排烟风机组群的在线状态监测与控制系统
[摘要] 本文介绍排烟风机组群的在线状态监测与控制系统。

通过该系统，实现排烟风机组群的运行状态的实时在线状态监测、故障及时判断和历史趋势分析以及自动联锁控制。

[关键字] 在线状态监测排烟风机组群故障及时判断
1、引言
排烟风机是一种广泛应用于铝电解烟气净化系统的大型关键设备，运行是否正常对于企业的安全生产有着至关重要的意义。

由于铝电解净化系统生产工艺流程的需要，排烟风机需长期连续、高效运转。

这种高速旋转设备在长期高负荷工作状态下就容易出现磨损、窜动、不平衡、轴承超温、振动异常等机械故障。

而对于排烟风机运行状态的判断，则是检查电机和风机轴承座的振动、温度以及电机电流，如果出现异常，则再通过振动趋势图、温度趋势图、电流趋势图等来具体分析判断，同时，如果振动过大、温度过高、电流过高，则需要对排烟风机进行停机处理。

因此建立排烟风机在线状态监测与控制系统，实时在线地进行排烟风机振动、温度和电流参数的监测、判断、报警、联锁控制，有效地防止故障的发生，确保风机长周期安全、可靠、有效地运行，具有重大的经济效益和现实意义。

2、排烟风机在线状态监测与故障诊断原理
排烟风机是铝电解烟气净化系统形成负压的主要设备,它由风机和电机共同组成,其工作原理为：电机与风机通过联轴器联接,电机
启动后,带动风机共同作高速旋转,从而使净化后的烟气从一端抽出,使整个净化系统形成负压密闭运行。

排烟风机的主要结构如图1所示。

排烟风机的在线状态监测通常是指通过测定设备的振动、温度、电流等特征参数，来判断其状态是否正常。

排烟风机组群的在线状态监测对象是8台排烟风机，监控信号是每台排烟风机的4个振动加速度信号、五个温度信号、1个电流信号和1个联锁开关控制信号。

每台排烟风机的结构与监测点分布如图2。

图2 排烟风机振动、温度监测点分布图
图2所示为排烟风机在线状态监测系统中传感器的安装位置，其中监测点1、2、3、4为加速度和温度监测点，安装于电机轴承座外壳和风机轴承座外壳，采用罗克韦尔自动化公司生产的9200a 加速度和温度多功能传感器；监测点5为温度监测点，安装于电机内部定子绕组间，负责测量电机定子三相绕组的温度，采用性能稳定、安装方便的pt100热电阻。

1个电机逻辑控制回路接收的电流信号。

当发生联锁时，系统将输出联锁开关控制信号自动停止排烟风机。

根据排烟风机在线状态监测和保护的要求，以及监测点的安装位置，系统的控制信号共有9路，分别为：电机轴承振动超限报警、跳闸；风机轴承座振动超限报警、跳闸；电机轴承温度超限报警、跳闸；风机轴承座温度超限报警、跳闸；排烟风机进口压力超限报警。

根据实时在线可靠的监测数据，以及不同时段内的趋势数据，可以有效的判断排烟风机的状态，及时作出报警、连锁跳闸等动作。

同时通过对轴承座的振动加速度、温度、电流数据和趋势图的分析，进行故障原因的分析与判断。

3、排烟风机组群状态监测系统的构成与功能
排烟风机组群的在线状态监测与控制系统的构成如图3所示。

该系统由振动数据采集模块、温度数据采集模块、在线状态监测及故障分析上位机和plc控制系统四部分组成。

xm-120振动检测模块完成排烟风机振动加速度的在线实时数据采集与超限报警；xm 361温度检测模块是6通道的温度检测模块，完成排烟风机电机、风机轴承座以及电机定子绕组的温度在线实时数据采集与超限报警；plc控制系统完成排烟风机电流、温度、振动信号的连续实时数据采集、联锁信号处理与故障跳闸动作；故障检测分析上位机从现场检测装置接收实时在线数据，完成排烟风机状态监测、故障报警以及报表生成与打印，并将实时数据存储在数据库中。

图3 排烟风机组群在线状态监测系统结构图
3.1硬件系统
3.1.1加速度和温度多功能传感器
加速度传感器是把被测设备的机械振动量（加速度）准确无误地接收下来，并将此机械量转换成电信号输出，实现机械能到电能的转换。

传感器选用恩泰克公司的加速度和温度多功能传感器,型号为9200a。

该传感器可以同时测量温度和振动。

3.1.2数据采集系统
3.1.2.1xm在线监测及保护数据采集系统
xm-120振动监测模块是一种双通道振动监测模块，可用于监测旋转机械的轴振，壳振或轴承座的振动。

