錢(qián)曉駿

摘 要：以供水企業(yè)的大型電機(jī)作為研究對(duì)象，針對(duì)大型電機(jī)自有的傳感器，闡述電機(jī)傳感器檢測(cè)的存在意義；針對(duì)自動(dòng)化泵站的推進(jìn)，利用大型電機(jī)自有傳感器進(jìn)行PLC采樣存在的問(wèn)題，提出傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換的設(shè)想，對(duì)方案進(jìn)行對(duì)比，分析，并結(jié)合實(shí)際使用狀況進(jìn)行方案優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：電機(jī)；傳感器；PLC采樣

中圖分類號(hào)：TM921 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）32-0074-02

1 概 述

隨著城市集約化供水的推進(jìn)和水廠無(wú)人值班或少人值守工作的展開(kāi)，對(duì)水廠的生產(chǎn)運(yùn)行和管理提出了新的要求，也對(duì)水廠自動(dòng)化技術(shù)提出了更高的要求。泵站自動(dòng)化主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、控制執(zhí)行、數(shù)據(jù)刷新等四部分組成，其中數(shù)據(jù)采集是自動(dòng)化系統(tǒng)提供泵站所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，諸如溫度、壓力等；作為PLC系統(tǒng)分析判斷的依據(jù)，需要把原有設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)提供轉(zhuǎn)換給計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)并用于分析，尤其是提供城市供水管網(wǎng)壓力的大型機(jī)泵。

2 檢測(cè)的意義

2.1 概 況

三相異步電機(jī)在對(duì)稱三相定子繞組中通入對(duì)稱的三相交流電，建立有一定極數(shù)、一定大小、空間分布接近正弦波的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中需通入適當(dāng)?shù)碾娏?，則電機(jī)定子溫度將上升最終達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，但若通過(guò)的定子電流長(zhǎng)時(shí)間過(guò)高或超過(guò)額定值易造成定子絕緣損壞，定子溫度急劇升高將縮短電機(jī)使用壽命，因此電機(jī)定子溫度關(guān)系著大型異步電機(jī)正常運(yùn)行。

對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)來(lái)說(shuō)，軸承是電機(jī)不可或缺的部分，其一為支承軸及轉(zhuǎn)子組件并保持其軸線的旋轉(zhuǎn)精度，其二為減少轉(zhuǎn)子與定子支承件之間的摩擦和磨損。軸承性能和壽命直接影響到電機(jī)的性能和壽命，而其溫度反映著電機(jī)機(jī)械部分在運(yùn)行過(guò)程中軸承配合度與偏心、潤(rùn)滑油狀況。

在運(yùn)行過(guò)程中大型異步電機(jī)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，尤其是電機(jī)定子、軸承。定子繞組的散熱通過(guò)電機(jī)外加空空冷卻器來(lái)降溫，由空空冷卻器吸入冷空氣來(lái)幫助定子繞組降低溫度；對(duì)于軸承的散熱是通過(guò)間接散熱的方式，使軸承浸入裝填潤(rùn)滑油的油缸內(nèi)且在油缸內(nèi)壁添加冷卻水盤(pán)向管，把軸承的熱量傳遞給油缸內(nèi)的潤(rùn)滑油，再由盤(pán)向管內(nèi)的冷卻水幫助潤(rùn)滑油降溫。

2.2 檢測(cè)的必要性

為了確保電機(jī)能正常運(yùn)行，保證在降溫措施下定子與軸承的溫度在合理的范圍內(nèi)，需要對(duì)定子與軸承進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)。定子與軸承監(jiān)測(cè)是通過(guò)電機(jī)出廠配置的Pt100熱電阻輸出，Pt100的阻值跟溫度的變化成正比，當(dāng)Pt100溫度為0℃時(shí)它的阻值為100歐姆，在100℃時(shí)它的阻值約為138.5歐姆。金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示，即

Rt=Rt0[1+α（t-t0）]

式中，Rt為溫度t時(shí)的阻值；

Rt0為溫度t0（通常t0=0 ℃）時(shí)對(duì)應(yīng)電阻值；

α為溫度系數(shù)。

基于熱電阻的阻值低，為了避免測(cè)量誤差，確保精度采取了溫度補(bǔ)償措施，使用了三線制的鉑熱電阻，然后在溫度數(shù)顯表上顯示定子與軸承的溫度，通過(guò)人工觀察記錄溫度。

