离心风机在工业中有广泛的应用, 它具有较复杂的结 构和流体力学原理, 运转过程中某些参数的微小变化也会严 重影响风机的外部特性。因此, 在风机运转状态下对这些变 化信息进行监测就显得十分重要。风机运转一个时期之后, 内部发生的气动的与机械的渐变与突变信息如果无法及时 监测到, 这样就会造成风机的带故障运行, 其最终可能导致 十分严重的后果 [ 1]。 为降低工业生产中使用的 12台大型离心风机的故障率 和维修费用, 提高风机运行系统的的可靠性, 研发集数据采 集、状态监测、故障分析和现场控制功能于一体的离心风机 群实时在线状态监测系统具有重要意义。
一、离心风机常见故障分析 离心风机常见故障主要有机组振动过大、轴承过热、风 机输出压力不稳定等问题。风机机组振动故障主要是由于 安装过程中, 电机轴与风机主轴的同轴度不高、风机轴弯曲、 轴承磨损等原因造成的。风机振动会导致机组工作效率下 降, 产生不必要的机械损失, 同时会产生较大噪声污染, 不仅 危害工人健康, 更重要的是此噪声可以掩盖其它故障的声音 显现。 风机轴承过热主要是由于润滑不良、散热不佳、机组振 动过大造成的, 严重时可引起轴承烧损, 导致严重的机械故 障及生产事故。风机输出压力不稳定主要是由于风机转速 不稳定、风机叶片磨损等原因引起的 [2- 3] 。
二、离心风机监测系统的硬件构成 本状态监测系统的监测对象为 12台离心式风机。为了 实时采集到风机的振动信号、轴承温度信号、输出风压力信 号, 采用的传感器))) 变送器包括温度传感器、气体压力传 感器、电涡流位移传感器和三向加速度传感器。监测系统硬 件的下位机采用西门子 S7- 300系列可编程控制器以及若 干输入 /输出模块, 主要实现信号采集、数据传输及现场控制 功能。硬件系统的上位机采用一体化工控机, 型号为 AW S - 8420, 主要实现系统管理、信号处理, 故障诊断等功能。离 心风机状态监测系统的硬件构成如图 1所示。

三、离心风机监测系统软件功能
风机状态监测系统的软件包括上位机软件和下位机软 件两部分。上位机软件主要是实现离心风机群的状态参量 和工艺过程参数的系统设置、实时监测、故障诊断、参数设 定、文件管理以及上位工控机和下位 PLC机之间的通信功 能, 上位机软件采用 Delphi8. 0[ 4] 开发。下位机软件主要功 能是负责现场数据采集、数据传输和现场控制, 软件采用 STEP7 V5. 2版。风机状态监测系统的软件功能见图 2。

