Системы мониторинга состояния, диагностики и защиты от вибрации промышленного оборудования Allen-Bradley DYNAMIX

Назначение

Системы мониторинга состояния, диагностики и защиты от вибрации промышленного оборудования Allen-Bradley DYNAMIX (далее - системы) предназначены для измерения абсолютной и относительной вибрации, осевого сдвига, а также температуры и частоты вращения.

Описание

Система представляет собой модульную конструкцию, состоящую из датчиков абсолютной и относительной вибрации, измерительных модулей серии ХМ, модулей связи серии ХМ, релейных модулей серии ХМ, модулей ввода/вывода аналоговых и дискретных сигналов серии ХМ.

Измерительные модули осуществляют обработку сигналов, поступающих от преобразователей следующих типов: пьезоэлектрических акселерометров, вихретоковых вибропреобразователей, а также преобразователей температуры (термосопротивления и термопары) и других преобразователей с выходом по напряжению или току.

В качестве преобразователей физических величин используются акселерометры фирмы Rockwell Automation серии 9000 и преобразователи виброперемещения бесконтактные вихретоковые фирмы Rockwell Automation серии 2100.

Акселерометры серии 9000 являются преобразователями инерционного типа и используют прямой пьезоэлектрический эффект. Электрический заряд чувствительного элемента пропорционален ускорению, воздействующему на преобразователь.

Акселерометры различаются назначением, частотным и температурным диапазонами и номинальным коэффициентом преобразования: модификации 9000А, 9000В, 9008, 9010; 9100, 9100CSA, 9200, 9200CSA, 9300 и 9400 общего назначения (базовые); модификация 9OOOA-LBV имеет низкое напряжение смещения; модификации 9100ЕХ и 9200ЕХ взрывозащищенные; модификации 9100АТ, 9200АТ, 9842Т и 9942Т имеют встроенный термодатчик; модификации 9100L, 9200L, 9500HLF и 9500LF низкочастотные; модификация 9600 сверхнизкочастоная; модификации 9700А и 9700В высокочастотные; модификации 9100Т, 9150НТ, 9200Т и 9150 HTA высокотемпературные; модификации 9100VO, 9200VO, 9842V, 9842V/2, 9942V и 9942V/2 предназначены для измерения скорости; модификации 9842V2, 9942А, 9942V2, 9842VCRT и 9942VCRT позволяет измерять ускорение и скорость; модификация 9842А предназначена только для измерения ускорения; модификации 9900А и 9900В трехосные и отличаются наличием у 9900В кабеля; модификации 9842А, 9842V, 9842V/2 и 9842V2 имеют нормированный токовый выход 4 - 20 мА. Модификация 9150НТ имеет зарядовый выход и снабжена выносным усилителем заряда.

Преобразователи виброперемещения бесконтактные вихретоковые серии 2100 (далее преобразователи) состоят из датчика параметрического типа и осциллятора/демодулятора, который предназначен для питания датчика и обработки его сигналов. Преобразователи выпускаются в следующих модификациях: 2100Х, 2111, 2112, 2113, 2114, 2118, 2119, 2125, 2126, 2127, 2128, 2150, 2151, 219Х.

Принцип действия преобразователей основан на создании вихревых токов в материале вала при помощи переменного магнитного поля, создаваемого катушкой   датчика. В

зависимости от расстояния между торцом датчика и валом роторного агрегата изменяется магнитное поле, что вызывает пропорциональное изменение в его выходном сигнале.

Осциллятор вырабатывает переменное напряжение (несущая частота), подаваемое на датчик, которое модулируется (амплитудная модуляция) напряжением, пропорциональным расстоянию между преобразователем и объектом измерения. Посредством демодуляции выделяется огибающая, которая и является информационной частью выходного сигнала. Выходной сигнал датчика представляет собой сумму постоянного напряжения, зависящего от первоначального зазора между торцом датчика и валом, и переменного напряжения, пропорционального изменению расстояния.

При работе с измерительными модулями серии XM преобразователи в зависимости от типа позволяют измерять относительную вибрацию (вала относительно корпуса), осевые перемещения и осевую вибрацию вала, эксцентриситет, радиальное расширение вала, абсолютное и относительное расширение корпуса агрегата.

