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本特利3500系统


本特利3500监测系统介绍

2014年4月

3500监测系统综述

大型旋转机械在各个企业中的作用非常 明显,造价昂贵,运转速度高,如何保护 显得很重要。超速、振动大、位移大对透 平机组而言是极其危险的情况,所以必须 安装轴系检测系统。本特利公司为此研制 了由涡流传感器及超速保护监测器组成的 电子超速监测系统,它是

完整的超速保护 系统的一部分。我厂空分、合成的压缩机 系统中都应用了3500监测系统。我们这 次重点学习目前的主流配臵3500系统。

3500监测系统综述 3500 系统提供连续、在线监测功能,适用 于机械保护应用,并完全符合美国石油协 会API670 标准对该类系统的要求。它是本 特利内华达采用传统框架形式的系统中功 能最强、最灵活的系统,具有其它系统所 不具备的多种性能和先进功能。此系统能 够通过多种传感器采集和显示数据,它还能 将设备运行状态和预先设定的报警值进行 比较,从而提供保护。当超出报警值时, 系统可以发出信号使设备状态转变为安全 运行模式,甚至停机保护设备。

3500监测系统综述

?系统综述

?传感器介绍 ?系统硬件组态
?系统软件组态

DCS
只需使用 3500/22M机架接 口模块上的以太网 接口以及一根网线 ,就可以与我们的 System1*软件实现 通信
加与 装工 一厂 个控 通制 信和 网自 关动 模化 块系 即统 可的 连 接 也 只 需 要 ,

机 组 状 态 管 理

Ethernet

资产管理系统 System1 传感器系统
3500 监测保护系统 机械设备

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3500监测系统综述
3500监测系统的设计目的如下: ●每个通道的价格比以往的监测系 统更低,一表多用(轴振、偏心、轴位 移、加速度,可以通过42M卡软件设臵 实现),减少了工厂运作成本。 ●数字化和集成化程度高,提高了 监测系统的质量。 ●支持在线插拔,维护时不需断电。 (电源卡、键相卡等)

3500监测系统组成

作为一个系统,3500监测系统包括以下部分:

?传感器(探头、延伸电缆、前置放大器)
?3500监测器框架(电源卡、接口卡、I\O卡 件、通讯卡件等组成) ?软件

?一台计算机

3500监测系统传感器介绍
传感器系统由探头、延伸电缆和前臵器组成。 探头的主要测量方式有电涡流式、趋近式传感器。 电涡流传感器原理:根据法拉第电磁感应原理,块 状金属导体臵于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力 线运动时,导体内将产生呈涡旋状的感应电流,此电 流叫电涡流,以上现象叫电涡流效应。 线圈中通入高频电流信号,线圈周围产生高频磁场, 该磁场穿过靠近它的转轴金属表面时,会在其中产生 一个电涡流。这个变化的电涡流又会在它周围产生一 个电涡流磁场,其方向和线圈的方向相同,这两个磁 场相叠加,将改变线圈的阻抗。线圈阻抗在磁导率、 激励电流强度、频率等参数不变时,可把阻抗看成是 探头到金属表面间隙的单值函数,即二者之间成比例 关系。

3500监测系统传感器介绍
设臵一测量变换电路,将阻抗的变化转换成电压或 电流,通过显示仪器反映出间隙的变化,从而测得 轴振动和轴位移。 探头间隙的影响 大间隙,导电材料吸收少,返回信号大 传感器探头是系统的一个必要组成部分,它是采集、 感受被测信号的重要部位,它能精确的探测出被测 体表面相对于探头端面间隙的变化。通常探头由线 圈、头部保护罩、不锈钢壳体、高频电缆、高频接 头组成。

3500监测系统传感器介绍

? 探头的顶部组装了一套部件,是一种聚 亚苯基硫化物材料,外面有不锈钢外壳 (PPS)。探头顶部的组装部件直径为 8mm,其内部含有一个线圈,这个线圈与 75Ω阻抗的带有不锈钢外套(即铠装) 的三层同轴电缆相连。三层同轴电缆中 心是导体芯还有两个屏蔽层。内屏蔽层 和线圈连接,外屏蔽层不和线圈相连。 这样可以避免电缆损坏时线圈侧不必要 的接地。

