CN101752833A - 一种状态监测保护装置 - Google Patents

Abstract

一种状态监测保护装置，属测量领域。包括传感器，其特征是所述的状态监测保护装置为一个三线制环路的双通道变送器，其将传感器***采集到的瓦壳振动信号转化为相对应的4～20mA信号，该信号可直接输出到故障诊断***、DCS***、无纸记录仪和/或设备监测仪表；所述的状态监测保护装置经数据接口与上位机进行数据通讯，用户可通过上位机对状态监测保护装置进行组态编程，也可通过机箱外置继电器模块灵活选择继电器保护的逻辑方式。其可将传感器***采集到的信号转化为标准仪表信号，且具备智能数据分析/处理功能，具备远程通讯功能，可广泛用于各种瓦振(速度/烈度)监测***的测量/监控领域。

Description

一种状态监测保护装置

技术领域

本发明属于测量领域，尤其涉及一种用于大型运转机组的状态监测保护装置。

背景技术

现代化工业大生产的装备***具有连续、高速、复杂、大型、自动化程度高等特点，因此当其发生非预知性故障时，会造成巨大的停机损失。若做到预知性维护，可使设备***实现高效、安全、可靠、低成本运行。

设备故障通常可分寿命性故障和偶发性故障两种。

设备在允许的工作条件下运行时产生均匀磨损，磨损量超过规定值时将发生寿命性故障，这种故障发生时间通常可以预测，可通过定期更换、修理、改造来恢复其能力。

因设备工作条件变化而引发的故障称之为偶发性故障。偶发性故障发生的时间是随机的，无规律可言，但其往往始于设备工作条件的异常，所以可以通过监测设备状态、控制工作条件、及时采取有效措施来预防故障的发生或扩大。

设备在运行过程中，上述两种故障通常是并存的。

寿命性故障取决于设计意图和制造水平，以正常工作条件为基础；偶发性故障是设备工作条件改变使设备处于异常工作状态而使设备磨损加速的结果，磨损的速度取决于异常状态的程度。

设备运行状态监测，通常是指采取有效方法并选择合理部位对能代表设备正常运行状态的参数进行监测，一旦所测参数实际值超过允许值，则视为运行异常。

设备运行状态出现异常时，可根据异常表现形式、异常参数值及其它参数值、设备工作原理等判断异常工作部位和产生原因，然后采取相应措施使设备恢复正常运行状态或排除已发生的故障。

振动速度传感器，可用于对轴承座、机壳或结构相对于自由空间的绝对振动测量。其输出电压与振动速度成正比，故又称速度式振动传感器。其输出可以是速度值的大小，也可以是把速度量经过积分转换成位移量信号输出，这种测量可对旋转或往复式机构的综合工况进行评价。

机械上最普遍的振动问题，大多数都源于在转子上。如不平衡、不对中、摩擦等等。然而对于有些机械，轴的振动几乎被完全传到轴承壳上，在这种情况下，测量轴承壳的振动(利用安装在机壳上的速度传感器进行测量)，对于机械的综合工作，可以提供有意义的信息。这些机械包括：具有滚动轴承的机械和具有油膜滑动轴承的机械。

速度传感器的基本测量原理：如果有一导体作切割磁力线运动，它会产生一个与运动速度成正比的电动势，振动速度传感器就是按这个原理工作的。

为了满足测量以及观察的需要，有时我们需要振动速度传感器输出位移-电压信号，这就需要采用积分器将振动速度传感器的振动速度值信号，通过一次积分运算转换为位移值信号，将加速度传感器的振动加速度值信号，通过两次积分运算转换为位移值信号。

迄今为止，在电力(火/水电厂)、石化、冶金等大型旋转机械设备行业，国外/国内厂家在测量速度、加速度振动***方面研究/生产过不同类型的测量设备，但这些设备绝大多数都是将采集到的传感器输出的瓦振信号进行单纯的放大/远传，送到位于控制室中的中央监控装置，再由中央监控装置进行信号的规整/转换，提供给运算/控制模块或单元，进行相应的计算、控制、监测或数据记录，由于测量数据在传输过程中是非标准量信号，遇到线路长或现场电磁干扰大的情况，所传输的模拟量测量信号会发生较大的失真/变形，严重时甚至会造成监控***误动作；同时，由于传输的是非标准量信号，给后续仪表、装置的接口匹配带来了困难，增加了中间的信号规格匹配环节，既削弱了原有测量信号的强度/精度，又增加了中间环节设备和故障发生点，造成一次性投资费用的增加，也影响大型机组的安全、稳定、长期运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种状态监测保护装置，其可将传感器***采集到的瓦振信号，转化为标准的仪表信号，且具备智能数据分析/处理功能，具备远程通讯功能，能够将速度/加速度振动测量***的传感器输出信号进行D/A变换处理，直接将其输出到故障诊断***、DCS***、无纸记录仪和/或设备监测仪表。