Измерительные модули различного назначения серии ХМ представляют собой комплекс измерительных каналов, осуществляющих аналого-цифровое преобразование сигналов, поступающих от датчиков. В системе используются следующие модули: ХМ-120 - модуль динамических измерений; ХМ-120Е - модуль измерения эксцентриситета; ХМ-121 - низкочастотный модуль измерения вибрации; ХМ-121А - модуль измерения абсолютной вибрации вала; ХМ-122 gSE - модуль измерения вибрации gSE; ХМ-123 - турбинный модуль; ХМ-160, ХМ-161, ХМ-162 - модули измерения общего уровня вибрации; ХМ-220 - модуль измерения скорости; ХМ-320 - модуль измерения положения; ХМ-360 - модуль измерения параметров технологического процесса; ХМ-361, ХМ-362 - модули измерения температуры; релейные модули ХМ-440, ХМ-441, ХМ-442; коммуникационные модули ХМ-500 (модуль связи с EtherNet и связи с сетью ControlNet), 1788-EN2DN (модуль межсетевой связи), 1788-CN2DN (модуль межсетевой связи).

Монитор ХМ-720 представляет собой законченную систему мониторинга и защиты, включающую двухканальные измерительные модули ХМ-120, ХМ-121 или ХМ-122 и модуль дополнительных реле ХМ-441.

ХМ система обнаружения превышения скорости (EODS) предназначена для использования на агрегатах, где необходима защита для предотвращения внезапных отказов из-за превышения допустимой скорости.

Измерительные модули связаны с управляющими реле, имеющими программируемые уставки, и в совокупности с реле являются устройствами защиты агрегатов в реальном масштабе времени.

Все модули, за исключением релейных, имеют нормированные токовые выходы 4 - 20 мА.

Модули XM-120, XM-121, ХМ-120Е, ХМ-121 А, XM-122gSE и ХМ-123 являются двухканальными модулями непрерывного измерения вибрации и измеряют параметры общей вибрации (СКЗ, амплитуду, размах, фазу), а также число оборотов. Для измерения числа оборотов и фазы используется дополнительный вход тахометра. Модули предназначены для работы с акселерометрами, тахометрами и другими преобразователями с выходом по напряжению (преобразователями скорости, давления и т.п.). Модули ХМ-120, ХМ-120Е, ХМ-121 и ХМ-121А могут также работать с токовихревыми преобразователями.

Модули XM-120, XM-121 и XM-122gSE имеют высокочастотные фильтры с различными параметрами, осуществляют спектральный анализ на основе БПФ и имеют два программируемых токовых выхода 4 - 20 мА.

Модуль XM-121 А снабжен программой, которая обеспечивает в дополнение к программе модуля XM-121 измерение абсолютной вибрации вала путем суммирования сигналов от преобразователей абсолютной и относительной вибрации.

Модуль XM-122gSE имеет специальную программу для диагностики высокочастотных дефектов, в том числе для контроля подшипников качения, кавитации и трения.

Модуль ХМ-123 реализует следящий фильтр, частота которого связана с частотой вращения, и полосовой фильтр с наклоном 60 дБ. Преимущественное применение модуля - вибрационный мониторинг газовых турбин. Модуль предназначен для работы с акселерометрами и токовихревыми преобразователями перемещения.

Шестиканальные модули измерения общего уровня вибрации ХМ-160, ХМ-161 и ХМ-162 отличающиеся питанием и подключаемыми преобразователями. Модули предназначены для работы с акселерометрами, тахометрами и другими преобразователями с выходом по напряжению (преобразователями скорости, давления и т.п.). Модуль ХМ-162 может также работать с токовихревыми преобразователями.

Модуль измерения числа оборотов ХМ-220 является двухканальным и предназначен для работы с токовихревыми преобразователями перемещения, магнитными датчиками, оптическими тахометрами и устройствами с ТТЛ выходом.

Двухканальный модуль XM-320 измерения положения позволяет измерять осевое перемещение, определять положение клапана, расширение корпуса, разностное расширение. В качестве входных сигналов могут использоваться сигналы токовихревых датчиков, поворотных потенциометров клапанов, линейных дифференциальных трансформаторов и других измерителей положения с выходом по напряжению.

