新型電機(jī)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)方案
1 前言
現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中大量使用的電動(dòng)機(jī)和機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)不可避免的劣化并發(fā)生故障，如果有些故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就可能使電機(jī)故障，產(chǎn)生生產(chǎn)停頓，并且導(dǎo)致昂貴的維修和停產(chǎn)損失。系統(tǒng)開(kāi)始劣化初期，其特征還不是很明顯，并不是時(shí)時(shí)出現(xiàn)或周期性出現(xiàn)，能不能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)，這對(duì)我們的意義非常重大。依靠嚴(yán)格的管理手段，配備足夠的人力，采用相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置可以使電動(dòng)機(jī)得到一定程度的保護(hù)。在現(xiàn)實(shí)中常發(fā)生的是人力不足或人的責(zé)任心不強(qiáng)，電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置失效或不可靠，而人們又無(wú)法知道保護(hù)裝置何時(shí)失效，仍會(huì)造成設(shè)備事故。
德國(guó)萬(wàn)可電子公司提出了最新的電機(jī)保護(hù)方案——監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。在系統(tǒng)中提供了相應(yīng)的電機(jī)檢測(cè)模塊和相應(yīng)的PLC軟件，進(jìn)行實(shí)時(shí)不間斷地監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)是否在正常工作，一旦電動(dòng)機(jī)故障，或者電動(dòng)機(jī)及機(jī)械設(shè)備開(kāi)始劣化，PLC立即提示報(bào)警。
2 電機(jī)監(jiān)控預(yù)警原理
從電機(jī)的誕生之日起，電機(jī)的監(jiān)控就開(kāi)始了，現(xiàn)在成熟的電機(jī)監(jiān)控設(shè)備多種多樣。
2.1 電機(jī)運(yùn)行監(jiān)控
國(guó)產(chǎn)的許多種“電動(dòng)機(jī)監(jiān)控儀”或者“電機(jī)綜合保護(hù)器”可以對(duì)電機(jī)運(yùn)行的各項(xiàng)電參數(shù)均實(shí)時(shí)顯示在“電腦”上，各項(xiàng)參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)還可以保存，用戶隨時(shí)可以查閱這些數(shù)據(jù)及其趨勢(shì)曲線。電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)（運(yùn)行、停止、通訊故障、過(guò)載、過(guò)流、堵轉(zhuǎn)、三相不平衡、斷相、過(guò)壓、欠壓、短路等）均能一目了然，各種故障還發(fā)出聲光報(bào)警。這是傳統(tǒng)的監(jiān)控方式，它能忠實(shí)的記錄電機(jī)的狀態(tài)，但是無(wú)法進(jìn)行預(yù)警，而且受到產(chǎn)品質(zhì)量的制約。
有些電機(jī)是采用變頻器控制的，很多工程師就認(rèn)為變頻器就有電機(jī)保護(hù)功能了，其實(shí)這是個(gè)誤區(qū)。不錯(cuò)，變頻器可以對(duì)電機(jī)有電壓電流的保護(hù)和監(jiān)控，但是無(wú)法感知振動(dòng)等機(jī)械方面的狀態(tài)。
2.2 電機(jī)預(yù)警系統(tǒng)原理
電動(dòng)機(jī)是否運(yùn)行在最佳的狀態(tài)一直是用戶關(guān)心而又無(wú)法確定的問(wèn)題，設(shè)備管理者一直希望知道使用中的設(shè)備在什么時(shí)候會(huì)發(fā)生故障，如何能最經(jīng)濟(jì)地提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。理論上只要我們有大量的設(shè)備正常運(yùn)行的數(shù)據(jù)，同時(shí)不斷地比較現(xiàn)在的數(shù)據(jù)，就能判斷出設(shè)備異常與否。