智能點(diǎn)檢傳感器在電機(jī)上的應(yīng)用研究

肖大釗

（廣東省粵電集團(tuán)有限公司珠海發(fā)電廠，廣東 珠海 519050）

1 行業(yè)資訊

2016 年，ABB 在漢諾威展上推出一款高科技的電機(jī)智能傳感器，命名為ABB AbilityTM Smart sensor，得到了全球工業(yè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，該傳感器顛覆性的創(chuàng)新理念得到了廣泛的認(rèn)可。2017 年6 月，ABB 在中國(guó)杭州的ABB 電力和自動(dòng)化客戶日上推向中國(guó)市場(chǎng)。

2 設(shè)備維修理念的變化

現(xiàn)代設(shè)備維修管理理念發(fā)生著深刻的變化，從早期的被動(dòng)維修，到預(yù)防性維修，到基于設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測(cè)性維修，經(jīng)歷了三個(gè)主要階段。

被動(dòng)檢修，又稱事后維修，是基于有故障才維修的方式，屬于非計(jì)劃性維修，造成的停產(chǎn)損失較大。

預(yù)防性維修是根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃和經(jīng)驗(yàn)，按規(guī)定的時(shí)間間隔進(jìn)行停機(jī)檢查、解體、更換零部件，以預(yù)防損壞、繼發(fā)性毀壞及生產(chǎn)損失，也就是目前所普遍采用的計(jì)劃維修或定期維修，如大、中、小修等。

預(yù)測(cè)性維修通過(guò)在設(shè)備上加裝設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（“CMS”Condition Monitoring System）與物聯(lián)網(wǎng)（IOT Internet of Things）技術(shù)結(jié)合對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)采集；基于云端服務(wù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析展示和預(yù)警報(bào)警和設(shè)備管理及報(bào)告；對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)分析，實(shí)現(xiàn)故障專業(yè)診斷、零部件壽命預(yù)測(cè)，優(yōu)化維修資源和零部件庫(kù)存，從而降低設(shè)備全壽命周期的運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)維。

3 應(yīng)用特點(diǎn)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集器嵌入了多種分析算法能對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波清洗等預(yù)處理，并實(shí)現(xiàn)故障的預(yù)警報(bào)警，通過(guò)高性能4G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將設(shè)備狀態(tài)信息傳輸至云端平臺(tái)，進(jìn)行展示和精密故障診斷。預(yù)測(cè)性維修集設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷、壽命預(yù)測(cè)、維修決策支持和維修活動(dòng)于一體，既避免了維修不足，也避免了過(guò)度維修，是一種新興的維修方式，也是國(guó)內(nèi)外設(shè)備維修管理的最高境界。

在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)無(wú)線上云，云端智能預(yù)警、后臺(tái)專家診斷，整個(gè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)即插即用快速部署。該系統(tǒng)和服務(wù)可提高設(shè)備利用率36%，減少運(yùn)維費(fèi)用35%，可廣泛使用在電力、化工、水務(wù)、冶金、環(huán)保等諸多行業(yè)中。

4 研究與探索

4.1 早期發(fā)布產(chǎn)品的功能性和兼容性

該產(chǎn)品可以兼容外形尺寸在140-449（NEMA）和160-450（IEC）、支持直接起動(dòng)（DOL）聯(lián)網(wǎng)和連續(xù)負(fù)荷（S1）的標(biāo)準(zhǔn)鑄鐵散熱筋型異步電機(jī)。該解決方案通過(guò)智能手機(jī)將數(shù)據(jù)從傳感器傳輸至互聯(lián)網(wǎng)。監(jiān)測(cè)參數(shù)包括表面溫度、軸承狀態(tài)和整體震動(dòng)，即將發(fā)布將兼容更多類型的電機(jī)、DOL 間歇運(yùn)行以及VFD（變頻器）控制的電機(jī)。監(jiān)測(cè)的參數(shù)范圍也將在階段性基礎(chǔ)上得到擴(kuò)大，以覆蓋上述列表。傳感器和互聯(lián)網(wǎng)之間的自動(dòng)化數(shù)據(jù)通信將采用專用網(wǎng)關(guān)，以消除定期使用智能手機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)而收集數(shù)據(jù)的需求。

4.2 熱點(diǎn)及工作流程（圖1）

傳感器安裝在電機(jī)的散熱筋外殼，通過(guò)手機(jī)的App 或者無(wú)線網(wǎng)關(guān)搜集傳感器的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在ABB 的云端安全服務(wù)器進(jìn)行快速分析，立即將結(jié)果顯示在手機(jī)的App 里和電腦網(wǎng)頁(yè)上（手機(jī)和傳感器設(shè)備的數(shù)據(jù)信息傳送距離在12 米范圍內(nèi)）。

圖1

4.3 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益分析

通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，不僅有良好的經(jīng)濟(jì)效益，還有顯著的社會(huì)效益。

（1）首先實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)企業(yè)的智能化升級(jí)，建立了核心設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)體系，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)大數(shù)據(jù)的核心價(jià)值，符合現(xiàn)代工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展理念。

（2）減少了對(duì)能源的浪費(fèi)，非計(jì)劃停機(jī)往往造成整個(gè)生產(chǎn)線被迫重復(fù)生產(chǎn)，浪費(fèi)原材料和能源。

