離心風(fēng)機(jī)在工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用, 它具有較復(fù)雜的結(jié) 構(gòu)和流體力學(xué)原理, 運(yùn)轉(zhuǎn)過程中某些參數(shù)的微小變化也會(huì)嚴(yán) 重影響風(fēng)機(jī)的外部特性。因此, 在風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下對(duì)這些變 化信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)就顯得十分重要。風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)時(shí)期之后, 內(nèi)部發(fā)生的氣動(dòng)的與機(jī)械的漸變與突變信息如果無法及時(shí) 監(jiān)測(cè)到, 這樣就會(huì)造成風(fēng)機(jī)的帶故障運(yùn)行, 其最終可能導(dǎo)致 十分嚴(yán)重的后果 [ 1]。 為降低工業(yè)生產(chǎn)中使用的 12臺(tái)大型離心風(fēng)機(jī)的故障率 和維修費(fèi)用, 提高風(fēng)機(jī)運(yùn)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(cè)、故障分析和現(xiàn)場(chǎng)控制功能于一體的離心風(fēng)機(jī) 群實(shí)時(shí)在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有重要意義。
一、離心風(fēng)機(jī)常見故障分析 離心風(fēng)機(jī)常見故障主要有機(jī)組振動(dòng)過大、軸承過熱、風(fēng) 機(jī)輸出壓力不穩(wěn)定等問題。風(fēng)機(jī)機(jī)組振動(dòng)故障主要是由于 安裝過程中, 電機(jī)軸與風(fēng)機(jī)主軸的同軸度不高、風(fēng)機(jī)軸彎曲、 軸承磨損等原因造成的。風(fēng)機(jī)振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致機(jī)組工作效率下 降, 產(chǎn)生不必要的機(jī)械損失, 同時(shí)會(huì)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(fēng)機(jī)軸承過熱主要是由于潤(rùn)滑不良、散熱不佳、機(jī)組振 動(dòng)過大造成的, 嚴(yán)重時(shí)可引起軸承燒損, 導(dǎo)致嚴(yán)重的機(jī)械故 障及生產(chǎn)事故。風(fēng)機(jī)輸出壓力不穩(wěn)定主要是由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 不穩(wěn)定、風(fēng)機(jī)葉片磨損等原因引起的 [2- 3] 。
二、離心風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 本狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)對(duì)象為 12臺(tái)離心式風(fēng)機(jī)。為了 實(shí)時(shí)采集到風(fēng)機(jī)的振動(dòng)信號(hào)、軸承溫度信號(hào)、輸出風(fēng)壓力信 號(hào), 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(cè)系統(tǒng)硬 件的下位機(jī)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(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、數(shù)據(jù)傳輸及現(xiàn)場(chǎng)控制 功能。硬件系統(tǒng)的上位機(jī)采用一體化工控機(jī), 型號(hào)為 AW S - 8420, 主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理、信號(hào)處理, 故障診斷等功能。離 心風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如圖 1所示。

三、離心風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件功能
風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件包括上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟 件兩部分。上位機(jī)軟件主要是實(shí)現(xiàn)離心風(fēng)機(jī)群的狀態(tài)參量 和工藝過程參數(shù)的系統(tǒng)設(shè)置、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障診斷、參數(shù)設(shè) 定、文件管理以及上位工控機(jī)和下位 PLC機(jī)之間的通信功 能, 上位機(jī)軟件采用 Delphi8. 0[ 4] 開發(fā)。下位機(jī)軟件主要功 能是負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和現(xiàn)場(chǎng)控制, 軟件采用 STEP7 V5. 2版。風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件功能見圖 2。

四、離心風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通信技術(shù)

