离心压缩机组远程监测与诊断系统的研制与应用

淼淼

离心压缩机组远程监测与诊断系统的研制与应用
  空气透平压缩机组和氧气透平压缩机组是南钢气体供应公司的核心设备之一，其安全、可靠运行不仅涉及本厂的经济效益，而且影响到公司其它相关工厂的正常生产。以往常采用定时点检方式进行监测与设备管理，这种方式不能完整记录机组的故障发生、发展过程，也不利于故障分析。因此，有必要利用现代技术对机组进行连续监测。
    当今，电子、传感、自动化、人工智能等得到迅速发展，使得我们有可能对机组的运行工况进行在线监测与记录、分析诊断。另一方面，计算机及网络技术在近10年中飞跃发展，为实现机组基于网络监控与诊断成为可能。南钢气体供应公司与南京东南大学机械工程系对两台空气透平压缩机组和一台氧气透平压缩机组对网络环境下的分布式远程监视诊断系统进行了研究开发。1 分布式设备远程监视诊断系统的构成

    分布式设备远程监视诊断系统的总体构成如图1所示，它由三大子系统组成：本地工况信号采集监测子系统、数据通信网络系统和远程诊断中心。
    本地工况信号采集监测子系统采用PC总线工 控机实现对透平压缩机组的速度、加速度、位移等 振动数据以及压力、温度、流量、电机电流、阀门 开度等状态参量数据实时采集和存盘的功能。根据 机组地理分布特点，1#6000m3／h制氧机配套的4# 空压机、氧气透平压缩机共用一套数据采集监视子系统，采用巡回方式进行信号采集和监视，而距离较远的3#6000m3几制氧机所配套的5#空压机另用一套数据采集监视子系统，三台设备共用一套网络监视诊断子系统。该系统通过光纤网络把现场采集得到的数据远程传输到设备科办公室，使得可以在办公室远程监测压缩机组的运行工况。该系统配备有打印机，可打印机组的状态图形和日常报表等。
    远程诊断中心运行于Windows 2000 Server环境 下，网络数据库为SQLServer 2000，基于IIS5．0和 三层B／S模式，网页文件主要为Asp格式，脚本语 言为VbScript。信号处理方法作成ActiveX控件，以 图形方式显示，网页图形显示所需的机组状态数据 通过RDS(Remote Data Service)从网络数据库 读取。
    数据通信网络系统实现本地工况信号采集监测 子系统得到的数据通过网络转换传送到网络数据 库，以供诊断系统调用，也可供企业ERP／MIS／ DCS等系统调用。
2 系统软件模块与模块功能
    本地工况信号采集监测诊断子系统软件分为信 号采集监视软件、数据传输管理软件和远程监视分 析软件。信号采集监视软件主要负责数据的采集和 现场监视功能。远程监视分析软件的网络数据库所 需的机组运行状态数据由专门数据传输管理软件定 时从下位机读取数据文件传输到上位机，并对数据 文件进行解析，形成机组运行数据库中的临时数 据、历史数据、起停数据、报警数据等，供在线监 视、工况分析和故障诊断使用。为了满足对多设备 的监视分析、诊断和用户管理的需要，设置了系统 管理。本系统主要包括在线监视、工况分析、故障 诊断、数据管理和系统管理等模块。
2．1 在线监视模块
    该模块通过读取机组运行的最新临时数据和短 期趋势数据，以简洁直观的图形方式显示机组的运 行状态。在网页上，通过单击振动测点分布图或者 工艺测点分布图上的测点，进入该测点对应的在线 监视页面。振动测点的监视方法有时域波形、幅值 谱图、轴心轨迹、频率趋势、峰峰值趋势、有效值 趋势、峭度值趋势，工艺测点的监视方法有非振动 趋势图。用户单击不同测点和不同的监视方法，使 得系统能够在本机组不同测点和监视方法中互相切 换。图2为时域波形、有效值趋势监视的网页界 面。
   

2．2 工况分析模块
    机组运行的历史数据、起停数据、报警数据、 趋势数据等为机器的状态分析提供丰富的信息。为 了让用户充分了解机组的各种工况状态和运行状态 发展趋势，本系统提供时域波形、轴心轨迹、幅值 谱图、小波分析、Wigner、倒频谱、谱差、互相 关、互谱估计、Bode、瀑布、频率趋势、峰峰值趋 势、有效值趋势、峭度值趋势、工艺测点的非振动 趋势图等多种稳态和非稳态信号分析方法。用户通 过选择不同数据类型的数据和分析方法，进入不同 的工况分析界面。图3为对数据进行1倍频轴心轨 迹分析、小波分析的网页界面。
2．3 故障诊断模块
    故障诊断模块包括知识库管理和机组故障诊断 两大子模块。知识库管理面向领域专家，它提供一 整套用户开发和管理知识库的手段。知识库在数据 库里以表格的形式存放，该模块提供对知识库表 格、故障树结点和规则库规则查询、创建、修改等 功能。采用良好界面对知识库进行管理，使用户能 方便地对知识库进行扩充、修改和完善，不断地提 高系统故障诊断的性能。它提供基于知识、基于神 经网络等诊断方法，采用群体决策等策略对多专 家、多种诊断方法进行融合，提高诊断的可靠性和 准确率。
    诊断时，用户通过ASP网页访问远程Web服 务器和网络数据库中的诊断知识库和机组数据库。 系统在推理机的作用下，根据激活的规则匹配到的 症状信息，对数据库中的相关数据进行必要的信号 处理，以图形、表格方式显示给用户，便于用户了 解和获取机组的症状信息。同时，系统在诊断过程 中，动态产生推理过程产生的中间结论和机组症状 信息数据，系统根据推理轨迹，在用户要求对诊断 结论解释时，给出诊断结论解释。

图4为诊断过程机组的诊断结论及其解释。
2．4 系统管理模块
    系统管理为系统安全、可靠、高效运行以及升 级、扩展系统功能提供强大的支持。它主要包括几 个子模块：工厂管理、设备管理、日常报表管理、 机组病历管理、用户管理、诊断报告管理等。其中 工厂管理、设备管理为系统的伸缩和扩展提供了方 便，用户管理可以对用户授权，如管理员可浏览一 些受密码保护的网页，并在异地远程操作服务器， 实现系统管理、知识库管理、数据管理、数据备份 等功能。
3 结束语
    在充分考虑设备地理分布特点和计算机网络技 术发展水平的基础上，构建机组数据采集监视系 统，满足现场数据采集实时监视的需要。现场数据 通过数据传输管理软件定时地从下位机传输到上位 机网络数据库，形成机组运行数据库，供远程在线 监视、工况分析和故障诊断调用。在软件设计上， C／S模式与B／S模式有机统一，使得系统易于管理 和扩展。信号采集监视诊断子系统可与工厂局域网 连接，实现企业内部资源共享，保证了机组安全、 可靠运行，为设备的预知维修和杜绝非计划停机提 供事实依据，从而有效地提高企业管理水平，降低 设备的运行成本，增强企业的竞争能力。本系统于 2001年9月以来已运行了一年多，并取得良好的 效益，对指导机组检修、保障设备安全运行，实现 大型设备零故障的目标起到了重要的作用。

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