在线振动检测系统在净水厂中的应用

（浙江浙大中控信息技术有限公司，浙江 杭州 310051）

0 引言

水与人们的生产生活息息相关，保障城市的供水安全就成了各水务公司的重点工作。随着科学技术的不断发展，各种仪器仪表的检测技术、自动化技术、信息化技术被应用到城市净水厂的生产运行管理过程当中。净水厂利用pH 仪、浊度仪、余氯仪等水质分析仪表，对净水厂进水、出水及中间生产过程中的水质进行检测，经过PLC 信号采集模块和运算处理模块后，将数据传输至组态软件人机界面中，对生产参数进行实时监控，以此来确保供水水质安全。

二级泵房（出水泵房）作为净水厂的配水输送环节，如何让水泵机组正常、安全、稳定运行，是保障供水水量的关键。随着设备制造水平和安装工艺精度的不断提高，水泵机组运行因振动而产生的故障率大大降低，但由于设备运行环境复杂，设备的日常检修过程也会对机组原有的安装精度造成影响，设备振动仍会影响机组的正常运行。

在线振动检测系统可以将水泵机组的振动数据实时传输至净水厂的自动化监控系统中，当振动幅值超过正常运行设定值时系统报警，并指导生产运行人员进行配泵切换。通过专业的振动检测分析软件，对水泵机组的健康状况进行预测，为设备检修提供依据，保证设备的正常运行。

1 振动检测系统原理

振动检测主要是对振动量和系统振动特性进行测量，振动量包括振动幅值、振动频率和相位。系统振动特性是指系统的阻尼系统、固有系统、固有频率和动态响应等[1]。水泵的振动检测主要是对振动量进行测量，即对水泵的振动位移幅值、振动峰值、振动频率进行测量，必要时进行频谱分析。振动测量方法按照振动信号转换的方式可分为电测法、机械法和光学法。电测法是将被测对象的振动量转换成电量，然后使用电量测试仪器进行测量。电测法因其灵敏度高，频率范围及动态、线性范围宽，便于分析和遥测水泵的特性，成为目前使用最广泛的方法，其测量原理框架如图1 所示。

2 振动检测系统设计

南方某净水厂进行了升级改造，拆除了原有的出水泵房并新建了出水泵房，配备了5 台水泵，日供水规模为250 000 t。

图1 振动测量系统电测法框架图

每台水泵机组设置4 个振动检测点，分别为电机驱动端轴承水平检测点、垂直检测点、水泵驱动端轴承水平检测点、垂直检测点，检测点采用加速度传感器将振动信号引入振动监测模块。为减少电缆长度带来的振动信号衰减，每台水泵机组单独配置振动监控箱，振动检测模块与机组就近安装。振动检测模块通过以太网接入自动化控制系统局域网中，实现与自动化控制系统的通信功能，为上位机监控系统提供机组振动实时数据[2]。设置一台振动分析和管理计算机，安装Emonitor 4.0 振动分析诊断软件。在线振动检测系统结构图如图2 所示。

振动检测系统采用Rockwell 公司的Dynamix 1444 在线振动检测系统，该产品满足API 标准第670 号。Dynamix 1444系统的测量模块具有四路模拟量输入（主要用于测量振动信号）和两路TTL 输入（用于测量转速信号）。同时，还可以通过增加扩展模块的方式，来增加TTL 输入、模拟量输入及开关量输入输出。模块可支持SD 卡外设存储，并能提供振动异常时间及其前、后时间的振动值及频谱，便于进行事故分析，查找事故原因。监测模块支持DIN 导轨安装，该模块必须在AB Logix 平台下使用。

振动传感器选用1443-ACC-GP-T 型加速度传感器，该传感器具有高灵敏度（100 mV/g）、频率响应范围宽（最高分析频率可达到19 kHz）、抗干扰能力强等特点，且体积小巧、安装方便，能满足苛刻的现场环境和工作条件要求。根据现场的实际情况，传感器的安装可分为螺栓固定安装、环氧黏合剂粘贴安装、磁力安装和便携快速安装4种。该净水厂采用环氧黏合剂粘贴安装的方式，如图3 所示。为了得到较高的频率响应，限制并消除额外的高峰信号，可将安装位置的表面铣平，然后用环氧黏合剂来安装衬垫，待黏合剂干涸后，涂上油漆以防腐蚀。为降低干扰，传感器连接线缆为几种固定长度，根据现场实际安装距离进行选择。

3 振动检测系统的应用

Dynamix 1444 在线振动检测系统通过AB CompactLogix 1769系列PLC 进行组态调试，可以将其接入原有的自动化监控系统中，同时其也是一个完整的子系统，可独立运行。AB CompactLogix 1769 系列PLC 是一款专业、通用的工业控制器，可以与各种主流型号PLC 及上位机组态软件进行通信。因此，该在线振动检测系统能和自控系统进行无缝连接和数据传输。系统配置的测量通道可以根据机组实际需求进行灵活组态，振动和摆度测量模块为24 位A/D 转换器，检测精度能达到满量程的0.01%。

净水厂上位机监控软件采用GE iFIX 5.8 组态软件，实现对全厂生产单元在线检测仪表、设备的运行状态与参数的监控，也将在线振动检测系统机组振动数据及报警状态采集到系统中。上位机监控系统可以设置振动数据的报警值，当检测到振动数据超出所设定的报警值时，系统通过声光报警提醒操作人员重点关注机组的状态，必要时进行人工停、换机操作，当出现严重的振动故障时，PLC 控制系统可自动停止机组运行，以免造成更加严重的后果。所有的振动数据及报警状态都保存到上位机的工业历史库中，便于管理人员对机组振动状态进行简易分析和判断，更专业的数据分析将在振动分析管理软件Emonitor 4.0 中实现。

图2 振动检测系统结构总图

图3 振动传感器安装

图4 Emonitor 4．0 频谱分析

Emonitor 4.0 具有完整的网络功能，支持OPC 技术，可以同时作为OPC 服务器和OPC 客户端，支持多种数据库，包括ORACLE，SQL Server，MySQL 等，支持ODBC 数据库连接，并能与编程软件和其他专业数据库软件共享数据库。可以通过权限保护功能对所使用的画面、命令、标签等进行不同的限制，确保所有的操作人员只能在其自身权限内操作。

Emonitor 4.0 通过其丰富的组态功能，按照需求显示振动的历史趋势、平均趋势、频谱、三维谱、瀑布图和时域波形等。对显示的频谱数据进行频谱积分和微分、趋势预测、频带趋势、频谱/频率段报警以及报警频率等的诊断。根据诊断结果，生成相应的交互式报告、幅值超限报告、频带超限报告、频谱超限报告、用户自定义报告以及诊断报告，如图4 所示。诊断报告能精确地分析出各种旋转机械运行状态的问题，例如发现转子不平衡、不对中、轴承损坏、机架松动、轴弯曲、轴裂等故障，为现场的运行和维护人员提供机组运行时各种可能出现的问题及处理建议[3]。通过诊断报告，可以及早发现机组存在的隐患，准确定位故障原因，有针对性地制定维护保养和维修计划，从而大幅减少设备的维修时间和维修费用，提高设备的完好率和利用率，保障净水厂的供水安全。

4 结语

在线振动检测系统在南方某净水厂已正常投入使用。以往设备管理人员一般通过听设备运行声音、定时手动测量设备振幅和温度等手段来判断设备健康状况，而振动检测系统的应用使其分析手段变得更加专业、更加科学、更加准确、更加及时。