1. 風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通信技術(shù)原理。風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠 性不僅與 PLC本身有關(guān), 還與 PLC所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有關(guān)。 基于本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的下位機(jī)采用西門子 S7系列 PLC, 因此, 監(jiān) 測(cè)系統(tǒng)的通 訊網(wǎng)絡(luò)采用 Multiple Point Interface (MPI) 網(wǎng)。 M PI是一種適用于小范圍、少數(shù)站點(diǎn)間的多點(diǎn)通訊網(wǎng)絡(luò), 在 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中屬于單元級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí), 并且具有高可靠性和優(yōu)良 性價(jià)比的優(yōu)點(diǎn)。M PI網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種總線型網(wǎng)絡(luò), 可連 接多個(gè)編程設(shè)備、操作面板和 PLC。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接電纜采用 PROFIBUS電纜, 通訊距離可達(dá) 80m, 如需要更長(zhǎng)的通訊距離 可以通過 RS485中繼器擴(kuò)展, 完全能滿足本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的 要求。 風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) M PI通訊方式的數(shù)據(jù)交換機(jī)制如下: 利用7- PLC和上位機(jī) ( PG /PC)插卡的 MPI口進(jìn)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(shí)現(xiàn) MPI通訊。 2. 風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通信函數(shù)及調(diào)用。在安裝 PRODAVE S7時(shí), 系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)把動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)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(cè)軟件使用到的 PRODAVE庫(kù)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(shí)現(xiàn) PC機(jī)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(jī)與 PLC的連接。 no: 指明建立連接的 節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù), nam e: 設(shè)備驅(qū)動(dòng)器名稱, 如 M PI驅(qū)動(dòng)器的設(shè)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(hào)、PLC 的 CPU 當(dāng)前槽號(hào)、 PLC當(dāng)前的機(jī)架號(hào)。 ( 2) unload_tool。函數(shù) unload_tool用于斷開 PC機(jī)與 PLC的鏈接。結(jié)束程序之前, 必須調(diào)用該函數(shù)斷開 PC機(jī)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(gè)數(shù)據(jù)塊 中從/ no0個(gè)數(shù)據(jù)字開始讀/ am ount0個(gè)數(shù)據(jù)字存放到 PC機(jī) 的數(shù)組變量 / buffer0中。B lockno: 指定 DB塊號(hào); No: 指定寫 入的起始字序號(hào), = 0表示 DBW0, = 1表示 DBW 2; Am ount: 指定寫人多少個(gè)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(jī)的 數(shù)組變量 / buffer, 中給 PLC 的第 / blockno0個(gè)數(shù)據(jù)塊中從 / no0個(gè)數(shù)據(jù)字開始寫 / am ount0個(gè)數(shù)據(jù)字。B lockno: 指定 DB 塊號(hào); No: 指定寫人的起始字序號(hào), = 0表示 DBW0, = 1表示 DBW 2; Amount:指定寫人多少個(gè)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(chǔ)區(qū) (M )的字節(jié)地址; bitno: 指定位存儲(chǔ)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(fù)位 MB變量的位狀態(tài), m bno: 指定 位存儲(chǔ)區(qū) (M )的字節(jié)地址; bitno: 指定位存儲(chǔ)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(dāng)前值, m bno: 指定位存儲(chǔ)區(qū) (M )的字節(jié)地址, bitno指定 位存儲(chǔ)區(qū) (M )字節(jié)的位地址, 范圍為 0~ 7; retwert:為存儲(chǔ)返 回值的緩沖區(qū)地址。 本監(jiān)測(cè)軟件采用靜態(tài)引入方式調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù), 用一個(gè) 專門的 Prodave單元集中聲明要引入的 Prodave S7動(dòng)態(tài)鏈接 庫(kù)函數(shù), 即在 Prodave單元的 interface部分用 External指示字 列出要從動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù) ( w95_s7. dll)中引入的函數(shù)。 3. 風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通信的實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)離心風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信功能, 主要包括以下幾方面 的內(nèi)容。 ( 1)建立風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通信連接。即使用 STEP7軟 件中的 Configuration功能為每一個(gè) M PI網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài) 監(jiān)測(cè)功能, 必須讀取 PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)塊, 把所監(jiān)測(cè)到的狀態(tài)參 量數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī), 再進(jìn)行信號(hào)處理及故障分析, 從而對(duì) 風(fēng)機(jī)的運(yùn)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(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制 功能, 例如風(fēng)機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)的狀態(tài)參量超限聲光報(bào)警和聯(lián)鎖停 機(jī)功能, 需要對(duì) PLC內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)變量寫入數(shù)據(jù), 從而實(shí)現(xiàn)相 應(yīng)的控制執(zhí)行功能。 開發(fā)了面向多臺(tái)離心風(fēng)機(jī)為對(duì)象的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在 分析風(fēng)機(jī)常見故障的基礎(chǔ)上, 構(gòu)建了離心風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的硬 件系統(tǒng); 設(shè)計(jì)了風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的軟件體系。研究了使用 De-l phi工具開發(fā)上位機(jī)軟件, 以 MPI方式實(shí)現(xiàn)上位工控機(jī)與下 位 PLC機(jī)之間通信的技術(shù)。目前, 基于本文技術(shù)原理的離 心式風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已在實(shí)際工程中得到成功應(yīng)用。