System zabezpieczenia i monitorowania maszyn wirujcych

Transkrypt

1 Opis systemu Zastosowanie System do zabezpieczenia maszyn i monitorowania ich stanu zapewnia cigły nadzór pracy maszyn wirujcych takich jak turbozespoły, sprarki, dmuchawy, wentylatory, pompy, przekładnie, silniki elektryczne i inne. System oparty jest na pomiarach drga bezwzgldnych obudów łoysk, drga wzgldnych wału, połoenia osiowego wału wzgldnego łoysku oporowym, cieplnego wydłuenia wzgldnego wału, cieplnego wydłuenia bezwzgldnego korpusu, temperatury łoysk, połoenia zaworów i prdkoci obrotowej. System zastosowany do realizacji zadania monitoringu i zabezpieczenia maszyny wirujcej zapewnia na wyjciu sygnały binarne(dwustanowe) od przekrocze zaprogramowanych wartoci progowych w poszczególnych kanałach, standardowe sygnały stałoprdowe oraz szeregowy interfejs cyfrowy RS485 z protokołem Modus RTU lub TCPIP do komunikacji z nadrzdnym systemem sterowania System rozbudowany o realizacje zada diagnostycznych zapewnia cigł akwizycj danych, ich przechowywanie w bazie danych oraz interfejs do sieci Ethernet dla celów komunikacji ze stacj robocz diagnosty poprzez zakładow sie typu LA. Oprogramowanie do akwizycji danych zainstalowane jest w Jednostce Akwizycji Danych, za oprogramowanie diagnostyczne SMM jest instalowane na stacji roboczej diagnosty(komputer klasy PC). Takich stacji roboczych moe by wicej ni jedna i poza diagnost mog one słuy take innym osobom nadzorujcym prac danej maszyny lub grupy maszyn - oprogramowanie SMM moe współpracowa z wieloma Jednostkami Akwizycji Danych, dla jednej maszyny wymagana jest jedna Jednostka Akwizycji Danych. W oparciu o serwer FTP wyposaony w dodatkowe oprogramowanie oraz zabezpieczenie typu firewall moliwy jest zdalny dostp do danych systemu co daje moliwo oceny stanu maszyn przez zewntrzne centrum diagnostyczne. System w sposób cigły mierzy i kontroluje parametry potrzebne do nadzorowania pracy maszyny. Dostarcza w ten sposób wane informacje o takich problemach stanu dynamicznego maszyny jak: Wysoki poziom drga synchronicznych (zwizanych z obrotami maszyny) Ugicie wału Pknicie wału Drgania od niestabilnoci filmu olejowego Przytarcia wirnika Obluzowane czci Uszkodzenie łoyska lizgowego Wystpowanie obcie promieniowych (wewntrznych i zewntrznych, w tym nie osiowoci ) Opis Wszystkie elementy systemu zaprojektowane s zgodnie z wymaganiami norm API670, ISO7919, ISO10816 i innych dziki czemu system moe współpracowa z rónymi systemami automatyki, na przykład systemem sterowania procesem. System złoony jest z kilku rónych elementów składowych, które mona podzieli na nastpujce grupy: czujniki i przetworniki moduły elektroniczne wzmacniacze pomiarowe, zasilacze, moduły przekanikowe, moduł komunikacyjny jednostka akwizycji danych obudowy mechaniczne kaseta 19, szafa 19 akcesoria mechaniczne przepusty kablowe, uchwyty czujników, pancerze ochronne kabli sprzt serwisowy oprogramowanie do akwizycji danych oraz diagnostyczne Grupa czujników i przetworników stosowanych w systemie składa si z : czujników wiroprdowych do bezdotykowego (zblieniowego) pomiaru przemieszcze i drga wzgldnych serii MDS/MDT czujników wiroprdowych dotykowych do pomiaru wydłuenia cieplnego korpusu oraz połoenia zaworów serii LDS/LDT czujników drga bezwzgldnych do pomiaru prdkoci drga (elektrodynamiczny VST i piezoelektryczny VT1 lub przypieszenia drga (/100, AT3/100)obudów łoysk czujników temperatury typu Pt100 i termopara do pomiaru temperatury łoysk 1