Шестиканальный модуль мониторинга параметров технологического процесса XM-360 является модулем, который принимает сигналы от нормированных выходов преобразователей и сравнивает их с программируемыми уставками. Модуль может работать с преобразователями с выходом по постоянному току или напряжению.

Шестиканальные модули XM-361 и XM-362 являются модулями измерения температуры. Модуль XM-361 работает совместно с термометрами сопротивления (RTD) и термопарами, а модуль XM-362 с термопарами.

Релейный модуль XM-440 объединяет четыре мощных реле и используется для обработки предупредительных сигналов с любого измерительного модуля ХМ.

Модуль дополнительных реле XM-441 позволяет увеличивать количество реле у любого измерительного модуля серии ХМ или релейного модуля ХМ-440 на четыре.

Модуль дополнительных реле XM-442 специально предназначен для работы совместно с модулями ХМ-220.

Модуль XM-500 обеспечивает связь между сетью DeviceNet и Ethernet. Модуль позволяет собирать данные модулей ХМ и передавать их как программному обеспечению, так и контроллерам.

Внешний вид измерительных модулей серии XM приведен на рисунке 1, внешний вид модуля связи ХМ 500 приведен на рисунке 2, внешний вид акселерометров серии 9000 приведен на рисунках 3-5, внешний вид вихретоковых преобразователей серии 2100 приведен на рисунке 6.

ММ-ВггнИеу

Рисунок 1 - Внешний вид измерительных модулей серии XM

Рисунок 2 - Внешний вид модуля связи XM 500

Рисунок 3 - Внешний вид акселерометров серии 9000

Рисунок 4 - Внешний вид акселерометров серии 9000

9150HT, 9150HTA          9000A,

9008

9000B

9000A-LBV

Рисунок 5 - Внешний вид акселерометров серии 9000

Рисунок 2 - Внешний вид вихретоковых преобразователей серии 2100

Программное обеспечение

Программное обеспечение (ПО) системы можно разделить на 2 группы - встроенное программное обеспечение (ВПО) и ПО устанавливаемое на персональный компьютер.

ВПО, влияющее на метрологические характеристики, устанавливается в энергонезависимую память модулей в производственном цикле на заводе-изготовителе и в процессе эксплуатации изменению не подлежит (высокий уровень защиты - по Р 50.2.007-2014).

Метрологические характеристики модулей, указанные в таблице 1, нормированы с учетом ВПО.

К внешнему программному обеспечению, не влияющему на метрологические характеристики, относится следующее ПО:

1) RSMACC Enterprise Online Condition Monitor (RSMACC EOL) - это 32-х битное приложение Windows, которое позволяет:

- просматривать оперативные данные от различных источников: ХМ модулей, ОРС серверов, FactoryTalk® LiveData

- конфигурировать модули ХМ;

- создавать экраны с мнемосхемами вашего предприятия или оборудования с оперативными данными от любого источника данных;

- создавать «слайд-шоу», которое прокручивает многочисленные экраны с мнемосхемами, позволяя отображать оборудование и данные без лишних действий;

- просматривать оперативные данные от источников данных в различных сложных графиках;

- подтверждать предупредительные сигналы в RSMACC EOL, и удаленно сбрасывать зафиксированные реле ХМ модулей;

- запускать Enterprise Online Configuration Utility для конфигурирования модулей ХМ как в реальном времени так и автономно;

- запускать ХМ Emonitor Gateway для экспорта данных из ХМ модулей в базу данных Emonitor;

- автоматически записывать статусные сообщения в Диагностическую базу данных RSMACC (Diagnostics and Health database), если БД установлена.

- оперативно получать контекстно-зависимая on-line помощь в любом MecmeRSMACC.

2) Emonitor обеспечивает полноценное управление данными для задач прогнозирующего обслуживания. Windows® интерфейс позволяет выполнять все задачи прогнозирующего обслуживания быстро и просто в удобном графическом формате. Emonitor позволяет:

- создавать базу данных для вашего оборудования и технологических процессов и хранить в ней собранные данные, необходимые для прогнозирующего обслуживания;

- создавать вычисляемые измерения;

- создавать обходные листы, загружать их в коллектор данных и выгружать данные из переносного коллектора данных в базу данных.