通過(guò)采集單元獲得的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)隨時(shí)都被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中，系統(tǒng)根椐這些參數(shù)自動(dòng)計(jì)算，給出電動(dòng)機(jī)全運(yùn)行過(guò)程的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析，并自動(dòng)做出該動(dòng)力設(shè)備最佳狀態(tài)的參數(shù)，依據(jù)長(zhǎng)期連續(xù)記錄參數(shù)作出的方案，可以解除用戶的擔(dān)心，使電動(dòng)機(jī)的監(jiān)控非常的準(zhǔn)確?，F(xiàn)在也有設(shè)備及技術(shù)可以解決這個(gè)問(wèn)題，但投入很大，不具備經(jīng)濟(jì)性。
萬(wàn)可公司提供的“電動(dòng)機(jī)監(jiān)護(hù)預(yù)警系統(tǒng)”解決方案正是基于這種理論，專(zhuān)門(mén)為解決這些問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的。由于有了大量的歷史數(shù)據(jù)為依據(jù)，當(dāng)機(jī)械設(shè)備或電動(dòng)機(jī)本身發(fā)生劣化時(shí)，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)必然發(fā)生與歷史數(shù)據(jù)不同的變化，計(jì)算機(jī)總是不斷地將采集回來(lái)的數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)比較，經(jīng)專(zhuān)家系統(tǒng)軟件分析后自動(dòng)發(fā)出設(shè)備異常報(bào)告，提醒設(shè)備維護(hù)人員的注意，使設(shè)備故障在蔭芽狀態(tài)就被發(fā)現(xiàn)，從而提高了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率。由于設(shè)備運(yùn)行異常得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將可避免設(shè)備的重大事故。
3 WAGO電機(jī)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)
創(chuàng)建于1951年，總部座落于德國(guó)的MINDEN市的WAGO公司，是德國(guó)專(zhuān)業(yè)從事以獨(dú)創(chuàng)的籠式彈簧壓力技術(shù)為特征的電連接器、電子模塊和現(xiàn)場(chǎng)總線輸入/輸出系統(tǒng)的跨國(guó)公司。現(xiàn)場(chǎng)總線分布式輸入/輸出自動(dòng)化控制系統(tǒng)WAGO - I/O – SYSTEM 750（IP20）系列及755（IP67）系列支持PROFIBUS，DeviceNet, Modbus, Interbus, CANBus, LonWorks, Ethernet 等多種國(guó)際認(rèn)證的各種總線協(xié)議和工業(yè)以太網(wǎng)，還支持串行接口的通訊。這為電機(jī)監(jiān)護(hù)預(yù)警系統(tǒng)并入到各種總線系統(tǒng)中去建立了良好的硬件基礎(chǔ)。
德國(guó)萬(wàn)可電子公司提供最新的電機(jī)監(jiān)護(hù)預(yù)警系統(tǒng)，其底層為電動(dòng)機(jī)監(jiān)控模塊，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集電機(jī)運(yùn)行電參數(shù)（電流、電壓的值及振動(dòng)等），模塊采用專(zhuān)用芯片及PLC技術(shù)，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)惡劣環(huán)境，實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行參數(shù)的測(cè)量及數(shù)字化總線傳輸。完全開(kāi)放的通訊協(xié)議為用戶或第三方系統(tǒng)集成商便捷的構(gòu)建自己的系統(tǒng)。還可以配置上位計(jì)算機(jī)、電動(dòng)機(jī)管理軟件，可以出色的完成電機(jī)設(shè)備故障預(yù)警等豐富功能，滿足企業(yè)關(guān)心的設(shè)備故障，降低設(shè)備故障率，杜絕重大設(shè)備事故，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理自動(dòng)化的需求。
主要有以下基本控制功能。
①監(jiān)控電機(jī)工作電流，工作溫度。