四、离心风机监测系统通信技术

1. 风机监测系统通信技术原理。风机监测系统的可靠 性不仅与 PLC本身有关, 还与 PLC所处的网络环境有关。 基于本监测系统的下位机采用西门子 S7系列 PLC, 因此, 监 测系统的通 讯网络采用 Multiple Point Interface (MPI) 网。 M PI是一种适用于小范围、少数站点间的多点通讯网络, 在 网络结构中属于单元级和现场级, 并且具有高可靠性和优良 性价比的优点。M PI网络拓扑结构是一种总线型网络, 可连 接多个编程设备、操作面板和 PLC。监测系统连接电缆采用 PROFIBUS电缆, 通讯距离可达 80m, 如需要更长的通讯距离 可以通过 RS485中继器扩展, 完全能满足本监测系统的 要求。 风机监测系统 M PI通讯方式的数据交换机制如下: 利用7- PLC和上位机 ( PG /PC)插卡的 MPI口进行数据交换。 PLC之间则通过 MPI口使用不需要组态连接的通讯方式, 即 通过调用 PLC的系统功能来实现 MPI通讯。 2. 风机监测系统通信函数及调用。在安装 PRODAVE S7时, 系统会自动把动态链接库文件拷贝到 w indow s系统目 录 system /system 32下, 只要确保 W 95_s7. dll、Kom fort. dll在 系统目录下, 就可以调用软件包提供的各种功能函数 [ 5] 。监 测软件使用到的 PRODAVE库函数主要有如下几种。 ( 1) load _tool( no: byte; nam e: pchar; adr_ table_ type: pchar): integer。函数 load- tool( )的作用是初始化适配器, 实现 PC机与 PLC系统初始化链接, 程序在读写 PLC数据前 用该函数初始化 PC机与 PLC的连接。 no: 指明建立连接的 节点个数, nam e: 设备驱动器名称, 如 M PI驱动器的设备名 为 / S7ONLINE0; adr_table_type: 指明地址表入口, 依次为: PLC的 MPI地址、MPI网段的编号、PLC 的 CPU 当前槽号、 PLC当前的机架号。 ( 2) unload_tool。函数 unload_tool用于断开 PC机与 PLC的链接。结束程序之前, 必须调用该函数断开 PC机与 PLC的连接。 ( 3) db_read( blockno: integer; no: integer; amount: pointer; buffer: pointer): integer; 函数 db_read( )的作用是从 PLC第 / blockno0个数据块 中从/ no0个数据字开始读/ am ount0个数据字存放到 PC机 的数组变量 / buffer0中。B lockno: 指定 DB块号; No: 指定写 入的起始字序号, = 0表示 DBW0, = 1表示 DBW 2; Am ount: 指定写人多少个字。
( 4) db_w rite( blockno: integer; no: integer; amount: pointer; buffer: pointer): integer。函数 db_w rite( )的作用是从 PC机的 数组变量 / buffer, 中给 PLC 的第 / blockno0个数据块中从 / no0个数据字开始写 / am ount0个数据字。B lockno: 指定 DB 块号; No: 指定写人的起始字序号, = 0表示 DBW0, = 1表示 DBW 2; Amount:指定写人多少个字。。函 数 mb_setbit( )的作用置位 M B变量的位状态, m bno: 指定位 存储区 (M )的字节地址; bitno: 指定位存储区 (M )字节的位 地址, 范围为 0~ 7。 ( 6)mb_resetbit(m bno: integer; bitno: integer): integer。函 数 m b_resetbit( )的作用复位 MB变量的位状态, m bno: 指定 位存储区 (M )的字节地址; bitno: 指定位存储区 (M )字节的 位地址, 范围为 0~ 7。 ( 7)mb_bittest(mbno: integer; bitno: integer; retwert: poin-t er): integer。函数 mb_bittest( )的作用读取 MB变量的位状 态当前值, m bno: 指定位存储区 (M )的字节地址, bitno指定 位存储区 (M )字节的位地址, 范围为 0~ 7; retwert:为存储返 回值的缓冲区地址。 本监测软件采用静态引入方式调用动态链接库, 用一个 专门的 Prodave单元集中声明要引入的 Prodave S7动态链接 库函数, 即在 Prodave单元的 interface部分用 External指示字 列出要从动态链接库 ( w95_s7. dll)中引入的函数。 3. 风机监测系统通信的实现。实现离心风机状态监测 系统上位机和下位机之间的通信功能, 主要包括以下几方面 的内容。 ( 1)建立风机监测系统的通信连接。即使用 STEP7软 件中的 Configuration功能为每一个 M PI网络节点分配地址, 指明 PLC的 M PI地址和 CPU 地址。 ( 2)读取 PLC内部数据。为了实现对风机系统的状态 监测功能, 必须读取 PLC内部数据块, 把所监测到的状态参 量数据上传到上位机, 再进行信号处理及故障分析, 从而对 风机的运行状态是否出现故障作出判定。 ( 3)向 PLC写入数据。为了实现监测系统的现场控制 功能, 例如风机运行系统的状态参量超限声光报警和联锁停 机功能, 需要对 PLC内部存储区变量写入数据, 从而实现相 应的控制执行功能。 开发了面向多台离心风机为对象的状态监测系统。在 分析风机常见故障的基础上, 构建了离心风机状态监测的硬 件系统; 设计了风机状态监测的软件体系。研究了使用 De-l phi工具开发上位机软件, 以 MPI方式实现上位工控机与下 位 PLC机之间通信的技术。目前, 基于本文技术原理的离 心式风机状态监测系统已在实际工程中得到成功应用。