- импортировать данные из ХМ и Enwatch в базу данных Emonitor;

- создавать предупредительные сигналы для статистического анализа данных;

- создавать отчеты на основе полученных данных, в том числе отчеты об измерениях, превышающих допустимые границы предупредительных сигналов;

- отображать тренды, спектры, частотные тренды, временные характеристики, спектральные карты, полярные графики и орбиты;

- создавать полосовые и спектральные предупредительные сигналы;

- создавать частотные элементы для оборудования, вызывающего вибрацию, и затем использовать их как частотные выходы для помощи в диагностике вибрационных проблем;

- производить анализ проблем, содержащих описание причины проблемы, и советы, описывающие действия, необходимые для решения и исправления проблемы;

Внешнее ПО не даёт доступ к внутренним программным микрокодам измерительных модулей и не позволяет вносить изменения в ВПО.

Для защиты накопленной и текущей информации, конфигурационных параметров комплекса от несанкционированного доступа в системе предусмотрены меры технического и организационного характера: многоступенчатый механический (запираемые шкафы с ключами, доступ к которым имеют только сотрудники, прошедшие обучение обслуживанию и сопровождению системы и имеющие соответствующие сертификаты) и программный контроль доступа (шифрование данных и доступ по паролю с регистрацией успеха и отказа в доступе).

Для защиты накопленной и текущей информации, конфигурационных параметров от несанкционированного доступа к Комплексу, предусмотрен физический контроль доступа (запираемые шкафы, пломбирование) и программный контроль доступа.

Идентификационные данные ПО приведены в таблице 1.

Таблица 1

где «х» - цифра от 0 до 99

Технические характеристики

Акселерометры модификаций

9000А; 9000В; 9008; 9100; 9100CSA; 9200; 9200CSA; 9300; 9400; 9010

Таблица 2

Акселерометры модификаций 9700А и 9700В

Таблица 3

Акселерометры модификаций 9100L; 9200L; 9500HLF; 9500LF; 9600

Таблица 4

Акселерометры модификаций 9100VO, 9200VO, 9842V ,9842V/2, 9942V, 9942V/2

Таблица 5

Акселерометры модификаций 9842A; 9842V2; 9942V2; 9942A; 9842VCRT; 9942VCRT

Таблица 6

Акселерометры модификаций 9100АТ и 9200АТ

Таблица 7

Акселерометры модификаций 9842T и 9942T

Таблица 8

Акселерометры модификаций 9100Т; 9150НТ; 9150НТА; 9200Т

Таблица 9

Акселерометры модификаций 9900А и 9900В

Таблица 10

Акселерометр модификации 900A-LBV

Таблица 11

Акселерометры модификаций 9100ЕХ и 9200ЕХ

Таблица 12

Преобразователи вихретоковые модификаций 210Х; 2111-2114

Таблица 13

Преобразователи вихретоковые модификаций 2118-2119; 2125-2128

Таблица 14

Преобразователи вихретоковые модификаций 2150 - 2151; 219Х

Таблица 15

Измерительные модули

Таблица 16

Знак утверждения типа

наносится на титульный лист Руководства по эксплуатации типографским способом и на корпус системы методом наклейки.

Комплектность

Поверка

осуществляется по документу МП 41158-09 «Системы мониторинга состояния, диагностики и защиты от вибрации промышленного оборудования Allen-Bradley DYNAMIX фирмы Rockwell Automation Inc., США. Методика поверки», утвержденному ГЦИ СИ ФГУП «ВНИ-ИМС» 11 августа 2009 года.

Основные средства поверки: поверочная вибрационная установка 2-го разряда по ГОСТ Р 8.800-2012; микрометрическая головка с ценой деления 0,01мм 2-го класса точности по ГОСТ 6507-78; генератор сигналов сложной формы со сверхнизким уровнем искажений DS 360 (г/р №45344-10); мультиметр Agilent 34410А (г/р № 33921-07).

Сведения о методах измерений

Руководство по эксплуатации «Системы мониторинга состояния, диагностики и защиты от вибрации промышленного оборудования Allen-Bradley DYNAMIX».

Нормативные документы

Техническая документация фирмы Rockwell Automation Inc.

Рекомендации к применению

Выполнение работ по оценке соответствия промышленной продукции и продукции других видов, а также иных объектов установленным законодательством Российской Федерации обязательным требованиям.