2 Typowe konfiguracje obwodów pomiarowych oparte o elementy systemu pokazane s na rysunkach 1 do 7. Pomiar przesuwu osiowego wału dostarcza informacji o połozeniu wału w łozysku oporowym i zapewnia wczesne ostrzeganie w przypadku uszkodzenia tego łoyska. Konfiguracja na rysunku 1 pokazuje pomiar połoenia osiowego wału wirnika w przypadku, gdy cylindryczny kołnierz na wale lub wolny koniec wału znajduj si bardzo blisko łoyska oporowego. Stosuje si wtedy czujnik przemieszczenia wraz z przetwornikiem na wymagany zakres pomiarowy (typowy 2mm). Idealny przypadek mamy wtedy, gdy czujnik obserwuje bezporednio tarcz oporow łoyska. Wtedy realizowany pomiar odpowiada połoeniu tarczy oporowej w obrbie luzu łoyskowego(szczeliny roboczej) łoyska oporowego. dodatkowo zabezpiecza maszyn od ewentualnego nieuzasadnionego zadziałania zabezpieczenia.. lub lub MDT16 MDS AL Logika 2 z 3 alarm alert Rys.1 Połoenie osiowe wirnika W przypadku maszyn krytycznych (turbozespoły, sprarki, ) pomiar przesuwu mierzony jest dwoma lub trzema obwodami pomiarowymi w celach redundancji. Sygnał dwustanowy zabezpieczajcy maszyn (wyłczajcy maszyn) jest wtedy generowany na wyjciu modułu logicznego, realizujcego algorytm 2 z 2 lub 2 z 3. Układ taki Rys.2 Wydłuenie wzgldne wirnika Rysunek 2 pokazuje pomiar wydłuenia wzgldnego wirnika rónic pomidzy bezwzgldnym wydłueniem cieplnym wirnika a bezwzgldnym wydłueniem cieplnym korpusu. W tym przypadku, w zalenoci od kształtu dostpnych na wirniku piercieni pomiarowych, stosuje si czujniki/przetworniki zblieniowe na wiksze zakresy: MDS16/MDT16 dla zakresu 8mm oraz MDS30/MDT30 dla zakresu 12(16)mm. W przypadku kołnierzy pomiarowych w kształcie stoka stosowany jest czujnik. Oczywicie w obu przypadkach pomiarów przesuwu osiowego i wydłuenia wzgldnego czujniki montowane s poprzez uchwyty do korpusu maszyny(stojaka łoyskowego).wzmacniacz pomiarowy zapewnia sygnały wyjciowe dla nadzoru, zabezpieczenia i diagnostyki. 2

3 pomiarowych X i Y oraz o przekroczeniu wartoci progowej parametru S max wspólnego dla obu kanałów (norma ISO 7919). Ponadto dostarcza sygnały wyjciowe dla celów nadzoru i diagnostyki. X Y MDA5 RDM Miernik obrotów w nastawni Rys.3 Prdko obrotowa i znacznik fazy Obwód pomiarowy wg rysunku 3 odzwierciedla sposób pomiaru znacznika fazy oraz prdkoci obrotowej. Czujnik obserwuje rowek na wale. Sygnał z przetwornika przetworzony przez wzmacniacz pomiarowy MDA5 moe by wykorzystany podwójnie: do wywietlania wartoci prdkoci obrotowej w podanym miejscu, np. w nastawni przy pomocy miernika obrotów RDM oraz dla celów diagnostyki poprzez przesłanie jednego impulsu/obrót do wzmacniacza pomiarowego (pomiar kta fazowego wektora drga, pomiar amplitudy harmonicznych czstotliwoci obrotowej) i Jednostki Akwizycji Danych w celu synchronizacji rejestracji danych pomiarowych w całym systemie. Aplikacja pokazana na rysunku 4 zawiera dwa czujniki zamocowane wzajemnie prostopadle na jednym łoysku i współpracujce ze wzmacniaczem pomiarowym skonfigurowanym programowo do pomiaru drga wzgldnych wału. Taka konfiguracja umoliwia pokazanie ruchu dynamicznego wału wzgldem łoyska w postaci trajektorii rodka wału. Zastosowanie kilku układów pomiarowych wg rys.4 (dla kolejnych łoysk maszyny) umoliwi okrelenie linii ugicia wału. Wzmacniacz pomiarowy informuje o przekroczeniach dopuszczalnych (załoonych) wartoci progowych drga wzgldnych w obu osiach Rys.4 Przemieszczenia promieniowe drgania wzgldne wału IOWA VT1 VST3 Rys.5 Drgania bezwzgldne obudowy łoyska 3