模块的每个通道均可提供
4-20ma电流输出。

3.1.2.2xm-361通用温度模块
xm-361是六通道的智能温度监测模块，每个通道可以单独设置热电阻或热电偶传感器模式。

模块的每个通道均可提供4-20ma电流输出。

3.1.2.3xm-500 网关模块
xm-500 网关模块建立起xm-120和xm-361模块与上位机的数据通信，实时将模块的数据传输至上位机进行处理。

3.1.2.4plc 5控制系统
plc控制系统从振动监测模块、温度监测模块以及电机逻辑控制回路接收的信号，并将接收到的信号转换为控制系统需要的信号，编程实现排烟风机的自动连锁控制，当设备故障时自动停止设备。

3.1.4在线状态监测及故障分析上位机
在线状态监测及故障分析上位机从xm模块及plc控制系统接收实时数据，实现排烟风机的故障及时判断和历史趋势分析。

并利用rslinx软件的opc连接，实现与上层管理软件的连接。

3.2软件系统
排烟风机组群在线状态监测与控制系统由管理级软件rsview32、编程控制软件rslogix5、串口组态软件、通信软件rslinx组成。

rsview32设计的排烟风机组群在线状态监测系统，根据排烟风机
的结构绘制状态监测工艺图，实时显示排烟风机的振动、温度、电流等动态信息、历史趋势图、以及异常语音报警等。

并将温度、振动、电流等动态信息存储于sql server数据库中。

工艺参数设定界面给值班人员提供输入修改工艺参数的窗口，使有关动态/静态性能指标满足设计要求。

用编程控制软件rslogix5编写的程序安装于计算机监控系统的下位机中，信号回路控制模块采集和处理xm模块输出的的模拟量输入信号以及电流变送器输出的电流信号等，并根据振动、温度及电流信号值来完成排烟风机的故障保护。

串口组态软件完成xm-120振动监测模块和xm-361通用温度模块的参数设置以及组态信息设置。

排烟风机组群的在线状态监测与控制系统由在线状态监测及故
障分析上位机、通讯网络、plc5控制系统及现场检测装置组成。

在线状态监测及故障分析上位机主要负责对8台排烟风机运行情况及参数的监控，进行参数与状态的显示及修改，运行记录及报表打印，实时通讯，并能实现远程对各控制单元内设备的操作；通讯网络负责在线状态监测及故障分析上位机与现场检装置间的信息传递，保证整个系统正常工作；现场检测装置是排烟风机组群实时状态监测系统的终端环节，它直接与加速度和温度多功能传感器、电流变送器等现场设备相连接，既独立监控现场设备，又检测温度、电流、振动等参数，完成数据的采集控制，又可通过通讯网络将采集的参数传送到上位机，并接受上位机的指令完成各种操作。

3.3系统应注意的问题
本系统对于排烟风机的不良状况均能及时进行报警及故障跳闸处理，需要注意的是对于排烟风机风机端、电机端的振动和温度信号的报警、跳闸的设置尤为重要。

总结实践经验，并结合排烟风机状态监测及保护的要求，排烟风机处于稳定状态时，电机及风机轴承座的振动报警指标为4.6mm/s，振动跳闸指标为6.3 mm/s；温度报警指标为环境温度+40℃，跳闸指标为超过80℃；电流报警指标为27a，跳闸指标为大于额定电流。

4、结束语
在线状态监测与控制系统由传感器系统、数据采集系统、plc控制系统和在线状态监测及故障分析上位机组成。

其特点有：1、通过在线状态监测及时掌握设备运行状况，实现对设备运行状态的动态管理。

2、应用在线状态监测与控制技术，实现排烟风机故障及时判断和历史趋势分析以及自动连锁控制，当设异常时自动停止设备，避免事故发生。

3、逐步从计划检修向状态检修转换，实现经济效益最大化。

4、提高了设备运转率，减少岗位操作人员的劳动强度，延长了设备的使用寿命，减少工作量。

参考文献：
[1] 陈长征等，设备振动分析与故障诊断技术，北京：科学出版社。

2007.
[2] 高勇，风机实时在线监测系统，钢铁行业icm应用手册，罗克韦尔自动化公司，2007，20-22.
[3] xm机组监测和保护系统，罗克韦尔自动化公司.
[4] icm产品选型手册，罗克韦尔自动化公司.
[5] 丁吉林等，大型预备槽生产实践，云南铝业股份有限公司内部资料.。