電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)在線綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與構(gòu)建

【摘要】電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)在生產(chǎn)線安檢中是重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象，傳統(tǒng)采用人工離線方式定期巡檢。本文應(yīng)用傳感設(shè)備檢測(cè)狀態(tài)信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸數(shù)據(jù)，組態(tài)軟件采集管理數(shù)據(jù)的方法實(shí)現(xiàn)了電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)診斷設(shè)備故障并維修設(shè)備，避免經(jīng)濟(jì)損失，保證生產(chǎn)安全穩(wěn)定。

【關(guān)鍵詞】電機(jī);在線監(jiān)測(cè);專家系統(tǒng);冗余

一、引言

針對(duì)鮑店煤礦選煤廠電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行環(huán)境，為減少事故，降低能耗，確保安全生產(chǎn)，運(yùn)用測(cè)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等方法，對(duì)重要關(guān)鍵設(shè)備的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用。在設(shè)備不停機(jī)的情況下通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)的三相電壓、電流、溫度、振動(dòng)等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，對(duì)采集的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行算法分析，以信息融合理論來(lái)綜合判斷其運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，有無(wú)異常與劣化征兆。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理，實(shí)現(xiàn)能耗評(píng)估，設(shè)備故障報(bào)警、檢修預(yù)警等功能，以便提前制定采取針對(duì)性措施來(lái)控制和防止事故的發(fā)生，從而避免設(shè)備突發(fā)性故障造成的設(shè)備損壞以及停工停產(chǎn)等巨大損失，減少計(jì)劃維修所造成的一些浪費(fèi)，不斷提高設(shè)備完好率與使用率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的綜合監(jiān)控及保護(hù)。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

電機(jī)在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖1，為增加系統(tǒng)可靠性，采用冗余設(shè)計(jì)方案，主從設(shè)備互為備份自動(dòng)切換。在選煤廠原煤車間生產(chǎn)線上，選取16臺(tái)重要關(guān)鍵設(shè)備電機(jī)和2個(gè)分級(jí)篩作為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象，主要監(jiān)測(cè)電機(jī)三相電壓、三相電流、功率、電量、溫度、振動(dòng)等運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。電壓和電流互感器檢測(cè)電機(jī)三相電信號(hào)，經(jīng)三相電參數(shù)模塊計(jì)算出各個(gè)電參數(shù)并通過(guò)RS485總線傳送到串口服務(wù)器。串口服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)向電機(jī)綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供各個(gè)電參數(shù)模塊的數(shù)據(jù)。溫度傳感器檢測(cè)電機(jī)溫度，經(jīng)溫度變送器輸出模擬信號(hào)到信號(hào)隔離器。振動(dòng)傳感器檢測(cè)分級(jí)篩振動(dòng)，經(jīng)振動(dòng)模塊輸出模擬信號(hào)到信號(hào)隔離器。信號(hào)隔離器輸出模擬信號(hào)到西門子PLC。PLC計(jì)算溫度和振動(dòng)值并通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)向電機(jī)綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供溫度和振動(dòng)數(shù)據(jù)。綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集存儲(chǔ)電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理分析，監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)，判斷故障報(bào)警。

圖1 電機(jī)在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

三、監(jiān)測(cè)技術(shù)方法

1.電機(jī)電參數(shù)檢測(cè)

鑒于配電柜空間不足等實(shí)際情況，為方便安裝，電機(jī)電流信號(hào)檢測(cè)采用開啟式電流互感器，其變比根據(jù)每臺(tái)電機(jī)的功率進(jìn)行選擇，輸出量程5A。電機(jī)電壓信號(hào)采用電壓互感器，輸入量程300V。三相電參數(shù)模塊采用力創(chuàng)EDA9033模塊，該模塊自帶3個(gè)電壓互感器。電參數(shù)模塊計(jì)算三相相電壓Ua、Ub、Uc;三相電流Ia、Ib、Ic;功率因數(shù)PF、正反向有功電度等電參數(shù)，通過(guò)MODBUS-RTU協(xié)議輸出到串口服務(wù)器。串口服務(wù)器采集16路電參數(shù)模塊數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)協(xié)議。

2.電機(jī)溫度檢測(cè)