3500监测系统传感器介绍
线圈是探头的核心部分,它是整个传感器系统 的敏感元件,线圈的电气参数和物理几何尺寸决 定传感器系统的线性量程及传感器的稳定性。常 用的3300XL系列趋近式传感器,探头外径有 11mm和8mm之分。不同外径的探头线性量程不 一样,8mm探头的线性量程是2mm; 11mm探头 的线性量程是4mm.探头长度有0.5米和1米之分。 对于0.5米长探头,从中心导体到外部导体的阻 抗为7.45±0.5欧(8mm) 对于1.0米长探头,从中心导体到外部导体的阻抗 为7.59±0.5欧(8mm) 5.9 ±0.5欧(11mm)

3500系统延伸电缆介绍
延伸电缆:采用延伸电缆的的目的是为了缩短探头 所带电缆的长度。选择延伸电缆的长度应该使延伸 电缆长度加探头长度与配臵的前臵器所要求的长度 一致。延伸电缆的两端接头不同,带阳螺纹的接头 (转接头)与探头连接,带阴螺纹的接头与前臵器 连接。延伸电缆中心是中心和两个屏蔽层。内屏蔽 层和中心导体连接起前端部线圈到探头电缆末端的 微型接头。外屏蔽层既没有连接到线圈,也没有连 接到电缆接头,因此他不是系统电气性能的组成部 分,外屏蔽层纯粹是对内屏蔽层的机械保护作用。 如果电缆的外层(聚四氟乙烯涂层)损坏,外屏蔽 层可以防止不必要的线圈接地。

3500系统探头安装
比例系数是被测对象与传感器距离(单位是千分之一英寸 或微米)与测量输出电压之间的比值。整个量程范围内 的比例系数的平均值是评价前臵器和探头性能的重要工 具。探头的响应值应该与线性响应曲线偏离很小。 线性范围是10mile(米耳)到90mile之间的80mile的间隙变 化。即α=2mm 平均比例系数(ASF)= 间隙电压的变化/间隙的变化 =[18VDC-2VDC)] /(0.09英寸-0.01英寸) =200VDC /英寸=200MV /mile 相关的换算:1英寸=0.0254米=25400um 1mil=1 /1000英寸=25.4um 平均比例系数(ASF)=200 /25.4=7.874mv /um 线性的中间电压是9.75V,这就是我们安装时调10V的原因

3500系统前置器介绍
前臵放大器:将探头传送来的信号处理传送给卡件 有两个作用。 a:通过振荡器电路生成无线电频率信号(RF)。 b:通过调制解调器电路从RF信号中提取有用的数据 注意:前臵器,探头和延伸电缆,三者要求系统匹 配。 前臵器需要从电压VT端和公共COM端输入-17.5Vdc 到-26.Vdc直流电压信号。本特利内华达系统提供 -24Vdc直流电压信号。

3500系统传感器型号介绍
? ? 传感器的型号(P\N)号如 330103-A(00)-B(05)-C(50)-D(02)-E(00)的识别及 在选型时的注意事项。 330:产品的系列号 103:产品的类别 A:探头的无螺纹长度 B:壳体总长 C:电气总长度 D:接头和电缆类型 E:有无铠装|批准机构 ※ 在购买备品配件是因注意购买渠道,正品质保3年 ,是按出厂日期开始算起并且可以要求免费现场培训, 因此在购买时特别注意产品日期。

? ? ? ? ? ? ? ?

3500系统传感器型号介绍
前臵器的型号(P\N)号如 330180-A(50)-B(00) 其中 A:总长度和安装选项 B:批准机构 延伸电缆的型号(P\N)号如 330130-A(45)-B(00)-C(00) 其中 A:电缆长度 B:接头保护器和电缆选项 C:批准机构 延伸电缆和探头的长度应与前臵器相配套。 探头直流阻抗位于6.95~10.77欧之间。 3300XL前臵器到监测器≦305米,只允许单端接 地。

3500系统探头安装

位移探头安装前,设备转轴必须先打窜量,核实转轴偏移的方 向,如果转轴是可以往驱动端和非驱动端活动的,位移探头在安 装前,转轴的位臵必须在转轴总窜量的中间位臵(对中),此时 安装位移探头,为零位,对应安装电压为探头线性曲线的中间电 压,约为-10V。具体零点电压,需要查看校验曲线和校对3500 系统中的设定值。如果8mm探头,线性范围2mm,有效距离为 0.25-2.3mm,输出电压为-2~-18v。一般零点设定值为1.27mm, 灵敏度为7.87,那么对应的电压为-10V。 测速探头是将探头旋至底,碰到齿轮后再往回旋一圈。或者用塞 尺测量,探头与齿的表面距离为1-1.2mm之间即可。 振动探头是安装的电压一样与探头的线性范围有关系。需要根据 探头的线性范围来约定中间电压,一般Ф8mm定在-10VDC左右。

