電動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

杜曉冬　鄭芳　李曉晨

摘 要：電動(dòng)機(jī)在現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中起著至關(guān)重要的作用，其工作狀態(tài)的好壞直接影響著生產(chǎn)工作能否有序進(jìn)行。然而，當(dāng)前對(duì)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)的監(jiān)控模式相對(duì)落后，無法及時(shí)掌握準(zhǔn)確的狀態(tài)信息，缺乏對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行科學(xué)的養(yǎng)護(hù)，極易造成非計(jì)劃性停機(jī)。因此，急需研究出一套電動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)來完善原有的監(jiān)控模式，并利用新的監(jiān)控系統(tǒng)，全面實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的預(yù)測(cè)性維修，確保電動(dòng)機(jī)的安全、有效運(yùn)行，保證生產(chǎn)秩序。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)；PLC；實(shí)時(shí)監(jiān)控

1.引言

電動(dòng)機(jī)作為一種拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備，已經(jīng)成為絕大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的動(dòng)力基礎(chǔ)，其是否能夠安全、可靠的運(yùn)行直接關(guān)系著生產(chǎn)工作的順利與否，尤其是以大功率電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力基礎(chǔ)的通風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)、除塵風(fēng)機(jī)等，對(duì)使用單位來說，確保電動(dòng)機(jī)在良好的狀態(tài)下運(yùn)行就顯得尤為重要。

一直以來我國(guó)普遍采用的是以事后維修為主，計(jì)劃性維修養(yǎng)護(hù)為輔的設(shè)備維保模式，然而隨著科技的發(fā)展，工業(yè)維修策略已從修理損壞的設(shè)備，到有間隔的進(jìn)行預(yù)防性維修，再發(fā)展到如今的設(shè)備狀態(tài)預(yù)測(cè)性維修。在實(shí)際應(yīng)用中，預(yù)測(cè)性維修是基于每臺(tái)設(shè)備的狀態(tài)，通過狀態(tài)檢測(cè)工具來采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，隨后相關(guān)人員對(duì)數(shù)據(jù)情況進(jìn)行分析匯總，并得出結(jié)論，指導(dǎo)維修任務(wù)的安排，對(duì)存在故障隱患的設(shè)備及早做出響應(yīng)，以避免進(jìn)一步惡化致使設(shè)備出現(xiàn)不可修復(fù)性損害，帶來更嚴(yán)重的后果。

2.電動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

2.1 電動(dòng)機(jī)故障分析

電動(dòng)機(jī)故障一般可分為電氣故障和機(jī)械故障。電氣方面主要是電動(dòng)機(jī)的繞組接地、短路、開路、接觸不良、鼠籠斷條等故障；機(jī)械方面則主要是軸承磨損、轉(zhuǎn)子掃膛等引起的振動(dòng)故障。電機(jī)運(yùn)行時(shí)溫度的升高，也直接影響著電動(dòng)機(jī)的壽命和運(yùn)行可靠性，因此準(zhǔn)確的估算并檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的溫升，不僅可以保證電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行，而且可以提高電動(dòng)機(jī)的使用壽命、節(jié)約原材料和電能，以及對(duì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)計(jì)都有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

從電動(dòng)機(jī)各類故障的發(fā)生概率以及嚴(yán)重性上來說，振動(dòng)引發(fā)的問題頻率較高也比較復(fù)雜，其是旋轉(zhuǎn)類設(shè)備最常見的問題，也是設(shè)備損壞的一大驅(qū)動(dòng)性因素。設(shè)備的各部件在運(yùn)行過程中都會(huì)產(chǎn)生不同程度的振動(dòng)，設(shè)備的振動(dòng)往往會(huì)影響其工作精度，加劇設(shè)備的磨損，加速疲勞破壞，而隨著磨損的增加和疲勞損傷的加重，設(shè)備的振動(dòng)也將更加劇烈，如此惡性循環(huán)，最終將導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生故障甚至損壞。

引起振動(dòng)的直接原因就是回轉(zhuǎn)體重心與旋轉(zhuǎn)軸的不重合，在這些可能發(fā)生的故障當(dāng)中，又以電動(dòng)機(jī)的軸承及葉片故障為主。通常情況下來說，對(duì)這些運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量一般不會(huì)影響設(shè)備的正常工作，可在設(shè)備運(yùn)行過程中同步獲取所需的運(yùn)行信號(hào)。

