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離心風機在工業(yè)中有廣泛的應用, 它具有較復雜的結 構和流體力學原理, 運轉過程中某些參數(shù)的微小變化也會嚴 重影響風機的外部特性。因此, 在風機運轉狀態(tài)下對這些變 化信息進行監(jiān)測就顯得十分重要。風機運轉一個時期之后, 內(nèi)部發(fā)生的氣動的與機械的漸變與突變信息如果無法及時 監(jiān)測到, 這樣就會造成風機的帶故障運行, 其最終可能導致 十分嚴重的后果 [ 1]。 為降低工業(yè)生產(chǎn)中使用的 12臺大型離心風機的故障率 和維修費用, 提高風機運行系統(tǒng)的的可靠性, 研發(fā)集數(shù)據(jù)采 集、狀態(tài)監(jiān)測、故障分析和現(xiàn)場控制功能于一體的離心風機 群實時在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)具有重要意義。
一、離心風機常見故障分析 離心風機常見故障主要有機組振動過大、軸承過熱、風 機輸出壓力不穩(wěn)定等問題。風機機組振動故障主要是由于 安裝過程中, 電機軸與風機主軸的同軸度不高、風機軸彎曲、 軸承磨損等原因造成的。風機振動會導致機組工作效率下 降, 產(chǎn)生不必要的機械損失, 同時會產(chǎn)生較大噪聲污染, 不僅 危害工人健康, 更重要的是此噪聲可以掩蓋其它故障的聲音 顯現(xiàn)。 風機軸承過熱主要是由于潤滑不良、散熱不佳、機組振 動過大造成的, 嚴重時可引起軸承燒損, 導致嚴重的機械故 障及生產(chǎn)事故。風機輸出壓力不穩(wěn)定主要是由于風機轉速 不穩(wěn)定、風機葉片磨損等原因引起的 [2- 3] 。
二、離心風機監(jiān)測系統(tǒng)的硬件構成 本狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測對象為 12臺離心式風機。為了 實時采集到風機的振動信號、軸承溫度信號、輸出風壓力信 號, 采用的傳感器))) 變送器包括溫度傳感器、氣體壓力傳 感器、電渦流位移傳感器和三向加速度傳感器。監(jiān)測系統(tǒng)硬 件的下位機采用西門子 S7- 300系列可編程控制器以及若 干輸入 /輸出模塊, 主要實現(xiàn)信號采集、數(shù)據(jù)傳輸及現(xiàn)場控制 功能。硬件系統(tǒng)的上位機采用一體化工控機, 型號為 AW S - 8420, 主要實現(xiàn)系統(tǒng)管理、信號處理, 故障診斷等功能。離 心風機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的硬件構成如圖 1所示。

三、離心風機監(jiān)測系統(tǒng)軟件功能
風機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的軟件包括上位機軟件和下位機軟 件兩部分。上位機軟件主要是實現(xiàn)離心風機群的狀態(tài)參量 和工藝過程參數(shù)的系統(tǒng)設置、實時監(jiān)測、故障診斷、參數(shù)設 定、文件管理以及上位工控機和下位 PLC機之間的通信功 能, 上位機軟件采用 Delphi8. 0[ 4] 開發(fā)。下位機軟件主要功 能是負責現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和現(xiàn)場控制, 軟件采用 STEP7 V5. 2版。風機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的軟件功能見圖 2。

