杜曉冬　鄭芳　李曉晨

摘 要：電動機在現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)當中起著至關(guān)重要的作用，其工作狀態(tài)的好壞直接影響著生產(chǎn)工作能否有序進行。然而，當前對電動機狀態(tài)的監(jiān)控模式相對落后，無法及時掌握準確的狀態(tài)信息，缺乏對電動機進行科學的養(yǎng)護，極易造成非計劃性停機。因此，急需研究出一套電動機狀態(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)，全面實現(xiàn)對電動機的預測性維修，確保電動機的安全、有效運行，保證生產(chǎn)秩序。

關(guān)鍵詞：電動機；PLC；實時監(jiān)控

1.引言

電動機作為一種拖動機械設備，已經(jīng)成為絕大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的動力基礎(chǔ)，其是否能夠安全、可靠的運行直接關(guān)系著生產(chǎn)工作的順利與否，尤其是以大功率電動機為動力基礎(chǔ)的通風機，鼓風機、除塵風機等，對使用單位來說，確保電動機在良好的狀態(tài)下運行就顯得尤為重要。

一直以來我國普遍采用的是以事后維修為主，計劃性維修養(yǎng)護為輔的設備維保模式，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備，到有間隔的進行預防性維修，再發(fā)展到如今的設備狀態(tài)預測性維修。在實際應用中，預測性維修是基于每臺設備的狀態(tài)，通過狀態(tài)檢測工具來采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，隨后相關(guān)人員對數(shù)據(jù)情況進行分析匯總，并得出結(jié)論，指導維修任務的安排，對存在故障隱患的設備及早做出響應，以避免進一步惡化致使設備出現(xiàn)不可修復性損害，帶來更嚴重的后果。

2.電動機實時監(jiān)控系統(tǒng)設計思路

2.1 電動機故障分析

電動機故障一般可分為電氣故障和機械故障。電氣方面主要是電動機的繞組接地、短路、開路、接觸不良、鼠籠斷條等故障；機械方面則主要是軸承磨損、轉(zhuǎn)子掃膛等引起的振動故障。電機運行時溫度的升高，也直接影響著電動機的壽命和運行可靠性，因此準確的估算并檢測電動機的溫升，不僅可以保證電動機的安全運行，而且可以提高電動機的使用壽命、節(jié)約原材料和電能，以及對實現(xiàn)自動化設計都有重要的現(xiàn)實意義。

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

引起振動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)生的故障當中，又以電動機的軸承及葉片故障為主。通常情況下來說，對這些運行數(shù)據(jù)進行測量一般不會影響設備的正常工作，可在設備運行過程中同步獲取所需的運行信號。

2.2 可行性分析

通過以上分析，電動機在由正常狀態(tài)向故障狀態(tài)異變時，其振動、電流和溫度信息會發(fā)生變化，這些微弱的變化依靠人工點檢，是無法及時發(fā)現(xiàn)的。因此，開發(fā)電動機實時監(jiān)控系統(tǒng)，對電動機有效部位的振動、溫度和電流進行測量、監(jiān)控就顯得尤為重要，通過日常的數(shù)據(jù)的采集，并對比數(shù)據(jù)庫中正常運行時的歷史數(shù)據(jù)，就可及時發(fā)現(xiàn)電動機運行狀況的改變，從而發(fā)出預警，及時安排檢修維護來改善電動機運行狀況，做到預測維修。

3.方案設計

3.1 硬件部分

通過理論分析，電動機由正常狀態(tài)向故障狀態(tài)異變時，其運行狀態(tài)參數(shù)也在發(fā)生著改變，所以只要設計一套能夠準確采集、分析設備狀態(tài)參數(shù)的系統(tǒng)，就可以預測設備故障，做到預測維修。

電動機實時狀態(tài)監(jiān)測內(nèi)容包括電動機的電流、溫度和振動等信號，通過將溫度和振動傳感器安裝在電動機本體上，并在電動機旁設置一個采集子站，在數(shù)據(jù)子站內(nèi)把傳感器微弱、易受干擾的模擬信號轉(zhuǎn)化為高速、準確的數(shù)字信號，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)測功能。

在設計細節(jié)上，由于電動機的電流信號在電控柜內(nèi)，所以電動機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，不是標準信號。因此在電動機控制柜旁設置一數(shù)據(jù)采集總站，負責采集電動機的電流信號和頻率信號，同時通過數(shù)據(jù)總線接收各個子站傳送來的電動機振動和溫度信號。在數(shù)據(jù)總站內(nèi)進行數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生報警信號，并把處理過的電動機狀態(tài)信號上傳到數(shù)據(jù)服務器內(nèi)。

數(shù)據(jù)存儲分析部分負責對數(shù)據(jù)采集總站傳送來的數(shù)據(jù)進行存儲、處理，產(chǎn)生報警信息，進行故障診斷。

3.2 軟件部分

該監(jiān)測系統(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，完成整個主站和和各個子站內(nèi)軟硬件組態(tài)、IP地址分配和硬件采集信號的設定，負責電動機溫度、振動、電流等狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換從而生成預警和報警信號等。

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，運行在專用工控計算機上，負責控制參數(shù)、報警參數(shù)的設置，報警狀態(tài)的顯示，電動機運行狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)的存儲、分析，實現(xiàn)故障的在線診斷。

4.結(jié)束語

該電動機實時監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)應用于某單位風力除塵系統(tǒng)，能夠?qū)﹄妱訖C運行狀態(tài)進行全天候?qū)崟r監(jiān)控，操作人員只需在計算機上就可以查看電動機實時運行狀態(tài)，同時根據(jù)設備歷史運行曲線深度分析設備運行狀況，通過一段時間的運用，全面達到了制定出設備維護周期，科學安排維修任務的目的，克服了設備的無計劃停機對生產(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

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[2] 劉國海.現(xiàn)場總線PROFINET[M].北京：電子工業(yè)出版社編，2007.