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摘 要：Bently Nevada公司的BN3500系统广泛应用于石化企业大型转动设备的机组状态监测系统，主要由电涡流传感器系统和室内框架系统两部分组成，监测机组的振动、位移、键相位等参数，通过对振动位移报警联锁信号进行组态，向PLC系统输出报警联锁信号，为机组运行提供保护，为机组的故障诊断提供必要的信息。
关键词：机组状态监测；电涡流传感器；BN3500框架系统；
中图分类号：TE96 文章编号：1674-3520（2014）-09-00-01
一、引言
锦西石化延迟焦化装置水力除焦系统配备一套高压水泵。机组程控系统由襄阳航生集成，采用西门子S7300控制系统。机组状态监测系统采用BENTLY NEVADA公司的BENTLY3500系统，该系统为机械保护应用提供连续的在线监测功能。是基于框架的系统中功能最强、最灵活的系统。
该套状态监测系统的基本结构由两部分组成：由传感器、延伸电缆和前置器组成的现场信号检测部分；由3500框架系统，包含电源模块、监测模块、继电器模块等组成的信号变送、监测、处理及输出部分。
二、电涡流传感器系统
电涡流传感器系统的工作原理是根据电磁场理论，前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场，当有被测金属体靠近磁场，则在此金属表面产生感应电流，即电涡流。此电涡流场也产生一个方向与探头头部线圈方向相反的交变磁场，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由上述参数来描述。则线圈特征阻抗可用上述变量的函数表示。控制其他参数不变，使线圈特征阻抗成为距离的单值函数，取函数曲线中的线性部分作为测量范围使用。将距离的变化转化成电压的变化（图1为3300xl8mm探头灵敏度曲线）。
三、3500框架系统
室内3500系统的主要由3500/15电源模块、3500/20框架接口模块、3500/42M振动监测模块、3500/32继电器模块等组成。
3500/15为半高模块，冗余配置，一主一备，可在线插拔，须安装在框架左侧的专用插槽内，输入电压为24VDC。3500/20是与3500系统的主要接口，它支持用于框架组态和机械数据检索的本特利内华达专有协议，须安装在1号插槽内，在线插拔不影响系统正常运行。3500/42M是一个四通道监测器，接受来自电涡流探头的输入，对信号进行调理，提供各种振动与位置测量值，并将调理后的信号与用户编程设置的报警进行比较。3500/32提供4通道继电器输出，每路继电器输出都可用“与”和“或”表决编程；每路继电器通道的报警驱动逻辑可采用来自框架内任意监测器通道的报警输入（警告和危险）。
四、应用实现
轴位移测量，通过直接测量传感器系统前置器输出的电压值，反映机组转子相对于推力轴承轴向位置的变化，监测推力环的磨损。2支轴向位移探头通过螺纹安装在机组非联轴端机壳上，轴向安装。安装时，高压水泵转子靠近轴承主推力面侧，调整探头位置至前置器输出电压-10VDC。在3500/42M卡组态中，将探头零点设置为-10VDC，量程范围设置为-30mil～30mil，位移方向设置为远离为正。径向振动测量，通过采样固定周期的传感器系统前置器输出的电压值，利用采样信号绘制振动幅值变化曲线及BENTLY的自相关算法，计算出振动幅值，反映机组轴沿垂直于轴中心线方向的动态运动。2组4支径向振动探头通过螺纹分别安装在水泵联轴端和非联轴端机壳上，径向安装。安装时，调整探头位置至前置器输出电压为-9VDC（-8VDC～-11VDC即可）。在3500/42M卡组态中，量程范围设置为0mil～10mil，傳感器角度定向时位于轴上方探头为0°，位于轴侧面探头为90°左。在设定值页面中，分别对位移及振动的报警和停机值进行设定。在3500/32继电器模块中，按照插槽和通道号，将一对报警信号利用and表决，驱动继电器作为报警二取一信号的输出，将一对停机信号利用or表决，驱动继电器作为停机信号的输出。Bently3500系统和控制系统之间采用硬接线形式，振动、位移的模拟量显示通过3500/42卡后的端子将无源4-20mA信号输出到PLC系统的AI卡，在程控系统上位机中显示，在3500/32卡中表决处理的振动位移的报警联锁信号，通过其端子将干触点信号输出到PLC系统DI卡，参与高压水泵机组停机联锁。
五、系统应用改进
跳闸倍增远程控制。在高压水泵机组开车过程中，机组将通过共振转速区和其他的瞬态振动区等正常的高振动转速区，而机组振动的报警值及联锁值的设定是按照正常运行状态考虑的，因此常会出现在机组启动过程中由于振动高（处在高振动区，但属正常状态）触发联锁停车的情况，造成不必要的停车。为解决上述问题，可以利用3500系统中的跳闸倍增功能。跳闸倍增是临时性的增大报警和联锁的设定值，保证在高振动转速区时不会引发监测器报警联锁。通过在3500/42卡中TM一项设置适当的TM值，同时将3500/20卡的TM和COM端连接到PLC的DO卡，在程控系统上位机组态中新增一开关，设置班长权限，在开车时将开关拨至导通状态，打开跳闸倍增，即可保证启动时不会引发监测器报警联锁，待机组开机运行正常再关闭倍增。
六、结束语