本发明的技术方案是：提供一种状态监测保护装置，包括传感器，其特征是：所述的状态监测保护装置为一个三线制环路的双通道变送器，其将传感器***采集到的瓦壳振动信号转化为相对应的4～20mA信号，该信号可直接输出到故障诊断***、DCS***、无纸记录仪和/或设备监测仪表；所述的状态监测保护装置经数据接口与上位机进行数据通讯，用户可通过上位机对状态监测保护装置进行组态编程，也可通过机箱外置继电器模块灵活选择继电器保护的逻辑方式。

其状态监测保护装置至少包括两个瓦振监测保护通道、输入输出及继电器板、电源模块和显示模块。

其瓦振监测保护通道至少包括速度振动传感器、通道内部积分器、高通滤波器、八阶低通滤波器、振动信号处理和信号输出功能模块。

所述的瓦振监测保护通道至少包括一用于控制和数据处理的MCU模块；所述的输入信号经过信号输入模块、共模抑制模块、隔离模块、放大及第一高低通滤模块、积分模块、第二高低通滤波模块、A/D转换模块，送入MCU模块；输入信号经过MCU模块的数据处理后，一路由D/A转换模块输出至电压微调模块，形成电压输出信号；另一路经U/I转换，形成电流输出信号；MCU模块直接输出一路报警信号输出；MCU模块数据处理后的结果，经数据接口与上位机进行数据通讯。

所述的数据接口为RS232接口或RS485接口。

在所述的信号输入、信号输出模块与MCU模块之间，分别设置隔离单元，构成输入/输出信号的全隔离，以提高整个装置的抗干扰能力。

所述的瓦振监测保护通道采用外接速度传感器，其传感器灵敏度为10mv/mm/s至35mv/mm/s。

所述的状态监测保护装置外部采用防水、防爆、防尘式机箱，防护等级达到IP66/IP67。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.在现场直接将速度传感器的输出信号转换为标准的仪表信号，一则可减少传输过程中的信号损失，有利于提高监控***的整体精度，二则方便了后续仪表的接口配套工作，减少了非标设备的数量，有利于整个***的采购、配套、安装、调试、运行和维修；

2.在现场直接进行数据处理并输出智能仪表可以识别的测量信号，大大提高了抗干扰能力，采集信号的可靠性得到提高，亦有助于采用各种高性能、智能化的控制/显示终端，有助于提高整个监控***的硬件/技术水平；

3.采用与上位机通讯/设置的方法/结构，方便了整个***的远程设定/调试/控制工作，既可通过上位机对状态监测保护装置进行组态编程，也可通过机箱外置继电器模块灵活选择继电器保护的逻辑方式，大大提高整个***的设定/调试/控制工作效率。

附图说明

图1是本发明的电路模块结构示意图；

图2是本发明装置的工作流示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1中，本装置的瓦振监测保护通道至少包括一用于控制和数据处理的MCU模块；所述的输入信号经过信号输入模块、共模抑制模块、隔离模块、放大及第一高低通滤模块、积分模块、第二高低通滤波模块、A/D转换模块，送入MCU模块；输入信号经过MCU模块的数据处理后，一路由D/A转换模块输出至电压微调模块，形成电压输出信号；另一路经U/I转换，形成电流输出信号；MCU模块直接输出一路报警信号输出；MCU模块数据处理后的结果，经数据接口与上位机进行数据通讯。

所述的数据接口为RS232接口或RS485接口。

在所述的信号输入、信号输出模块与MCU模块之间，分别设置隔离单元，构成输入/输出信号的全隔离，以提高整个装置的抗干扰能力。

实际实施时，其输入隔离单元可选用ISO-124，其输出隔离单元可选用光/电耦合隔离模块。

采用上述模块结构后，整个的状态监测保护装置为一个三线制环路的双通道变送器，其将传感器***采集到的瓦壳振动信号转化为相对应的4～20mA信号，该信号可直接输出到故障诊断***、DCS***、无纸记录仪和/或设备监测仪表；所述的状态监测保护装置经数据接口与上位机进行数据通讯，用户可通过上位机对状态监测保护装置进行组态编程，也可通过机箱外置继电器模块灵活选择继电器保护的逻辑方式。