②監(jiān)測(cè)電機(jī)振動(dòng)，對(duì)振動(dòng)的記錄。
③存儲(chǔ)和調(diào)用預(yù)先設(shè)定的電機(jī)工作參數(shù)值。
④可以監(jiān)控電機(jī)的工作狀態(tài)。
利用以上的有關(guān)信息可以判斷電機(jī)的有關(guān)工作狀態(tài)。
3.1 WAGO電機(jī)檢測(cè)模塊
判斷電機(jī)的工作狀態(tài)一般需要以下幾個(gè)模塊：
電流檢測(cè)(0~1/5A)－－750-475；溫度檢測(cè)(RTD/TC)－－750-461或469；振動(dòng)沖擊檢測(cè)750-645模塊等。
3.1.1 電流檢測(cè)(0~1/5A)－－750-475
模擬量輸入模塊接收有效值為0-1A的AC或DC電流信號(hào)，該模塊測(cè)量電流的均方根(rms)值，并以100μA的分辨率顯示。該模塊由內(nèi)部系統(tǒng)電源供電（通過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線），輸入通道為電隔離的差分輸入?，F(xiàn)場(chǎng)側(cè)與內(nèi)部系統(tǒng)之間同樣電隔離。電流檢測(cè)模塊是為了監(jiān)控電機(jī)電流的異常變化。注意負(fù)載電流不要超過(guò)額定值。
3.1.2 溫度檢測(cè)(RTD/TC)－－750-461/469
為了監(jiān)測(cè)電機(jī)的溫升不能超過(guò)額定值，溫度檢測(cè)(RTD/TC)模塊一般是采用750-461（熱電阻輸入模塊）或750-469（熱電偶），把電機(jī)的溫度數(shù)據(jù)送到PLC中。
750-461熱電阻(RTD)輸入模塊，可直接與兩個(gè)PT型或Ni型電阻傳感器連接。該模塊可以連接2線制或3線制傳感器。該模塊自動(dòng)線性化整個(gè)溫度范圍。傳感器故障由紅色LED指示。綠色LED指示該模塊工作準(zhǔn)備就緒而且與總線適配器之間的通訊無(wú)故障，屏蔽端直接連接至DIN導(dǎo)軌。750-469：熱電偶輸入模塊，具有信號(hào)中斷監(jiān)控功能，可以直接連接兩個(gè)熱電偶。利用冷端補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)對(duì)接線端偏移電壓的補(bǔ)壓。其它同750-461模塊，不再累述。這兩個(gè)模塊可以依據(jù)需要任選一個(gè)。
3.1.3 振動(dòng)沖擊檢測(cè)750-645
2通道的振動(dòng)速度/軸承狀態(tài)監(jiān)控模塊，此模塊用于機(jī)械振動(dòng)在線監(jiān)控，并在振動(dòng)超出上限報(bào)警輸出。模塊采集兩種最重要的參數(shù)用于機(jī)械狀態(tài)分析：振動(dòng)速度和沖擊脈沖。振動(dòng)速度是對(duì)機(jī)械振動(dòng)能量的測(cè)量，而振動(dòng)壓力則是影響機(jī)械的良好指示器。依據(jù)ISO 10816-3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定計(jì)算準(zhǔn)則，測(cè)量振動(dòng)的實(shí)際值分成四個(gè)不同性質(zhì)的種類(lèi)。軸狀態(tài)計(jì)算基于高頻沖擊脈沖，沖擊脈沖是短脈沖，它隨機(jī)械對(duì)滾動(dòng)元件或接觸表面的損壞而減少。標(biāo)準(zhǔn)沖擊脈沖分為三個(gè)不同種類(lèi)，對(duì)軸的狀態(tài)描述分為：“好”、“受限制”、“壞”。測(cè)量計(jì)算能夠早期檢測(cè)出磨損趨勢(shì)曲線。本模塊連接Prüftechnik Codiction Monitoring GmbH振動(dòng)傳感器，利用Tandem-Piezo傳感器可以同時(shí)測(cè)量機(jī)械振動(dòng)和高頻沖擊脈沖。
3.2 電機(jī)預(yù)警系統(tǒng)軟件
對(duì)于電機(jī)整體而言，故障出現(xiàn)是隨機(jī)的，是不確定的。在軟件中可以采取多種形式的監(jiān)控，具體采用哪種形式或是多種并存根據(jù)工程師的設(shè)計(jì)。
下圖給出電機(jī)故障監(jiān)控簡(jiǎn)圖。對(duì)應(yīng)的黃線是預(yù)警信號(hào)，紅線是報(bào)警信號(hào)。到達(dá)不同的信號(hào)邊緣，對(duì)應(yīng)的輸出就出現(xiàn)，而且數(shù)據(jù)實(shí)實(shí)記錄。這就是PLC進(jìn)行監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)。
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