4 Schemat pomiaru drga bezwzgldnych w jednym kierunku pokazany jest na rysunku 5. Do realizacji tego zadania mog by wykorzystane dwa rodzaje czujników: czujniki prdkoci drga (piezoelektryczny typuvt1 lub elektrodynamiczny VST3) preferowane dla maszyn z łozyskami lizgowymi lub czujniki przyspieszenia drga (akcelerometry typu /100, AT3/100) preferowane dla maszyn z łozyskami tocznymi. Konfiguracja obwodu wykorzystujca jeden z nazwanych czujników oraz wzmacniacz pomiarowy zapewni standardowe sygnały wyjciowe do nadzoru, zabezpieczenia i diagnostyki. Wielkosci mierzon moe by prdko lub przypieszenie drga. W przypadku maszyn krytycznych, tzn. wanych ze wzgldu na udział w procesie technologicznym lub z powodu duych strat z tytułu nieplanowanego postoju maszyny, standardem jest stosowanie pomiaru drga bezwzgldnych dla jednego łozyska w dwóch kierunkach wzajemnie prostopadłych poziomo(h) i pionowo(v). Konfiguracja wg rysunku 6 prezentuje pomiar wydłuenia bezwzgldnego(cieplnego) korpusu maszyny wzgldem fundamentu w oparciu o czujnik nurnikowy serii LDS z przetwornikiem LDT, współpracujcy ze wzmacniaczem pomiarowym. Identyczna konfiguracja sprztowa stosowana jest do pomiaru połoenia zaworów odcinajcych lub regulacyjnych co pokazane jest na rysunku 7. Wzmacniacze pomiarowe systemu T\C2000 montowane s w kasecie nonej 19 standardu Eurocard 3U/84T.W zaleznoci od iloci obwodów pomiarowych system moe zajmowa przestrze jednej, dwóch lub trzech kaset. Kasety zabudowywane s obudowie zewnetzrnej typu szafa ( typowa ma rozmiary szeroko 600mm x głboko 600mm x wysoko 1 800mm). System zasilany jest z dwóch zasilaczy 230VAC/DC pracujcych w układzie redundantnym. W przypadku uszkodzenia sie jednego z nich drugi przejmuje pełne obcienie. Wymiana uszkodzonego zasilacza moe by wykonana na ruchu. Moduł logiki alarmu 2 z 3 ( 2 z 2 ) opisany wyej dla pomiaru przesuwu osiowego moe byc zastosowany do dowolnego typu pomiaru jezeli dany obwód pomiarowy zostanie podwojony lub potrojony. W przypadku potrzeby realizacji lokalnych odczytów w kasecie(szafie systemowej) moe by zastosowany wielkonałowy moduł wywietlacza PW montowany, podobnie jak wzmacniacze pomiarowe, take w kascecie 19. LDS50 LDT50 Rys.6 Wydłuenie bezwzgldne obudowy LDS75 LDT75 Rys.7 Połoenie zaworu 4

5 LDS25 MDS16 ZACZIK FAZY (PRDKO OBROTOWA) PRZESUW OSIOWY KORPUSU WIRIKA ŁOYSKO OPOROWE LDT25 MDT16 ZASILACZ ZASILACZ MDA 5 O Miernik Systemowy PW TRYB ŁOYSKO alerty/alarmy uszkodzenie toru ZACZIK FAZY Modbus RTU TCP/IP Modbus RTU PRZESUW OSIOWY PRZESUW OSIOWY MIMO RODOWO ZASILAIE POMIAR ZAPIS SYSTEM ZABEZPIECZEIA I ADZORU MASZY TC 2000 Technicad - Gliwice JEDOSTKA AKWIZYCJI DAYCH 32/32 RJ45 Zakładowy diagnosta Rys.8 Konfiguracja i przykładowe rozmieszczenie elementów systemu 5