在线监测技术在大型减速机冷却系统上的应用

李毅

（宝钢股份武钢有限炼钢厂，湖北 武汉 430083）

0 引言

随着传感器设备及技术的发展与普及，对设备状态进行在线监测已得到广泛应用。武钢有限炼钢厂MAN公司450t吊车主起升机构减速机为行星减速机，该设备能否正常运行，不仅关系到高昂的备件费用和生产成本问题，更关系到人命关天的安全问题。而行星减速机的使用寿命和运行温度有直接关系，因此配有减速机润滑油冷却系统帮助减速机散热。一旦润滑油冷却系统发生故障停止运行，将导致减速机温度迅速升高[1]。在此背景下，为实时监测冷却系统的工作状态，增加在线监测系统是保障冷却系统正常运行的重要手段。

1 润滑油冷却系统介绍

润滑油冷却系统是对主卷行星减速机进行散热降温的设备，它由控制系统、油泵电机、散热风机、冷却铜管、过滤器等部分组成。它的工作原理是：油泵电机使行星减速机内的润滑油经过冷却系统油管进行循环，油管与散热的铜管相连，通过散热风机对冷却铜管进行散热。冷却系统有上、下两台油泵电机，可通过转换开关控制两台电机轮流运行[2]。

2 在线监测系统的构成

2.1 在线监测系统的组成框图

图1 在线监测系统组成框图

2.2 在线监测系统各部件安装

在行星减速机润滑油冷却系统的出油管路上设置电子压力变送器，用于监测冷却系统内循环油液的压力。在冷却系统过滤器上设置电子差压变送器，用于监测过滤器两侧的压力差，判断滤芯是否有堵塞情况发生。在冷却系统出油管路上设置电子温度变送器，用于监测冷却系统出油的温度值。在吊车电气室内设置监测系统控制箱，控制箱内包含稳压电源、压力隔离变送器、差压隔离变送器、温度隔离变送器等[3]。在吊车操作室内设置终端显示设备及报警仪。

3 在线监测系统的工作原理

3.1 传感变送器工作原理

压力变送器工作时，高、低压侧的隔离膜片将过程压力传递给油液，接着油液将压力传递到传感器中心的传感膜片上。压力变送器传感膜片是一个张紧的弹性元件，其位移随所受压力的变化而变化，且位移量与压力成正比。在测量绝对压力时，压力变送器在低压侧始终保持一个参考压力。变送器通过传感器两侧的电容极板检测传感膜片的位置，传感膜片和电容极板之间电容的差值被转换为4~20mA的电流输出信号。

差压变送器的工作原理与压力变送器相同，不同的是差压变送器测量的是高、低压侧的压力差值，低压侧不再是始终保持一个参考压力，差值同样被转换为4~20mA的电流输出信号。

温度变送器采用Pt100热电阻作为测温元件，根据热电阻阻值随温度变化而变化的关系，将电阻信号送到变送器模块，转换成与温度成线性关系的4~20mA的电流信号输出。

3.2 终端设备功能介绍

终端设备显示装置采用无纸记录仪，该设备具有高性能32位ARM微处理器，可同时实现8路信号的检测、记录、显示和报警，每路通道可自由设定报警值并提供多种形式数据报表，可通过软件组态接驳多种信号。无纸记录仪配有大容量FLASH闪存芯片可用来储存历史数据，掉电不丢失数据，自带8路继电器报警输出。

报警仪采用与无纸记录仪输出信号匹配的8通道闪光报警器，它通过与无纸记录仪内部的报警继电器连接，可实现异常时的声音和灯光报警[4]。

3.3 在线监测系统电气控制原理

将吊车电气室在线监测系统控制箱内的压力隔离变送器、差压隔离变送器、温度隔离变送器接入DC24V工作电源，各隔离变送器的DC24V电源给现场冷却系统上对应的压力变送器、差压变送器及温度变送器供电。隔离变送器的输入端接入对应的各变送器的输出信号，输出端接入吊车操作室无纸记录仪设备。由于只需监测润滑油冷却系统的压力、差压及油温三个变量，所以只需要使用无纸记录仪RO1、RO2、RO3三个报警通道，分别将这三个通道输出端与报警仪中的三个闪光报警器相连，电气原理图如下图2所示。