四、離心風機監(jiān)測系統(tǒng)通信技術

1. 風機監(jiān)測系統(tǒng)通信技術原理。風機監(jiān)測系統(tǒng)的可靠 性不僅與 PLC本身有關, 還與 PLC所處的網(wǎng)絡環(huán)境有關。 基于本監(jiān)測系統(tǒng)的下位機采用西門子 S7系列 PLC, 因此, 監(jiān) 測系統(tǒng)的通 訊網(wǎng)絡采用 Multiple Point Interface (MPI) 網(wǎng)。 M PI是一種適用于小范圍、少數(shù)站點間的多點通訊網(wǎng)絡, 在 網(wǎng)絡結構中屬于單元級和現(xiàn)場級, 并且具有高可靠性和優(yōu)良 性價比的優(yōu)點。M PI網(wǎng)絡拓撲結構是一種總線型網(wǎng)絡, 可連 接多個編程設備、操作面板和 PLC。監(jiān)測系統(tǒng)連接電纜采用 PROFIBUS電纜, 通訊距離可達 80m, 如需要更長的通訊距離 可以通過 RS485中繼器擴展, 完全能滿足本監(jiān)測系統(tǒng)的 要求。 風機監(jiān)測系統(tǒng) M PI通訊方式的數(shù)據(jù)交換機制如下: 利用7- PLC和上位機 ( PG /PC)插卡的 MPI口進行數(shù)據(jù)交換。 PLC之間則通過 MPI口使用不需要組態(tài)連接的通訊方式, 即 通過調(diào)用 PLC的系統(tǒng)功能來實現(xiàn) MPI通訊。 2. 風機監(jiān)測系統(tǒng)通信函數(shù)及調(diào)用。在安裝 PRODAVE S7時, 系統(tǒng)會自動把動態(tài)鏈接庫文件拷貝到 w indow s系統(tǒng)目 錄 system /system 32下, 只要確保 W 95_s7. dll、Kom fort. dll在 系統(tǒng)目錄下, 就可以調(diào)用軟件包提供的各種功能函數(shù) [ 5] 。監(jiān) 測軟件使用到的 PRODAVE庫函數(shù)主要有如下幾種。 ( 1) load _tool( no: byte; nam e: pchar; adr_ table_ type: pchar): integer。函數(shù) load- tool( )的作用是初始化適配器, 實現(xiàn) PC機與 PLC系統(tǒng)初始化鏈接, 程序在讀寫 PLC數(shù)據(jù)前 用該函數(shù)初始化 PC機與 PLC的連接。 no: 指明建立連接的 節(jié)點個數(shù), nam e: 設備驅動器名稱, 如 M PI驅動器的設備名 為 / S7ONLINE0; adr_table_type: 指明地址表入口, 依次為: PLC的 MPI地址、MPI網(wǎng)段的編號、PLC 的 CPU 當前槽號、 PLC當前的機架號。 ( 2) unload_tool。函數(shù) unload_tool用于斷開 PC機與 PLC的鏈接。結束程序之前, 必須調(diào)用該函數(shù)斷開 PC機與 PLC的連接。 ( 3) db_read( blockno: integer; no: integer; amount: pointer; buffer: pointer): integer; 函數(shù) db_read( )的作用是從 PLC第 / blockno0個數(shù)據(jù)塊 中從/ no0個數(shù)據(jù)字開始讀/ am ount0個數(shù)據(jù)字存放到 PC機 的數(shù)組變量 / buffer0中。B lockno: 指定 DB塊號; No: 指定寫 入的起始字序號, = 0表示 DBW0, = 1表示 DBW 2; Am ount: 指定寫人多少個字。
( 4) db_w rite( blockno: integer; no: integer; amount: pointer; buffer: pointer): integer。函數(shù) db_w rite( )的作用是從 PC機的 數(shù)組變量 / buffer, 中給 PLC 的第 / blockno0個數(shù)據(jù)塊中從 / no0個數(shù)據(jù)字開始寫 / am ount0個數(shù)據(jù)字。B lockno: 指定 DB 塊號; No: 指定寫人的起始字序號, = 0表示 DBW0, = 1表示 DBW 2; Amount:指定寫人多少個字。。函 數(shù) mb_setbit( )的作用置位 M B變量的位狀態(tài), m bno: 指定位 存儲區(qū) (M )的字節(jié)地址; bitno: 指定位存儲區(qū) (M )字節(jié)的位 地址, 范圍為 0~ 7。 ( 6)mb_resetbit(m bno: integer; bitno: integer): integer。函 數(shù) m b_resetbit( )的作用復位 MB變量的位狀態(tài), m bno: 指定 位存儲區(qū) (M )的字節(jié)地址; bitno: 指定位存儲區(qū) (M )字節(jié)的 位地址, 范圍為 0~ 7。 ( 7)mb_bittest(mbno: integer; bitno: integer; retwert: poin-t er): integer。函數(shù) mb_bittest( )的作用讀取 MB變量的位狀 態(tài)當前值, m bno: 指定位存儲區(qū) (M )的字節(jié)地址, bitno指定 位存儲區(qū) (M )字節(jié)的位地址, 范圍為 0~ 7; retwert:為存儲返 回值的緩沖區(qū)地址。 本監(jiān)測軟件采用靜態(tài)引入方式調(diào)用動態(tài)鏈接庫, 用一個 專門的 Prodave單元集中聲明要引入的 Prodave S7動態(tài)鏈接 庫函數(shù), 即在 Prodave單元的 interface部分用 External指示字 列出要從動態(tài)鏈接庫 ( w95_s7. dll)中引入的函數(shù)。 3. 風機監(jiān)測系統(tǒng)通信的實現(xiàn)。實現(xiàn)離心風機狀態(tài)監(jiān)測 系統(tǒng)上位機和下位機之間的通信功能, 主要包括以下幾方面 的內(nèi)容。 ( 1)建立風機監(jiān)測系統(tǒng)的通信連接。即使用 STEP7軟 件中的 Configuration功能為每一個 M PI網(wǎng)絡節(jié)點分配地址, 指明 PLC的 M PI地址和 CPU 地址。 ( 2)讀取 PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)。為了實現(xiàn)對風機系統(tǒng)的狀態(tài) 監(jiān)測功能, 必須讀取 PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)塊, 把所監(jiān)測到的狀態(tài)參 量數(shù)據(jù)上傳到上位機, 再進行信號處理及故障分析, 從而對 風機的運行狀態(tài)是否出現(xiàn)故障作出判定。 ( 3)向 PLC寫入數(shù)據(jù)。為了實現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)場控制 功能, 例如風機運行系統(tǒng)的狀態(tài)參量超限聲光報警和聯(lián)鎖停 機功能, 需要對 PLC內(nèi)部存儲區(qū)變量寫入數(shù)據(jù), 從而實現(xiàn)相 應的控制執(zhí)行功能。 開發(fā)了面向多臺離心風機為對象的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。在 分析風機常見故障的基礎上, 構建了離心風機狀態(tài)監(jiān)測的硬 件系統(tǒng); 設計了風機狀態(tài)監(jiān)測的軟件體系。研究了使用 De-l phi工具開發(fā)上位機軟件, 以 MPI方式實現(xiàn)上位工控機與下 位 PLC機之間通信的技術。目前, 基于本文技術原理的離 心式風機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)已在實際工程中得到成功應用。