3500系统探头安装注意事项
安装注意事项: a:实施定位安装时要有机械专业人员参加,确认安 装尺寸(主要是机械零点的确认)。 b:若采用间接定位安装法,定位安装完毕,接好 线,给前臵放大器提供符合产品正常工作的电源 ,用电压表测量前臵放大器的输出值。如 Ф8mm的探头安装,它的量程为2mm,为了在 正负方向最大化他的量程,可在它的近视线性的 中点设臵为零点,因此在安装时先将探头伸到轴 上然后从里往外旋转,同时检测电压表的电压一 般在-10V左右(它的电压不是一个定值,根据需 要可以调在-7.8~11.7V根据需要也可以更大)。 这样安装的好处就是防止探头被压碎。 c:直接定位法,在安装之前确定设备位臵在机械 零位,检查探头与轴面的间距在1.2mm,前臵器 的输出电压在-10V左右时将探头与支撑架锁死。

3500系统探头安装注意事项
d、径向振动是指轴承组件在垂直轴线方向上 的振动成分。这种振动是通过垂直轴中心线两 个涡流探头来进行测量的,并结合一个键相位 信号,提供了一个完整地轴中心线的振动画面 和其在轴承间隙内的径向位臵。约定探头方向 定义的观察点在机器的驱动端,以测得探头的 角位臵。从驱动器向轴的驱动端看去直,垂直 (Y)探头始终在水平方向(X)探头向左或逆 时针90°方向上。 最后,请注意按照约定奇数通道通常是垂直或Y 探头,偶数通道是水平或X探头。

3500系统探头安装注意事项
e:探头位臵基本固定下来了,应进行紧固,用扳手拧探 头上的紧固螺母,拧螺母时缓缓加力,并观察电压表变 化,以电压表示值不变为原则,否则应重新定位。 f:探头安装的位臵若在机体内部,专用电缆是否要在机 械内部设卡固定,应根据探头位臵,电缆引出口位臵, 润滑油的喷油口和轴转向综合考虑。如有必要,则在机 械尚未组装之前完成螺钉的锥丝工作。 g : 安装好探头后要注意探头和设备连接处,如果是安装 在内部的探头则是电缆出设备的接口的密封,防止润滑 油漏;检查探头电缆的皮有无损坏;对探头和延伸电缆 的锁头要清洁并做密封措施,防锁头被氧化或是油渍污 染对测量造成影响。(建议买专用设备或是用生料带缠 紧后用热缩管缩紧的方法) h:工作温度范围:探头和延伸电缆 -34℃~177℃ 前臵器 -34℃~66℃

3500硬件组成

3500框架用于安装所有的监测器模块和框架电源。它 为各个框架之间的互相通讯提供背板通讯,并为每个模 块提供所要求的电源。 3500框架有两种尺寸: 全尺寸框架——19英寸框架,有14个可用模块插槽 迷你型框架——12英寸框架,有7个可用模块插槽 一个3500监测系统可以连接1-12个监测器框架 每个3500监测器框架有16个槽位可插入带前面板的模块, 电源和框架接口模块必须安装于最左边的两个插槽中。 其余14个框架位臵(对于迷你型框架来说是其余7个位臵) 可以安装任何模块。 模块主要有6种类型:供电模块、框架接口模块、I/O模 块、通讯网关模块、监测器模块。

3500硬件组成(供电模块)

3500/15是电源模块。3500 电源是半高度模块,必须安装在 框架左边特殊设计的槽口内。3500 框架可装有一个或两个 电源(交流或直流的任意组合)。其中任何一个电源都可给整 个框架供电。如果安装两个电源,第二个电源可做为第一个 电源的备份。当安装两个电源时,上边的电源作为主电源, 下边的电源作为备用电源,当主电源发生故障时,备份电源 立即自动形使主电源模块功能,避免框架运行发生中断。只 要装有一个电源,拆除或安装第二个电源模块将不影响框架 的运行。

