在線監測技術在大型減速機冷卻系統上的應用

李毅

（寶鋼股份武鋼有限煉鋼廠，湖北 武漢 430083）

0 引言

隨著傳感器設備及技術的發展與普及，對設備狀態進行在線監測已得到廣泛應用。武鋼有限煉鋼廠MAN公司450t吊車主起升機構減速機為行星減速機，該設備能否正常運行，不僅關系到高昂的備件費用和生產成本問題，更關系到人命關天的安全問題。而行星減速機的使用壽命和運行溫度有直接關系，因此配有減速機潤滑油冷卻系統幫助減速機散熱。一旦潤滑油冷卻系統發生故障停止運行，將導致減速機溫度迅速升高[1]。在此背景下，為實時監測冷卻系統的工作狀態，增加在線監測系統是保障冷卻系統正常運行的重要手段。

1 潤滑油冷卻系統介紹

潤滑油冷卻系統是對主卷行星減速機進行散熱降溫的設備，它由控制系統、油泵電機、散熱風機、冷卻銅管、過濾器等部分組成。它的工作原理是：油泵電機使行星減速機內的潤滑油經過冷卻系統油管進行循環，油管與散熱的銅管相連，通過散熱風機對冷卻銅管進行散熱。冷卻系統有上、下兩臺油泵電機，可通過轉換開關控制兩臺電機輪流運行[2]。

2 在線監測系統的構成

2.1 在線監測系統的組成框圖

圖1 在線監測系統組成框圖

2.2 在線監測系統各部件安裝

在行星減速機潤滑油冷卻系統的出油管路上設置電子壓力變送器，用于監測冷卻系統內循環油液的壓力。在冷卻系統過濾器上設置電子差壓變送器，用于監測過濾器兩側的壓力差，判斷濾芯是否有堵塞情況發生。在冷卻系統出油管路上設置電子溫度變送器，用于監測冷卻系統出油的溫度值。在吊車電氣室內設置監測系統控制箱，控制箱內包含穩壓電源、壓力隔離變送器、差壓隔離變送器、溫度隔離變送器等[3]。在吊車操作室內設置終端顯示設備及報警儀。

3 在線監測系統的工作原理

3.1 傳感變送器工作原理

壓力變送器工作時，高、低壓側的隔離膜片將過程壓力傳遞給油液，接著油液將壓力傳遞到傳感器中心的傳感膜片上。壓力變送器傳感膜片是一個張緊的彈性元件，其位移隨所受壓力的變化而變化，且位移量與壓力成正比。在測量絕對壓力時，壓力變送器在低壓側始終保持一個參考壓力。變送器通過傳感器兩側的電容極板檢測傳感膜片的位置，傳感膜片和電容極板之間電容的差值被轉換為4~20mA的電流輸出信號。

差壓變送器的工作原理與壓力變送器相同，不同的是差壓變送器測量的是高、低壓側的壓力差值，低壓側不再是始終保持一個參考壓力，差值同樣被轉換為4~20mA的電流輸出信號。

溫度變送器采用Pt100熱電阻作為測溫元件，根據熱電阻阻值隨溫度變化而變化的關系，將電阻信號送到變送器模塊，轉換成與溫度成線性關系的4~20mA的電流信號輸出。

3.2 終端設備功能介紹

終端設備顯示裝置采用無紙記錄儀，該設備具有高性能32位ARM微處理器，可同時實現8路信號的檢測、記錄、顯示和報警，每路通道可自由設定報警值并提供多種形式數據報表，可通過軟件組態接駁多種信號。無紙記錄儀配有大容量FLASH閃存芯片可用來儲存歷史數據，掉電不丟失數據，自帶8路繼電器報警輸出。

報警儀采用與無紙記錄儀輸出信號匹配的8通道閃光報警器，它通過與無紙記錄儀內部的報警繼電器連接，可實現異常時的聲音和燈光報警[4]。

3.3 在線監測系統電氣控制原理

將吊車電氣室在線監測系統控制箱內的壓力隔離變送器、差壓隔離變送器、溫度隔離變送器接入DC24V工作電源，各隔離變送器的DC24V電源給現場冷卻系統上對應的壓力變送器、差壓變送器及溫度變送器供電。隔離變送器的輸入端接入對應的各變送器的輸出信號，輸出端接入吊車操作室無紙記錄儀設備。由于只需監測潤滑油冷卻系統的壓力、差壓及油溫三個變量，所以只需要使用無紙記錄儀RO1、RO2、RO3三個報警通道，分別將這三個通道輸出端與報警儀中的三個閃光報警器相連，電氣原理圖如下圖2所示。

