一、概况

大型旋转机械是石化、电力等工业部门的关键动力设备，实时监测这些机器的工作状态对于确保其安全运行有着十分重要的意义。这些关键设备都配备传感器自动连续地监测机器的运行参数，但是这些仪表只能显示和记录被监测信号的幅值，提示信号幅值是否超标，不能记录完整的原始数据，不具备分析功能(振动信号频谱反映的信息比振动幅值要多得多)，特别是无法记录突发故障发生时刻的原始数据，不便于查找事故原因[1]。为提高广州石化乙烯裂解三大压缩机组（裂解气压缩机PY1300、乙烯压缩机PY1600、丙烯压缩机PY1650）的监测水平，实现机组振动和主要工艺参数的网络化在线监测和分析，广州石化乙烯装置在2003年的大修改造中，引用了创为实公司研制开发的旋转机械状态监测分析系统S8000，实现了对机组的状态监视、过程数据积累、信号分析与故障诊断，最终为机组维修提供决策帮助。 

二、S8000系统功能介绍

S8000系统主要针对石油、化工、电力、冶金等行业的大型关键机组（压缩机、汽轮机、发电机组、高炉风机等）进行在线状态监测与分析。它为用户全面、深入地分析机组的运行状态，提供真实、有效、可靠的数据。系统的结构与功能如下：

1、系统组成与网络结构

S8000系统由监测分站NET8000、中心服务器WEB8000和浏览站组成，它们之间通过企业局域网来实现数据的传输。监测分站NET8000负责实时采集现场机组数据，并不断向中心服务器WEB8000发送。中心服务器负责存储机组历史数据，并以WEB方式向企业局域网发布机组运行信息。局域网内的浏览站为网络中的任何一台计算机，浏览站用户无需安装特定客户端软件就可以通过IE浏览器对机组的运行情况进行在线监控和分析。此外，中心服务器可以通过企业网的防火墙以特定方式向Internet传送数据，可实现Internet范围的浏览；通过电话拨号的方式远程登陆服务器，可以对服务器进行例行维护和S8000系统升级工作，从而使用户可将精力完全放在机组的监测与诊断工作上。

2、MODBUS通讯

监测分站NET8000既可以做主站又可以做从站。它有两个标准的RS-232C兼容串行接口，通过与DCS或其他智能仪表的通讯，可以使监测相关过程量的信号扩充至256路，其应用层协议为MODBUS传输模式。

3、基于自学习的灵敏监测

传统监测分析系统的报警监测仅包括对振动总振值的主报警和预报警，远远不足以充分反映机组的实际运行状态。作为系统的核心监测方案，S8000系统提出了“灵敏监测”思想。灵敏监测思想是一套关于系统的报警监测、统计学习以及历史数据存储的综合概念[3]。系统可针对不同机组，对机组振动的矢量及其振动矢量的变化类型进行全方位监测，大大增加了监测的信息量，提高了监测灵敏度。灵敏监测具有自学习功能，它能收集机组正常运行阶段的所有信息，利用专门的数学统计算法对这些信息进行统计学习，从而得到该机组在相应工作状态下的监测门限值，真正做到了有针对性地监测机组日常运行情况。

4、自动触发的高密度起停机监测

机组起停机数据是非常重要的。S8000系统采用自动触发的起停机监测，自动判断已进入起停机状态的时间是否小于0.3s，起停机数据密度最多可达到每秒钟20到50组数据。起停机数据采集自动进行，无需人工干预，系统可根据转速变化自动识别并触发起停机录波，起停机过程与正常监测互不干扰，可以完成多个机组同时起停机的数据捕捉，避免特殊情况下的数据丢失。即使在无人职守情况下的故障停机，系统也能轻松实现对数据的收集与保存。在机组起停机过程中，正常监测和起停机录波同步进行，可通过各个图谱实时观察机组的运行状态，可完整保留转子动态特性数据及过程量信息。