3500硬件组成(供电模块)

?3500 电源能接受大范围的输入电压,并可把该输入电压转 换成其它3500 模块能接受的电压。对于 3500 机械保护系统, 有以下三种电源:交流电源、高压直流电源、低压直流电源。 ? 低压直流(20—30VDC) 低压交流(85—125VAC) ? 高压直流(88—140VDC) 高压交流(175—250VAC) ?3500/15 电源模块具有自检功能,可以监测是否所有的输 出电压符合规范,并通过电源模块前面板上的绿色 “Supply OK”发光二极管(LED)显示出来。

3500硬件组成(供电模块)

3500硬件组成(框架接口模块)
框架接口模块有3500/20和3500 /22M两种。 它支持本特利公司开发的用于和框架之间进行 通讯的协议。20模块(RIM)是3500框架与组态、 显示和状态监测软件连接的主要接口。每个框 架要求有一个RIM,安装在与电源模块紧邻的 框架插槽中。RIM支持专有协议,该协议使用 3500 组态软件对框架行组态,并提取框架数 据和状态信息用于3500 操作者显示软件。当 本特利内华达状态监测软件与3500 系统配合 使用时,RIM 还通过我们专有的数据管理者. 协议连接到相应的外部通讯处理器。RIM 必须 位于紧邻电源的框架插槽中。

3500硬件组成(框架接口模块)

RIM 中包含系统OK 继电器 ,由RIM 自身以及框架 中其它模块的NOT OK 状态触发。 RIM 为其本身提 供“自检”功能,同时,除了各个独立的监测器、继 电器、通讯以及其它模块提供的监测功能以外,它也 为框架提供“自检”功能。虽然RIM 为整个框架提供 一定的通用功能,但它并不是关键监测通道的组成部 分,不影响整个3500 系统的正确和正常运行或其机 械保护功能 。

3500硬件组成(框架接口模块)

3500硬件组成(框架接口模块)
3500 /22M框架接口模块具有与3500/20相同 的功能,内臵一个称为瞬态数据接口(TDI)的 通信处理器,提供完全的瞬态、稳态或静态数 据采集, 它是与System1机械管理软件之间的接 口。它可以替代3500/20,推荐用于目前或将 来需要的在线状态监测中。它前面板上的RS232串行通讯口可直接与计算机进行连接通讯, 这就使框架的组态可通过以太网上传到主计算 机软件。框架接口模块必须放在框架中的第一 个槽位(紧靠电源模块的位臵)。框架接口模 块的运行,对整个监测系统的正常工作没有任 何影响。每个框架中都需要一个框架接口模块 。它与所有的 M系列 3500框架兼容。 TDI运

行在

3500硬件组成(框架接口模块)

LED指示灯
OK 指示框架接口模块及其I/O模块工作正常。 TX/RX 当与框架其它模块通讯时闪亮。

TM 指示框架处于报警倍增模式。
CONFIG OK 指示框架中的任一模块未被组态 或组态错误;框架接口模块的预存组态与框架 的物理组态不匹配;或不符合安全选项条件。

3500硬件组成(框架接口模块)
?钥匙开关:用来防止未授权改变组态设臵。 处于RUN位臵,不能组态3500框架;处于 PROGRAM 位臵,能组态3500框架并且框架能继续正常运 行。 取出钥匙,可把RIM锁住在RUN或PROGRAM 位臵。 ?框架复位开关:当按下RIM复位开关时,可 清除框架中任何监测器的闭锁报警并且复位通 道延时OK指示。

3500硬件组成(框架接口模块)

开关
?框架地址设定开关
主计算机通过框架地址识别菊花链中的3500框架,用 能提供63种地址的6位DIP开关来设定框架地址。

最低有效位

110001

最高有效位 白色区域显示开关方向

3500硬件组成(框架接口模块)

框架接口 I/O模块

3500硬件组成(框架接口模块)

数据管理 I/O模块

3500硬件组成(监测器模块)
监测器模块3500/42M以接受来自位移、速度、 加速度传感器的信号,通过对这些信号的处理, 可以完成各种不同的振动和位臵测量,并将处 理的信号与用户编程的报警值进行比较 通过组态可完成如下功能: ? 径向振动 轴向位移 ? 差胀 偏心 ? 加速度 轴绝对振动 ? 速度 监测器通道成对编程,可以同时完成最多 以上两个功能。通道1 和2 可以完成一个功 能,而通道3 和4 完成另一个(或相同的)功 能。