（3）提升了工業(yè)企業(yè)的運(yùn)營(yíng)效率，監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)的獲得，使得企業(yè)對(duì)核心設(shè)備狀態(tài)及時(shí)掌握，有計(jì)劃安排維修資源進(jìn)行設(shè)備檢修，變被動(dòng)為主動(dòng)，進(jìn)而提升了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

4.4 實(shí)際應(yīng)用成果

珠海電廠是粵電集團(tuán)旗下的大型發(fā)電公司位于珠海市金灣區(qū)南水鎮(zhèn)臨港工業(yè)區(qū)，東距珠海市區(qū)50 公里，廠區(qū)占地面積115 萬(wàn)平方米。珠海發(fā)電廠是中外合作興建的大型火力發(fā)電廠，是國(guó)家“九五”計(jì)劃的重點(diǎn)項(xiàng)目之一。2000 年4 月3 日第一臺(tái)機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行，第二臺(tái)機(jī)組于2001 年2 月5日投入商業(yè)運(yùn)行。2004 年11 月1#、2#機(jī)組脫硫工程也順利開(kāi)工建設(shè)，2006 年10 月投入運(yùn)行。

現(xiàn)場(chǎng)使用的電機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備都是在百臺(tái)以上，設(shè)備的故障損耗大、人員巡檢難度強(qiáng)度高，綜合成本太大。作為有著先進(jìn)的管理理念，及技術(shù)力量的電廠；對(duì)于智能化管理及系統(tǒng)設(shè)備智能化監(jiān)測(cè)的管理更為重視；ABB 于2017 年12 月為珠海電廠安裝了一臺(tái)ABB 電機(jī)智能監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)實(shí)際運(yùn)行和數(shù)據(jù)比對(duì)，深深地取得了珠海電廠的認(rèn)可，因此，珠海電廠采購(gòu)了14 臺(tái)智能傳感器用于脫硫段的部分電機(jī)上。

珠海電廠脫硫段14 臺(tái)電機(jī)智能監(jiān)測(cè)裝置就像給電機(jī)戴了健康腕表，對(duì)電機(jī)運(yùn)行和健康數(shù)據(jù)進(jìn)行定期和精確地監(jiān)測(cè)，并將數(shù)據(jù)通過(guò)智能手機(jī)發(fā)送到安全的云端服務(wù)器。隨后，通過(guò)專業(yè)的算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，分析結(jié)果被推送到智能手機(jī)終端或?qū)Ｏ砥脚_(tái)。智能監(jiān)測(cè)裝置在反饋出來(lái)的信息和專用的檢測(cè)設(shè)備儀器，幾乎是一樣的。信息反饋的數(shù)據(jù)與計(jì)劃性的停機(jī)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查維修中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和智能監(jiān)測(cè)裝置完全一致。

在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題提醒及時(shí)計(jì)劃新的停機(jī)處理：

10 月9 日～15 日，脫硫段2-1#/2-3#氧化風(fēng)機(jī)電機(jī)軸承摩擦振動(dòng)較大、電機(jī)不對(duì)中；檢測(cè)裝置給出告警信號(hào)；現(xiàn)場(chǎng)檢修人員及時(shí)計(jì)劃停電，對(duì)其進(jìn)行檢修、維護(hù)，加油潤(rùn)滑、調(diào)整對(duì)中，使其恢復(fù)正常。

圖2

5 發(fā)展趨勢(shì)

目前，絕大多數(shù)工業(yè)的機(jī)組狀態(tài)主要依靠人工定期巡檢來(lái)進(jìn)行，實(shí)時(shí)性差，無(wú)法有效地監(jiān)測(cè)內(nèi)部缺陷，不能早期發(fā)現(xiàn)故障趨勢(shì)而及時(shí)采取預(yù)防措施。鑒于其重要性，如何提高設(shè)備的可利用率，減少故障損失，是制造企業(yè)面臨直的挑戰(zhàn)。

智能化監(jiān)測(cè)技術(shù)的目的就是提供基于先進(jìn)無(wú)線傳輸技術(shù)的在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多機(jī)組的集中監(jiān)測(cè)，對(duì)故障及時(shí)實(shí)現(xiàn)預(yù)警和報(bào)警，并通過(guò)精密診斷服務(wù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)故障定位和壽命預(yù)測(cè)，從而達(dá)到精益運(yùn)維、經(jīng)效雙盈的目標(biāo)。

智能化監(jiān)測(cè)技術(shù)就是未來(lái)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向,制定‘互聯(lián)網(wǎng)+’行動(dòng)計(jì)劃,推動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等與現(xiàn)代制造業(yè)結(jié)合。智能化監(jiān)測(cè)技術(shù)建立在互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的基礎(chǔ)上,賦予結(jié)構(gòu)物以感知,積累大量數(shù)據(jù)并加以分析,找出行業(yè)的結(jié)構(gòu)變化規(guī)律,一可以規(guī)避風(fēng)險(xiǎn),二可以為設(shè)計(jì)人員提供參考數(shù)據(jù)。智能化監(jiān)測(cè)技術(shù)涉及物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù),隨著這些技術(shù)的發(fā)展,智能化監(jiān)測(cè)技術(shù)的未來(lái)更加光明，也是行業(yè)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。