5、基于事件与基于时间的双重存储

同以前的按时间间隔存储数据的方式不同，灵敏监测技术采用基于“事件”与基于时间相结合的数据存储方法，从根本上解决了数据存储与数据有效性之间的矛盾。机组状态变化超过了限定值（自学习值）称为一次“事件”，当有“事件”发生，就会触发数采器采集各通道的数据并将状态变化的原因记录下来[3]。另外，为了对机组的整个运行状态有彻底的了解，在机组正常运行状态下，每隔一段设定的时间来采集各通道的正常数据。这种双重存储，做到了无故障时少采样，有故障时多采样，保证没有多余的与诊断无关的信息存储，不会丢失重要的机组信息，不仅保存了全部采样数据，而且大大减少了存储量。

6、远程IE浏览

S8000系统采用IE方式浏览，S8000系统在接入工厂网络后，其网络上的任何一台计算机无需安装专用软件就可以通过IE浏览器进行所有监控和分析工作。S8000系统支持多种网络协议，可方便的与工厂局域网、Internet网相连接。各级设备管理人员，无需赶赴现场，在办公室甚至在家中，就可通过局域网或Internet，得到机组状态的各种信息。

7、远程诊断、升级和维护

诊断专家可利用S8000能接入Internet或远程拨号的功能，远程为现场机组会诊，及时了解机组状况或进行分析诊断。系统也可通过网络来实现远程升级和维护。监测分站 Net8000既是现场采集分析站又是独立运行的WEB 服务器。Net8000采用专门设计的芯片和内置嵌入式Linux操作系统构建成为专用采集分析站，打破了国产系统PC机+数采卡+Windows 或Dos操作系统的局限，大大提高了系统的稳定性和可靠性。 

三、S8000系统现场应用

系统于2003年4月在广州石化乙烯区乙烯裂解三大压缩机组正式投入使用，此系统由3台NET 8000监测分站 、一台 WEB800服务器和若干浏览站组成。它们负责监测裂解气压缩机组PY1300、乙烯压缩机组PY1600、丙稀压缩机组PY1650的转速、振动与位移等参数，并通过科学诊断分析，及时得到机组实时、可靠的运行情况并制定相应的措施。

1、系统构成

现场压缩机组通过探头传感器、Bently3300监测系统将机组的振动、位移等现场数据传送到3台独立的现场数据采集监测分站NET8000上，每台NET8000负责监测一台机组。该方式可靠性高，不会因为某一套采集监测分站的采集卡或其他硬件设备故障而导致对其他机组的信息无法进行采集和分析。NET8000通过广州石化局域网将现场机组实时数据发送到中心服务器WEB8000。浏览站的数量不受任何限制，只要联网的任何一台计算机中安装有 IE 5.0以上版本，利用授权密码均可通过IE浏览器登录网页，实现对现场机组的远程监测、分析和诊断。

系统组成结构框图如图1所示。    

2、信号来源

三台NET8000现场监测分站均采用盘装的方式安装在乙烯区控制室机柜间一个独立的机柜内，现场机组与对应监测分站的测量点统计如表1。

表1 现场机组与对应监测分站测量点统计表

（1）径向振动和轴向位移信号

裂解气压缩机组、乙烯压缩机组、丙烯压缩机组的径向振动和轴向位移信号，直接来自Bently3300的输出缓冲端口，通过厂家提供的专用25芯电缆接线端子模块和 25

现场传感器采用美国Bently Nevada公司的在线监测保护装置，即Bently3300传感器系统。它可连续测量和监视不同的机械参数，如径向振动和轴向位移信号等，并能提供机组的运行工况，同时对早期确认机械故障可提供重要的信息[2]。

Bently3300传感器系统由8mm趋近式探头传感器、延伸电缆、前置放大器和指示仪等组成。这种探头表面有一个封闭的传感器线圈，通过线圈的高频工作电流在探头前端产生一个交流磁场，当探头靠近转动轴时，轴表面将感应出电涡流，同时，闭合的电涡流也在轴表面感应出一个对应的磁场，与探头线圈的交变磁场作用相反，由于反作用磁场的抵消作用，使探头产生的交变磁场受到损耗，这种损耗被前置放大器检测出来，这样，探头与轴面的间隙就可以通过磁场耦合反映到前置放大器的输出电压上，并且构成一定的特性曲线关系[4]。其原理图如图2所示。