正确使用变送器和保护系统

正确使用变送器和保护系统

Metrix希望提供机器问题的早期预警，以便您可以采取措施，并在需要时执行机器诊断。

目的

本应用说明旨在阐明为什么越来越多的客户选择将变送器振动监测方法与他们的可编程逻辑控制器（PLC）或分布式控制系统（DCS）或监督控制和数据采集（SCADA）系统相结合以用于监测机器，从而取代永久框架式振动监测系统（VMS）。

应用说明即可回答的问题

如果现有的控制系统可以监测振动参数以及所有过程参数，为什么还需要专用的振动监测系统？

既然您一定需要控制系统，为什么不使用控制系统来一道监测和保护机器、工艺流程、人员和整个区域呢？

如果控制系统就可以通过合适的传感器提供充足的振动保护，那么为什么要为保护机械资产支付两倍的费用呢？

介绍

当您询问各种工业设施（例如发电厂、炼油厂、化工厂、管道、供水和污水处理设施等）的操作员时，他们会告诉您，他们的大部分机器（+98%）都能正常运行。机器已得到正确安装、对齐、平衡、润滑、操作，并在大多数情况下得到了维修，以确保其能继续提供其设计用途。

在过去，Metrix会提倡使用在关键、生产限制、旋转式或往复式机械上配备振动监测系统（VMS）的传感器解决方案，并且在某些情况下，我们仍然提倡这么做。然而，在过去的20年里，机械监测领域发生了变化。

过去的争论在于，可编程逻辑控制器（PLC）或分布式控制系统（DCS）不具备用于振动和位置传感器的机械保护措施所需的扫描速度。今时不同往日，尽管扫描速度是DCS和PLC之间的一个关键区别，但它们现在都可以充分用于机器保护。PLC旨在满足扫描速度需达到十毫秒或更短的时间（0.01秒或更短）的应用。这使 PLC 能够准确控制高速运行的马达和驱动设备，比许多 VMS 快了 10 倍，因此当然足以监测径向振动和位移。然而，DCS 和 SCADA 系统不需要这么快，因为它们控制的是系统而不是单个设备。DCS 和 SCADA 系统的调节控制回路通常在 100 到 500 毫秒（0.1 到 0.5 秒）的范围内进行扫描，一般而言，这非常适合监测径向振动的变化，也足以监测位移。考虑到大多数振动和位移监测会有三（3）秒或以上的延迟，0.1 到 0.5 秒的扫描速度肯定够用（来源：艾默生：DeltaV 分布式控制系统，白皮书，2016 年 10 月；西门子：DCS 还是 PLC？帮助您选择最佳解决方案的七个问题，白皮书，2007年）。

对于对工厂生产影响不大的非关键旋转式或往复式机械，Metrix提倡使用基于变送器的解决方案来进行监测和保护，或者根据资产情况使用电子或机械开关进行保护。我们开始看到越来越多的客户针对关键旋转式和往复式机械选择振动变送器，包括使用趋近式探头的油膜轴承（亦称轴颈或套筒式轴承）的机器。

出于以下三个原因，客户逐渐从振动监测系统转向变送器/PLC/DCS/SCADA系统，以满足他们的振动监测需求：低成本、易于执行和基于异常情况的机械诊断。客户之所以选择振动变送器是因为他们所监测的机器很少发生故障，哪怕使用趋近式探头的机器也是如此，如果振动水平发生变化，他们只需得到预警即可。如果他们通过变送器发现振动趋势发生了变化，他们就会使用便携式诊断设备来诊断可能的问题。让我们调查一下为什么客户将他们的振动监测策略更改为变送器，而不是传感器和振动监测器。

振动监测转变

振动监测解决方案应取决于非计划性停机的成本。由旋转式或往复式机器问题引起的非计划性停机是令工厂损失最大高昂的停机时间。工厂因利润损失（丧失机会的成本=盈利产出损失）、加急维修、材料和人工成本、备用人工成本、质量问题、客户信任度/交付问题以及最重要的人员安全问题而蒙受损失。对机械资产所采用的传感解决方案取决于非计划性停机事件的概率。如果资产停机时间不会对人员、设施或社会造成风险，那么振动监测解决方案是最简单的（更多详情参见Metrix应用说明“监测方法”）。

从振动监测系统到变送器/PLC/DCS/SCADA 解决方案的转变在一定程度上是由于扫描速度的提高及控制系统已经在监测的数据。

问题：在下列停机参数中（如有在监测），有多少通常在振动监测系统（VMS）中可以找到，又有多少处于控制系统中？

上述问题的要点在于，如果控制系统可以监测相同的参数，为什么还需要振动监测系统？既然您极需控制系统，为什么不使用控制系统来监测和保护机器、工艺流程、人员和整个区域呢？如果控制系统可以提供充足的振动保护，那么为什么要为保护机械资产支付两倍的费用呢？

关于VMS的论点有两个方面：1）离散振动参数可以与通频振动一起被同时监测；以及2）工厂资产可以连接到状态监测系统（CMS），可以通过内联网访问。这两点尤其适用于机械资产（通常带有油膜轴承），它们使用趋近式探头作为机械振动保护的手段。

间隙电压、1倍频振幅和相位、2倍频振幅和相位、N倍频振幅和相位，以及非整数倍频振幅和相位等离散振动参数是有价值的，但没必要花时间和精力来设置和维护这些参数以使其具有意义。在大多数情况下，这些参数存在于VMS中，但从未被使用。仅使用通频振幅并将其馈送到控制系统，就像振动变送器输出一样。仅将来自框架式系统的通频振幅用于振动停机信号，就像振动变送器输出一样。除非参数能得到维护，否则将离散的振动参数输入控制系统的方法是不合理的。由于在大多数情况下，它们不会得到维护，因此将VMS作为控制系统的补充是不合理的。

对于非计划性停机成本非常高的机械资产而言，在线CMS非常方便——我们将这些资产称为关键资产（即如果没有这些资产，工厂将无法运营）。工厂不太可能有足够的人力资源对振动行为没有变化的机器进行诊断。这点从没有对上面讨论的分离振动参数采取任何行动这一事实可以看出。如果未发现振动行为有变化，为什么工厂要花数小时来查看振动图（动态数据）？他们不应该这么做。当VMS检测到振动问题并且CMS可用时，请思考一下某个设施中发生的事件的实际顺序：

1. 1. 1. 1、VMS检测到振动有明显变化，其振动幅值低于停机值。

      2. 2、机械诊断专家（通常也许是与设施相关的某个人，并且通常不是轮班操作员之一）进行线上查看（如果可能的话），或者前去工厂诊断振动的变化。

      3. 3、专家通过机械诊断过程查看可用的动态数据图，使用已安装的专用 CMS，并可能提出解决问题的建议，接受振动变化或停掉机组。

这与振动变送器通过控制系统报告问题有何不同？专家前往工厂将便携式诊断设备连接到机组的趋近式探头振动、位置和相位变送器的 BNC 所需的时间不同。延迟时间对工厂来说可能重要也可能不重要，当您认为便携式诊断设备可用于工厂的任何资产，而不仅仅是专用CMS所涵盖的关键资产时，进行诊断的延迟时间可能并不重要。借助一些便携式诊断设备，可以培训操作员连接到变送器的BNC以收集数据并将其远程发送给专家。由于可以使用便携式诊断设备从振动变送器的BNC收集动态数据，因此只有当收集诊断信息的延迟时间在经济上很重要时，VMS和控制系统的费用才是合理的。

结论

Metrix希望提供机器问题的早期预警，以便您在需要时可以执行机器诊断。