机组状态监测系统对大型转动设备的运行维护及故障诊断有着重要意义，本文通过从传感器系统安装到框架系统组态进行介绍，使读者了解了BN3500系统在焦化高压水泵机的应用情况，同时提出了对于系统的一些改进方案。
关键词：机组状态监测；电涡流传感器；BN3500框架系统；
中图分类号：TE96 文章编号：1674-3520（2014）-09-00-01
一、引言
锦西石化延迟焦化装置水力除焦系统配备一套高压水泵。机组程控系统由襄阳航生集成，采用西门子S7300控制系统。机组状态监测系统采用BENTLY NEVADA公司的BENTLY3500系统，该系统为机械保护应用提供连续的在线监测功能。是基于框架的系统中功能最强、最灵活的系统。
该套状态监测系统的基本结构由两部分组成：由传感器、延伸电缆和前置器组成的现场信号检测部分；由3500框架系统，包含电源模块、监测模块、继电器模块等组成的信号变送、监测、处理及输出部分。
二、电涡流传感器系统
电涡流传感器系统的工作原理是根据电磁场理论，前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场，当有被测金属体靠近磁场，则在此金属表面产生感应电流，即电涡流。此电涡流场也产生一个方向与探头头部线圈方向相反的交变磁场，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由上述参数来描述。则线圈特征阻抗可用上述变量的函数表示。控制其他参数不变，使线圈特征阻抗成为距离的单值函数，取函数曲线中的线性部分作为测量范围使用。将距离的变化转化成电压的变化（图1为3300xl8mm探头灵敏度曲线）。
三、3500框架系统
室内3500系统的主要由3500/15电源模块、3500/20框架接口模块、3500/42M振动监测模块、3500/32继电器模块等组成。
3500/15为半高模块，冗余配置，一主一备，可在线插拔，须安装在框架左侧的专用插槽内，输入电压为24VDC。3500/20是与3500系统的主要接口，它支持用于框架组态和机械数据检索的本特利内华达专有协议，须安装在1号插槽内，在线插拔不影响系统正常运行。3500/42M是一个四通道监测器，接受来自电涡流探头的输入，对信号进行调理，提供各种振动与位置测量值，并将调理后的信号与用户编程设置的报警进行比较。3500/32提供4通道继电器输出，每路继电器输出都可用“与”和“或”表决编程；每路继电器通道的报警驱动逻辑可采用来自框架内任意监测器通道的报警输入（警告和危险）。
四、应用实现
轴位移测量，通过直接测量传感器系统前置器输出的电压值，反映机组转子相对于推力轴承轴向位置的变化，监测推力环的磨损。2支轴向位移探头通过螺纹安装在机组非联轴端机壳上，轴向安装。安装时，高压水泵转子靠近轴承主推力面侧，调整探头位置至前置器输出电压-10VDC。在3500/42M卡组态中，将探头零点设置为-10VDC，量程范围设置为-30mil～30mil，位移方向设置为远离为正。径向振动测量，通过采样固定周期的传感器系统前置器输出的电压值，利用采样信号绘制振动幅值变化曲线及BENTLY的自相关算法，计算出振动幅值，反映机组轴沿垂直于轴中心线方向的动态运动。2组4支径向振动探头通过螺纹分别安装在水泵联轴端和非联轴端机壳上，径向安装。安装时，调整探头位置至前置器输出电压为-9VDC（-8VDC～-11VDC即可）。在3500/42M卡组态中，量程范围设置为0mil～10mil，傳感器角度定向时位于轴上方探头为0°，位于轴侧面探头为90°左。在设定值页面中，分别对位移及振动的报警和停机值进行设定。在3500/32继电器模块中，按照插槽和通道号，将一对报警信号利用and表决，驱动继电器作为报警二取一信号的输出，将一对停机信号利用or表决，驱动继电器作为停机信号的输出。Bently3500系统和控制系统之间采用硬接线形式，振动、位移的模拟量显示通过3500/42卡后的端子将无源4-20mA信号输出到PLC系统的AI卡，在程控系统上位机中显示，在3500/32卡中表决处理的振动位移的报警联锁信号，通过其端子将干触点信号输出到PLC系统DI卡，参与高压水泵机组停机联锁。
五、系统应用改进
跳闸倍增远程控制。在高压水泵机组开车过程中，机组将通过共振转速区和其他的瞬态振动区等正常的高振动转速区，而机组振动的报警值及联锁值的设定是按照正常运行状态考虑的，因此常会出现在机组启动过程中由于振动高（处在高振动区，但属正常状态）触发联锁停车的情况，造成不必要的停车。为解决上述问题，可以利用3500系统中的跳闸倍增功能。跳闸倍增是临时性的增大报警和联锁的设定值，保证在高振动转速区时不会引发监测器报警联锁。通过在3500/42卡中TM一项设置适当的TM值，同时将3500/20卡的TM和COM端连接到PLC的DO卡，在程控系统上位机组态中新增一开关，设置班长权限，在开车时将开关拨至导通状态，打开跳闸倍增，即可保证启动时不会引发监测器报警联锁，待机组开机运行正常再关闭倍增。
六、结束语
机组状态监测系统对大型转动设备的运行维护及故障诊断有着重要意义，本文通过从传感器系统安装到框架系统组态进行介绍，使读者了解了BN3500系统在焦化高压水泵机的应用情况，同时提出了对于系统的一些改进方案。