號(hào)分別輸出到繼電器。

鍵相測(cè)量：使用1只傳感器。用作鍵相信號(hào)測(cè)量，用于振動(dòng)分析并提供接口輸出至其他分析儀器，提供參考相位信號(hào)，并能夠?qū)崿F(xiàn)零轉(zhuǎn)速啟停盤車功能。

軸振測(cè)量：設(shè)計(jì)4個(gè)測(cè)量通道。使用4只渦流傳感器及配套的前置器，分別在前、后軸承處X、Y方向監(jiān)測(cè)軸振動(dòng)。每通道都具有一路4~20mA電流輸出。前、后軸報(bào)警信號(hào)分別并聯(lián)后輸出至繼電器。

位移測(cè)量：設(shè)計(jì)2個(gè)測(cè)量通道。使用2只渦流傳感器及配套的前置器，監(jiān)測(cè)大軸位移。測(cè)量范圍：-1.5～＋1.5mm。每通道都具有一路4~20mA電流輸出。報(bào)警信號(hào)并聯(lián)后輸出至繼電器，危險(xiǎn)信號(hào)作與邏輯輸出至繼電器。

減速機(jī)軸振測(cè)量：設(shè)計(jì)4個(gè)測(cè)量通道。使用4只渦流傳感器及配套的前置器，分別監(jiān)測(cè)軸振動(dòng)。每通道都具有一路4~20mA電流輸出。報(bào)警信號(hào)及危險(xiǎn)信號(hào)分別并聯(lián)后輸出至繼電器。

引風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)：設(shè)計(jì)2個(gè)測(cè)量通道。使用2只電動(dòng)式傳感器和監(jiān)測(cè)板，每通道都具有一路4~20mA電流輸出。報(bào)警信號(hào)及危險(xiǎn)信號(hào)分別并聯(lián)后輸出至繼電器。

Symphony Plus的HMI，集成了狀態(tài)分析軟件Analyst。

以上所有狀態(tài)信號(hào)，均由一種類型的卡件處理，即MCM800。它測(cè)量除轉(zhuǎn)速外的所有狀態(tài)信號(hào)，如圖2所示。

圖2 振動(dòng)檢測(cè)模件MCM800

其特性如下：

單一模件實(shí)現(xiàn)完善的狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，滿足大多數(shù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械診斷需求，包括：振動(dòng)、偏心、軸位移、脹差、缸脹等，減少了備件種類和數(shù)量；

一個(gè)模件4個(gè)信道，每個(gè)信道可以獨(dú)立配置為所需的狀態(tài)信號(hào)；

M C M 8 0 0可以作為獨(dú)立系統(tǒng)工作，還可以通過(guò)PROFIBUS和MODBUS RTU接口接入控制系統(tǒng)；

能接受任意類型探頭輸入信號(hào)，精度自校驗(yàn)功能，板載1個(gè)報(bào)警和1個(gè)跳閘繼電器輸出；

既可以與DCS集成，又可以獨(dú)立配置；

連續(xù)的狀態(tài)監(jiān)視和保護(hù)，支持在線診斷功能。

TP800為ABB智能轉(zhuǎn)速檢測(cè)及保護(hù)模塊如圖3所示，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)零轉(zhuǎn)速和控制轉(zhuǎn)速信號(hào)的測(cè)量，并集成硬件超速保護(hù)功能。TP800的超速跳閘、保護(hù)功能具有SIL3安全認(rèn)證。可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的超速保護(hù)功能。它是一款智能型卡件，內(nèi)部集成獨(dú)立控制器，即使與外部控制器的通訊故障，也可以自主工作，實(shí)現(xiàn)安全停車。

圖3 轉(zhuǎn)速檢測(cè)及保護(hù)模塊

快速響應(yīng)：運(yùn)算功能獨(dú)立于主控制器，因此具有快速的響應(yīng)時(shí)間（< 8ms）；

靈活性：參數(shù)可組態(tài)，可根據(jù)需要定制TP800的各種功能；

現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)輸入組態(tài)，保護(hù)功能選擇，保護(hù)設(shè)定值調(diào)整，繼電器輸出編程，帶電/失電選擇；

自動(dòng)超速試驗(yàn)：內(nèi)部設(shè)定的斜坡轉(zhuǎn)速信號(hào)，用于保護(hù)功能試驗(yàn)。

狀態(tài)分析軟件Analyst，為狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析提供強(qiáng)大的圖形工具，獲取機(jī)械和過(guò)程數(shù)據(jù)繪圖。如軸心軌跡、頻譜、時(shí)域、頻域波形圖等各種圖形，幫助分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘深度，提供預(yù)測(cè)性維護(hù)指導(dǎo)，如圖4所示。

圖4 Analyst 分析軟件概貌

華潤(rùn)電力焦作龍?jiān)措姀S2×660MW超超臨界火電機(jī)組工程項(xiàng)目1號(hào)、2號(hào)機(jī)組順利分別于2014年12月和2015年4月通過(guò)168小時(shí)試運(yùn)行，正式投入運(yùn)營(yíng)。是國(guó)內(nèi)唯一兼具供電、供熱的2×660MW超超臨界火電機(jī)組。到目前為止系統(tǒng)運(yùn)行良好，為電廠的穩(wěn)定、安全運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在工業(yè)4.0及國(guó)內(nèi)數(shù)字化電廠建設(shè)的浪潮下，“控制、管理、運(yùn)維”三者之間的鴻溝被逐步填平，最終達(dá)到信息從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到控制層、數(shù)據(jù)分析層、后臺(tái)運(yùn)維、最終反饋到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的閉環(huán)信息流向。所以，能夠消除信息孤島的集成化狀態(tài)監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)此閉環(huán)的前提條件，也將是大勢(shì)所趨。另一個(gè)不容忽視的方向是數(shù)據(jù)挖掘，當(dāng)所有信息都被整合到一個(gè)平臺(tái)后，深度的數(shù)據(jù)挖掘?qū)樯a(chǎn)、運(yùn)維帶來(lái)前所未有的價(jià)值。ABB在歐美市場(chǎng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方面，擁有眾多成功的數(shù)據(jù)挖掘案例，提高設(shè)備可靠性及可用性，從而降低運(yùn)維成本。我們?cè)跔顟B(tài)監(jiān)測(cè)方面依然有很長(zhǎng)的路要走。

參考文獻(xiàn)：

[1] 丁紹輝. 集成化狀態(tài)監(jiān)測(cè)[Z].

摘自2016年《今日自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用在中國(guó)》