圖2 在線監測系統電氣原理圖

工作中，壓力變送器、差壓變送器及溫度變送器分別實時采集潤滑油冷卻系統的壓力值、差壓值及油溫值，并將測量值轉換為電信號，輸出4～20mA的電流信號到隔離變送器。這里隔離變送器主要起到兩個作用：一是隔離作用，即避免工業現場環境中各種不同的干擾通過不同的耦合方式進入測量系統，使測量結果偏離準確值；二是保安作用，即保護后級無紙記錄儀設備的安全，使其免受不安全信號的損害。隔離變送器輸出對應的4~20mA的電流信號到無紙記錄儀，該設備通過組態設定，將接收到的電流信號再轉換為實際的測量值進行顯示、記錄等，并在測量值達到報警值時控制相應通道的報警繼電器動作，使閃光報警器發出報警。

3.4 無紙記錄儀組態設定

3.4.1 輸入組態設定

在輸入組態中，設定通道1為冷卻系統壓力監測，設定顯示位號為中文名稱“油壓”，設定工程單位為Mpa，設定通道類型為電流，設定信號類型為4~20mA，設定信號量程為4.00~20.00，設定顯示量程為0.00~1.00。

設定通道2為冷卻系統差壓監測，設定顯示位號為中文名稱“差壓”，設定工程單位為Bar，設定通道類型為電流，設定信號類型為4~20mA，設定顯示量程為0.00~2.00。

設定通道3為潤滑油溫度監測，設定顯示位號為中文名稱“油溫”，設定工程單位為℃，設定通道類型為電流，設定信號類型為4~20mA，設定顯示量程為0.00~120.00。

3.4.2 記錄組態設定

在記錄組態中，設定記錄模式為循環記錄，即當記錄儀內最后一個文件記錄滿時，從第一個文件繼續記錄，按照新文件替換老文件的方式循環記錄歷史數據。設定記錄間隔為2秒，即每隔2秒記錄一次數據。設定觸發條件為上電，即記錄儀每次上電啟動后，自動建立新文件并開始記錄數據。設定記錄類型為測量實時值，即不做任何篩選和計算[5]。

3.4.3 報警組態設定

在報警組態中，有四種報警類型可供選擇：H、L、I、D。H為上限報警，L為下限報警，I為增量報警，D為減量報警。

設定通道01（油壓）報警類型為L，報警值為0.2 Mpa，報警繼電器設為RO1。當監測到冷卻系統循環油液的壓力值小于0.2Mpa時，認為冷卻油泵沒有正常工作，RO1繼電器動作，觸發報警儀發出聲光報警，提示檢查冷卻油泵工作狀態。

設定通道02（差壓）報警類型為H，報警值為1Bar，報警繼電器設為RO2。當監測到冷卻系統過濾器兩側的差壓值大于1Bar時，認為過濾器的濾芯有堵塞現象，RO2繼電器動作，觸發報警儀發出聲光報警，提示更換濾芯。

設定通道03（油溫）報警類型為H，報警值為80℃，報警繼電器設為RO3。當監測到冷卻系統出油溫度值大于80℃時，認為潤滑油溫度過高，RO3繼電器動作，觸發報警儀發出聲光報警，提示檢查冷卻系統散熱風機工作狀態。

4 結語

在線監測技術在MAN公司450t吊車主卷行星減速機冷卻系統上應用后，取得了良好的效果，在操作室內司機可以實時觀察冷卻系統的油壓、差壓和油溫值。當監測值達到異常時，報警儀會立即發出燈光和聲音報警。另外，該設備還具有數據存儲功能，可以記錄下各監測量的數據和異常報警信息。該在線監測系統的成功應用，徹底消除了人工巡檢的弊病，確保了主卷行星減速機在良好的條件下工作，提高了行星減速機的使用壽命和安全性。