图2 在线监测系统电气原理图

工作中，压力变送器、差压变送器及温度变送器分别实时采集润滑油冷却系统的压力值、差压值及油温值，并将测量值转换为电信号，输出4～20mA的电流信号到隔离变送器。这里隔离变送器主要起到两个作用：一是隔离作用，即避免工业现场环境中各种不同的干扰通过不同的耦合方式进入测量系统，使测量结果偏离准确值；二是保安作用，即保护后级无纸记录仪设备的安全，使其免受不安全信号的损害。隔离变送器输出对应的4~20mA的电流信号到无纸记录仪，该设备通过组态设定，将接收到的电流信号再转换为实际的测量值进行显示、记录等，并在测量值达到报警值时控制相应通道的报警继电器动作，使闪光报警器发出报警。

3.4 无纸记录仪组态设定

3.4.1 输入组态设定

在输入组态中，设定通道1为冷却系统压力监测，设定显示位号为中文名称“油压”，设定工程单位为Mpa，设定通道类型为电流，设定信号类型为4~20mA，设定信号量程为4.00~20.00，设定显示量程为0.00~1.00。

设定通道2为冷却系统差压监测，设定显示位号为中文名称“差压”，设定工程单位为Bar，设定通道类型为电流，设定信号类型为4~20mA，设定显示量程为0.00~2.00。

设定通道3为润滑油温度监测，设定显示位号为中文名称“油温”，设定工程单位为℃，设定通道类型为电流，设定信号类型为4~20mA，设定显示量程为0.00~120.00。

3.4.2 记录组态设定

在记录组态中，设定记录模式为循环记录，即当记录仪内最后一个文件记录满时，从第一个文件继续记录，按照新文件替换老文件的方式循环记录历史数据。设定记录间隔为2秒，即每隔2秒记录一次数据。设定触发条件为上电，即记录仪每次上电启动后，自动建立新文件并开始记录数据。设定记录类型为测量实时值，即不做任何筛选和计算[5]。

3.4.3 报警组态设定

在报警组态中，有四种报警类型可供选择：H、L、I、D。H为上限报警，L为下限报警，I为增量报警，D为减量报警。

设定通道01（油压）报警类型为L，报警值为0.2 Mpa，报警继电器设为RO1。当监测到冷却系统循环油液的压力值小于0.2Mpa时，认为冷却油泵没有正常工作，RO1继电器动作，触发报警仪发出声光报警，提示检查冷却油泵工作状态。

设定通道02（差压）报警类型为H，报警值为1Bar，报警继电器设为RO2。当监测到冷却系统过滤器两侧的差压值大于1Bar时，认为过滤器的滤芯有堵塞现象，RO2继电器动作，触发报警仪发出声光报警，提示更换滤芯。

设定通道03（油温）报警类型为H，报警值为80℃，报警继电器设为RO3。当监测到冷却系统出油温度值大于80℃时，认为润滑油温度过高，RO3继电器动作，触发报警仪发出声光报警，提示检查冷却系统散热风机工作状态。

4 结语

在线监测技术在MAN公司450t吊车主卷行星减速机冷却系统上应用后，取得了良好的效果，在操作室内司机可以实时观察冷却系统的油压、差压和油温值。当监测值达到异常时，报警仪会立即发出灯光和声音报警。另外，该设备还具有数据存储功能，可以记录下各监测量的数据和异常报警信息。该在线监测系统的成功应用，彻底消除了人工巡检的弊病，确保了主卷行星减速机在良好的条件下工作，提高了行星减速机的使用寿命和安全性。