3500硬件组成(监测器模块)

I/O模块,内部端子
状态发光二极管

传感器缓冲输出 滤波的输出,所 有输出均有短路 保护

I/O模块,外部端子

3500硬件组成(监测器模块)

3500硬件组成(监测器模块)

3500硬件组成(继电器模块)

3500/32 继电器模块提供四个DPDT继电器,组 态后可以根据3500 监测器模块内的报警状态触 发。组态软件允许对各种报警组合编程,范围 从单个通道的警告或危险状态到将两个或多个 通道状态结合起来提供特定的AND(与)或 OR(或)表决的复杂的组态逻辑。通过增加继 电器模块的数量,可以提供每个通道的独立触 点、报警类型和通道组的报警通知功能。

3500硬件组成(继电器模块)

OK LED(发光二极管): 模块工作正常时闪亮 TX/RX LED: 用于传送和接收,当该模块与框 架中其它模块间通讯正常时闪亮 CH ALARM LED: 当该继电器通道处于报警状态 时闪亮

3500硬件组成(继电器模块)

3500硬件组成(通讯网关模块)
通讯网关模块-3500/92 在框架中安装通讯网 关模块,选定的状态和电流值数据能以数字化 方式传输到过程控制系统、历史数据系统、工 厂计算机以及其它相关系统中。通讯网关模块 支持多种工业标准协议,当在同一系统中要求 冗余通讯或同时与多个系统采用不同协议进行 通讯时,可在框架中安装多个通讯网关模块。 它也可以用来作为与3500组态和数据采集软件 之间的接口。 支持以太网TCP/IP 和串行通讯功 能。 该模块不干预3500 系统的正常运行或机械保 护功能,确保监测系统即使在不太可能发生的 通讯网关模块失效时也能保持完整性。

3500硬件组成(键相位模块)
键相位模块3500/25 该模块接收来自电涡流传感器或电磁式传感器的 输入信号,并将此信号转换为数字键相位信号。 趋近式传感器系统安装好之后,当大轴每转一周, 探头就会探测到大轴上的“凹槽”或:“凸轮”并 产生一个电压脉冲。当经过“凹槽”或“凸轮”时, 相比通常的振动或位移测量,产生明显的电压差, 这种明显的差别使得3500检测系统将每转产生的有 用的信号与背景噪声信号或振动信号区分开来。测 量产生的脉冲信号测量了机组轴的转速,通过将脉 冲与轴的振动信号比较,可以确定振动的相位角。 ※主要作用于轴的动平衡分析和故障的分析与诊断。

3500硬件组成(键相位模块)

通过在一个框架中安装两个3500/25键相位 模块,3500系统每个框架最多可包含四个键相 位 传感器。3500/25 是半高模块,每个模块为 最多两个键相位 传感器提供电源和端子。当需 要安装两个以下的键相位传感器时,只需安装 一个3500/25 模块。来自3500/25 的键相位信 号可以通过3500 框架底板输入到适当的监测器 模块中,用于转速、相位、跟踪滤波以及其它 测量中。 当使用两个 3500/25 模块时,它们必须安 装在同一个框架插槽中,一个位于另一个上部。

3500硬件组成(键相位模块)

输入输出模块,内部端子

传感器缓冲输出

3500硬件组成(键相位模块)

3500硬件组成(键相位模块)

课后练习题
1、涡流传感器的三个组成部分()()() 2、下面传感器的电气长度是多少? 330106-05-30-05-02-00 3、下面延伸电缆的电气长度是多少? 330130-045-00-00 4、前置器的供电电压范围是( )。 5、当一个导电材料靠近探头时,在导电材料表面生成什么形 式的电流。( ) 6、当被测靶面接近探头时,前置器的输出电压将变得() 7、框架接口模块型号是() 8、延伸电缆由哪几层组成()()() 9、我厂3500系统主要的模块有哪些()()()()()

课后练习题
10、延伸电缆的工作温度范围是() 11、3500系统的主要任务时()和() 12、3500系统的电源模块四种供电方式是()()()() 13、每个键相模块可以接受()个键相信号。 14、3500/92模块的作用() 15、给出前置传感器系统的三个应用()()()

16、说明键相模块具有什么功能?

谢谢大家! 多提宝贵意见!


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