其状态监测保护装置至少包括两个瓦振监测保护通道、输入输出及继电器板、电源模块和显示模块。

其瓦振监测保护通道至少包括速度振动传感器、通道内部积分器、高通滤波器、八阶低通滤波器、振动信号处理和信号输出功能模块。

瓦振监测保护通道采用外接速度传感器，其传感器灵敏度为10mv/mm/s至35mv/mm/s。

整个状态监测保护装置的外部采用防水、防爆、防尘式机箱，防护等级达到IP66/IP67，以适应现场的恶劣工作环境。

图2中，给出了整个装置的工作流程图，开始工作后，首先进行***自检，然后进行A/D采样、数字滤波和D/A转换，再由MUC模块进行数值比较和判断，如数值超出设定范围，则输出报警信号，否则进行是否组态的逻辑判断，如是，则进入组态分支模块，否则直接返回A/D采样环节；当组态分支模块执行完毕后，同样返回A/D采样环节。

由于上述各种硬件电路模块、软件工作流程的实现，对本领域的普通技术人员而言，均属现有技术；本领域的技术人员，在充分领会、掌握本发明的发明思路和方法之后，完全可以不经过创造性劳动，再现本技术方案，故相关的具体电路连接关系和工作原理在此不再叙述。

由于本发明采用了上述技术方案，本装置的抗干扰能力得到大大提高，其可以达到的各项指标如下：

1、精度：0.1％

2、最大量程：1000um

3、带宽(高低通)：0～1000Hz

4、报警设定精度：±0.1％

5、报警设定重复性：0.1％

6、电源参纹波系数：＜20mvp-p以内

7、整台仪器额定功率：＜5W，低功耗

8、可以通过上位机和显示板组态

9、输入阻抗：＞30K欧

10、两个通道报警信号可以进行逻辑关系后进行输出控制，大大提高继电器报警的可靠性

11、能通过RS485总线，最多可支持128点同时与上位机通信

12、状态监测保护装置的参数可通过上位机进行组态：

1)、量程、警戒报警值、危险报警值、报警延时时间、报警复位方式等都可以通过上位机组态随时进行更改。

2)、可以在上位机上实时查看监测数据的走势，***自动绘制监测对象的趋势图并可进行保存打印。

3)、接上位机时，***可以自动保存报警事件的具体发生时间，便于使用者进行事故诊断分析。

本发明可广泛用于各种瓦振(速度/烈度)监测***的测量/监控领域。

Claims (8)

1.一种状态监测保护装置，包括传感器，其特征是：

所述的状态监测保护装置为一个三线制环路的双通道变送器，其将传感器***采集到的瓦壳振动信号转化为相对应的4～20mA信号，该信号可直接输出到故障诊断***、DCS***、无纸记录仪和/或设备监测仪表；

所述的状态监测保护装置经数据接口与上位机进行数据通讯，用户可通过上位机对状态监测保护装置进行组态编程，也可通过机箱外置继电器模块灵活选择继电器保护的逻辑方式。

2.按照权利要求1所述的状态监测保护装置，其特征是所述的状态监测保护装置至少包括两个瓦振监测保护通道、输入输出及继电器板、电源模块和显示模块。

3.按照权利要求2所述的状态监测保护装置，其特征是所述的瓦振监测保护通道至少包括速度振动传感器、通道内部积分器、高通滤波器、八阶低通滤波器、振动信号处理和信号输出功能模块。

4.按照权利要求2所述的状态监测保护装置，其特征是所述的瓦振监测保护通道至少包括一用于控制和数据处理的MCU模块；

所述的输入信号经过信号输入模块、共模抑制模块、隔离模块、放大及第一高低通滤模块、积分模块、第二高低通滤波模块、A/D转换模块，送入MCU模块；

输入信号经过MCU模块的数据处理后，一路由D/A转换模块输出至电压微调模块，形成电压输出信号；另一路经U/I转换，形成电流输出信号；

MCU模块直接输出一路报警信号输出；

MCU模块数据处理后的结果，经数据接口与上位机进行数据通讯。

5.按照权利要求4所述的状态监测保护装置，其特征是所述的数据接口为RS232接口或RS485接口。

6.按照权利要求4所述的状态监测保护装置，其特征是在所述的信号输入、信号输出模块与MCU模块之间，分别设置隔离单元，构成输入/输出信号的全隔离，以提高整个装置的抗干扰能力。

7.按照权利要求2所述的状态监测保护装置，其特征是所述的瓦振监测保护通道采用外接速度传感器，其传感器灵敏度为10mv/mm/s至35mv/mm/s。

8.按照权利要求1所述的状态监测保护装置，其特征是所述的状态监测保护装置外部采用防水、防爆、防尘式机箱，防护等级达到IP66/IP67。

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