模块化的解决方案 灵活的状态监测

Peakanalyzer系统内的原始数据由一台 Beckhoff 嵌入式控制器 CX5020 和状态监测 EtherCAT 模块 EL3632 完成处理和采集,可实现对整个风机的传动链甚至风机基础的高精度可靠诊断。

总部位于柏林的 GfM(Gesellschaft für MaschinendiagnosembH)公司主营业务是滚动轴承上安装的齿轮装置的振动诊断。该公司联合创始人兼总经理 Dr. Rainer Wirth 这样解释道:“我们的研发工作始终专注于诊断流程的自动化,因为这对于诊断技术的推广至关重要。GfM 积极推动诊断服务和设备开发的融合,这样实践经验可以直接反馈到产品开发中。”

Peakanalyzer 则是一款承载了这种设计思想优势的产品,它具有多达32 个测量点专为全自动、高级振动诊断而设计。另有最多 32 个慢速通道用于处理较慢的过程变量(1 kHz)。该款设备的核心是 Beckhoff基于 PC 的控制技术,它完美结合了科技自动化理念,将诸如状态监测等超越标准自动化要求的测量功能整合于一体。这样,Peakanalyzer能够通过重新采样变速驱动诊断数据的方式进行阶次分析,以及通过DVS 分析来自动识别重要的谱频,监测特性值并触发数据采集。

这种多用途诊断设备的典型应用领域包括价格昂贵且低冗余设计的传动系统,如针对建材行业的钢铁厂、输送系统中的传动机构(可靠性在此类应用中关键要求)或缆车中与安全相关的驱动机构。Peakanalyzer也常常用于维护人员难以轻易到达的设备中,因为在这些设备中基于状态监测的提前维护是必须的。风机就是这种应用的典型案例。

风力发电机组特殊且全面的状态监测

为了监测风力发电机组的传动机构,一个 8 通道 Peakanalyzer 设备用于监测风力发电机组的传动链,同时,还可以额外增加两个通道监测风机基础螺栓是否松动。诊断装置位于风机的机舱中,可以将其安装在控制柜内或者其他防护等级较高的箱体内。8 个 IEPE 加速度传感器对传动链进行数据采集,分别为:1 个传感器用于主轴承,2 个用于发电机,5 个用于齿轮装置。系统通过这些数据对传动链进行分析。需要时,也可以将 Peakanalyzer 连接到现有的通讯结构中,如机舱中的局域网接口,VPN 等,或者可以通过无线通讯、光纤(塔筒)、GHSDSL(系统之间的铜缆)以及通过 DSL 建立与互联网的通讯。

GfM 软件工程师 Christian Reinke 解释了 PC 控制技术带来的优势:“Beckhoff 的模块化控制系统是一款可自由编程的开放式系统,可在全球范围内供货并提供备件更换,从而让我们能够提供定制化、经济高效且可灵活扩展的诊断解决方案。更重要的是,分布式解决方案可以方便地通过 EtherCAT 端子模块 I/O 系统实现。借助 EtherCAT 高性能的通讯特征,Peakanalyzer 可提供多达 32 个输入通道,从而提高了应用的灵活性。通过 EtherCAT 端子模块 EL3632 和 EL3702 的超采样功能,甚至还可以实现比总线周期更短的高速采样率,而这也是 Peakanalyzer能够支持如此精确的振动记录和分析的原因所在。”

TwinCAT 软件帮助 CX5020 嵌入式控制器实现测量数据采集和缓存。然后,数据通过 ADS(TwinCAT内部通讯协议)传输给 GfM 专有的分析软件,以进行进一步处理。Christian Reinke 继续说道:“其优势在于 PLC可以直接实现配置更改,即所有的通讯都基于一款通用 PLC,即使需要具有不同数量通道和端子模块类型的不同系统配置,也只需要在软件配置中加以区别即可。”远程访问也是可行的,将 GFM.NET 应用程序安装在嵌入式控制器中,就可以通过 TCP/IP 与网络上的另一台计算机中的配置和测评软件进行通讯了。

必不可少的 I/O 设备—状态监测模块

两通道 EtherCAT 模块 EL3632 是 Peakanalyzer 不可或缺的组成部分,它可以精确记录传动链监测的传感器数据,据 GfM 联合创始人兼总经理 Axel Haubold 所述:“我们的高级振动监测系统实现的一个关键是以 50 kHz 的采样率采集 IEPE 传感器信号,另外一个关键是 1 Hz 和1 kHz 之间的宽采样范围,这样,设备就可以同时测量低频率振动(例如塔筒振荡)和高频率振动(例如风力发电机的振动)。为了获得高质量的包络信号,以检测滚动轴承及齿轮损坏情况,所有通道几乎都以 50 kHz 的频率进行测量。在风电行业,0.1 至 10 Hz 模式也额外用于记录符合 VDI3834 的特性值。另外一个优点是,特别是在调试期间,EL3632 状态监控模块能够提供断线检测功能。”

Peakanalyzer 的 I/O 系列可以根据客户要求通过添加接口的方式进行完善。Christian Reinke 详细阐述道:“在这里,我们受益于种类丰富的模块化 EtherCAT I /O 系统解决方案。例如,通过脉冲测量端子模块EL5151 的增量编码器接口,能够以每转多个非等距脉冲的方式进行非常精确的速度测量。具有超采样功能的模拟量输入端子模块 EL3702非常适合于监测慢速移动滚子轴承的感应式位移传感器,以记录振动情况。”

数字量输入端子模块 EL1002 用于触发测量,数字量输出端子模块EL2004 用于发送特性值和过程参数报警信号。重要的过程变量,例如功率、风速和扭矩,可以作为模拟量电压信号(±10V)或电流信号(0 - 20 mA)通过模块 EL3702 或 EL3742 采集进入诊断系统中。此外,XFC (极速控制)载荷分析模块 EL3356-0010 可用于扭矩测量,而高精度 PT100 输入端子模块 EL3202-0010 可以用于温度测量。

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