2.2 可行性分析

通過以上分析，電動(dòng)機(jī)在由正常狀態(tài)向故障狀態(tài)異變時(shí)，其振動(dòng)、電流和溫度信息會(huì)發(fā)生變化，這些微弱的變化依靠人工點(diǎn)檢，是無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)的。因此，開發(fā)電動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)有效部位的振動(dòng)、溫度和電流進(jìn)行測(cè)量、監(jiān)控就顯得尤為重要，通過日常的數(shù)據(jù)的采集，并對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)中正常運(yùn)行時(shí)的歷史數(shù)據(jù)，就可及時(shí)發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況的改變，從而發(fā)出預(yù)警，及時(shí)安排檢修維護(hù)來改善電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況，做到預(yù)測(cè)維修。

3.方案設(shè)計(jì)

3.1 硬件部分

通過理論分析，電動(dòng)機(jī)由正常狀態(tài)向故障狀態(tài)異變時(shí)，其運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)也在發(fā)生著改變，所以只要設(shè)計(jì)一套能夠準(zhǔn)確采集、分析設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的系統(tǒng)，就可以預(yù)測(cè)設(shè)備故障，做到預(yù)測(cè)維修。

電動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括電動(dòng)機(jī)的電流、溫度和振動(dòng)等信號(hào)，通過將溫度和振動(dòng)傳感器安裝在電動(dòng)機(jī)本體上，并在電動(dòng)機(jī)旁設(shè)置一個(gè)采集子站，在數(shù)據(jù)子站內(nèi)把傳感器微弱、易受干擾的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為高速、準(zhǔn)確的數(shù)字信號(hào)，通過數(shù)據(jù)總線上傳到數(shù)據(jù)采集總站來完成整套監(jiān)測(cè)功能。

在設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上，由于電動(dòng)機(jī)的電流信號(hào)在電控柜內(nèi)，所以電動(dòng)機(jī)電源部分用電流互感器采集，但是電流互感器一般輸出0-5A電流信號(hào)，不是標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。因此在電動(dòng)機(jī)控制柜旁設(shè)置一數(shù)據(jù)采集總站，負(fù)責(zé)采集電動(dòng)機(jī)的電流信號(hào)和頻率信號(hào)，同時(shí)通過數(shù)據(jù)總線接收各個(gè)子站傳送來的電動(dòng)機(jī)振動(dòng)和溫度信號(hào)。在數(shù)據(jù)總站內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，并把處理過的電動(dòng)機(jī)狀態(tài)信號(hào)上傳到數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析部分負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)采集總站傳送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理，產(chǎn)生報(bào)警信息，進(jìn)行故障診斷。

3.2 軟件部分

該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件部分由底層軟件和數(shù)據(jù)分析軟件兩部分組成。底層軟件是PLC內(nèi)的控制軟件，完成整個(gè)主站和和各個(gè)子站內(nèi)軟硬件組態(tài)、IP地址分配和硬件采集信號(hào)的設(shè)定，負(fù)責(zé)電動(dòng)機(jī)溫度、振動(dòng)、電流等狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換從而生成預(yù)警和報(bào)警信號(hào)等。

數(shù)據(jù)分析軟件使用西門子WINCC和SQL SERVER開發(fā)的專用軟件，運(yùn)行在專用工控計(jì)算機(jī)上，負(fù)責(zé)控制參數(shù)、報(bào)警參數(shù)的設(shè)置，報(bào)警狀態(tài)的顯示，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析，實(shí)現(xiàn)故障的在線診斷。

4.結(jié)束語

該電動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于某單位風(fēng)力除塵系統(tǒng)，能夠?qū)﹄妱?dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)控，操作人員只需在計(jì)算機(jī)上就可以查看電動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)根據(jù)設(shè)備歷史運(yùn)行曲線深度分析設(shè)備運(yùn)行狀況，通過一段時(shí)間的運(yùn)用，全面達(dá)到了制定出設(shè)備維護(hù)周期，科學(xué)安排維修任務(wù)的目的，克服了設(shè)備的無計(jì)劃停機(jī)對(duì)生產(chǎn)的影響，大大提高了生產(chǎn)效率，為企業(yè)帶來了極為可觀的有形效益和無形效益。

參考文獻(xiàn)

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