電機(jī)溫度檢測(cè)采用西門子防爆型一體化溫度變送器，傳感器為Pt100熱電阻，安裝于電機(jī)吊環(huán)上。溫度變送器檢測(cè)熱電阻隨溫度變化的電阻值，對(duì)應(yīng)輸出4-20mA模擬信號(hào)。為增加現(xiàn)場(chǎng)儀器的抗干擾和安全性，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)隔離器接入S7-300 PLC模擬量模塊。PLC根據(jù)變送器量程計(jì)算出電機(jī)溫度，通過(guò)通訊模塊接入到以太網(wǎng)交換機(jī)。

3.電機(jī)振動(dòng)參數(shù)檢測(cè)

分級(jí)篩振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)采用加速度傳感器，用螺栓固定在分級(jí)篩安裝支架上，檢測(cè)水平和垂直振動(dòng)參數(shù)。。加速度傳感器把振動(dòng)篩的機(jī)械振動(dòng)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出， 實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械振動(dòng)信息的檢測(cè)。XM120振動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊采用24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，對(duì)接入傳感器信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)加速度電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系，計(jì)算振動(dòng)頻率、幅值、速度等測(cè)量參數(shù)?？梢栽O(shè)置選擇其中的某個(gè)參數(shù)輸出為4-20mA模擬信號(hào)，再經(jīng)信號(hào)隔離器接入PLC模擬量模塊，計(jì)算振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)。

4.上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

電機(jī)綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上位機(jī)軟件采用亞控組態(tài)王KingView開發(fā)設(shè)計(jì)。綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)自動(dòng)實(shí)時(shí)讀取存儲(chǔ)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)。人機(jī)界面通過(guò)曲線圖、圖表、報(bào)表等方式顯示數(shù)據(jù)（見圖2電機(jī)綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)人機(jī)界面主圖）。對(duì)每臺(tái)監(jiān)測(cè)設(shè)備單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)參數(shù)界面：包括電壓、電流、溫度、振動(dòng)等設(shè)備測(cè)量數(shù)據(jù)。對(duì)每個(gè)參數(shù)都有報(bào)警設(shè)置，并有動(dòng)畫提示。

圖2 電機(jī)綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)人機(jī)界面主圖

四、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示采集的電機(jī)各個(gè)參數(shù)值（見圖2）。每臺(tái)設(shè)備的曲線圖顯示各個(gè)參數(shù)的歷史曲線（見圖3），在圖中下方可以選擇顯示或隱藏各個(gè)參數(shù)值。圖3顯示的是141電機(jī)一段工作時(shí)期的溫度數(shù)據(jù)曲線，可以觀測(cè)出電機(jī)因負(fù)載變化而引起的溫度變化，都處于正常范圍值內(nèi)。綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)同時(shí)根據(jù)建立的電機(jī)故障專家系統(tǒng)規(guī)則庫(kù)和設(shè)備運(yùn)行模型相分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)趨勢(shì)。當(dāng)設(shè)備參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，高亮閃爍顯示數(shù)值提示報(bào)警信息， 并由專家系統(tǒng)給出可能故障原因和維修建議。

圖3 141溫度數(shù)據(jù)曲線圖

五、結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測(cè)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，可以及時(shí)、連續(xù)地反應(yīng)設(shè)備運(yùn)行狀況，分析設(shè)備的狀態(tài)變化趨勢(shì)，診斷被監(jiān)測(cè)設(shè)備故障的可能原因，以及檢查和驗(yàn)收維修效果。為選煤廠對(duì)設(shè)備故障早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早預(yù)防，早排除提供了技術(shù)保障。發(fā)揮了避免設(shè)備突發(fā)性故障造成的設(shè)備損壞、減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間及降低維修成本、提高生產(chǎn)效率和安全性的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]韓兵.現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)監(jiān)控與組態(tài)軟件[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2008.6

[2]馬宏忠.電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2008.3

[3]余紅粒，電機(jī)保護(hù)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2006.10，2006年第10期，頁(yè)42-44

作者簡(jiǎn)介：羅旋（1979—），男，碩士，山東省計(jì)算中心（國(guó)家超級(jí)計(jì)算濟(jì)南中心）、山東省計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室助理研究員，主要從事自動(dòng)化控制、電子信息、嵌入式系統(tǒng)方面研究。

通訊作者：韓路躍。