軸承的降溫是通過(guò)潤(rùn)滑油的熱交換來(lái)進(jìn)行的，電機(jī)內(nèi)的潤(rùn)滑油不僅起軸承降溫作用，還能減小電機(jī)運(yùn)行中軸承的摩擦，但加注過(guò)多的潤(rùn)滑油會(huì)導(dǎo)致軸承散熱效果不佳，加注過(guò)少會(huì)導(dǎo)致軸承磨損加劇，因此軸承油位也是決定軸承溫度大型電機(jī)運(yùn)行正常的參考數(shù)據(jù)，通過(guò)人工定時(shí)定點(diǎn)檢測(cè)油杯液面位置。

3 數(shù)據(jù)采樣

3.1 PLC采樣存在的問(wèn)題

泵站自動(dòng)化意味著盡可能少的人工介入設(shè)備采樣分析，能極大節(jié)省勞動(dòng)力和減少人為的感官誤差，而以往通過(guò)人工觀察檢測(cè)各檢測(cè)點(diǎn)已不合適，應(yīng)運(yùn)用PLC相關(guān)模塊或通過(guò)轉(zhuǎn)換使PLC能采集數(shù)據(jù)。

在定子與軸承的溫度采集上，完全可由PLC的溫度輸入模塊來(lái)采集，提供給PLC監(jiān)控系統(tǒng)分析判斷。在電機(jī)軸承油缸油位取樣采集上，電機(jī)無(wú)信號(hào)線以供儀表輸出，無(wú)法直接通過(guò)PLC模塊來(lái)采集油缸油位數(shù)據(jù)，需要通過(guò)改造把油缸油位數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換成PLC能采集的數(shù)據(jù)。

3.2 原因分析及相應(yīng)對(duì)策

PLC輸入模塊有開(kāi)關(guān)量輸入與模擬量輸入模塊，模擬量是表示在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的任意取值，通常用于采集和表示電壓電流、頻率或液位等參數(shù)。

針對(duì)電機(jī)油缸油位的變化，可運(yùn)用模擬量輸入模塊能詳細(xì)體現(xiàn)油缸油位及其連續(xù)變化，但在具體使用中需要對(duì)大型電機(jī)加裝液位傳感器和變送器、更換雙絞線屏蔽線路，使用性價(jià)比不高；在實(shí)際使用中，針對(duì)電機(jī)油缸油位在合理區(qū)間內(nèi)即可，無(wú)需過(guò)程中的油位數(shù)據(jù)輸入，而使用開(kāi)關(guān)量輸入模塊，只需設(shè)定油缸油位的上下兩極限位置，當(dāng)油缸油位到達(dá)極限位置向PLC輸入信號(hào)即可，因此選用開(kāi)關(guān)量輸入模塊向PLC提供采樣數(shù)據(jù)。

基于電機(jī)軸承油缸油位取樣采集上，電機(jī)無(wú)信號(hào)線以供輸入，我們應(yīng)用ZWX型軸承油位信號(hào)器來(lái)轉(zhuǎn)換，其中軸承油位信號(hào)器有呼吸孔，使油位信號(hào)器內(nèi)外通氣、氣壓相同，確保信號(hào)器內(nèi)的油位與電機(jī)軸承油缸油位基準(zhǔn)高度保持一致；其次還有高油位限位與低油位限位信號(hào)兩組信號(hào)輸出接點(diǎn)，可提供給PLC開(kāi)關(guān)量輸入模塊。

軸承油位信號(hào)器是由接線盒、磁控開(kāi)關(guān)及磁性浮子等組成；高、低限位磁控開(kāi)關(guān)置于測(cè)桿內(nèi)部，磁性浮子以測(cè)桿為軸，隨液面上下移動(dòng)。

根據(jù)磁控開(kāi)關(guān)的特性，當(dāng)遇到磁性物質(zhì)，磁控開(kāi)關(guān)內(nèi)的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合形成導(dǎo)通狀態(tài)；遠(yuǎn)離磁性物質(zhì)，則磁控開(kāi)關(guān)恢復(fù)常開(kāi)狀態(tài)。由于磁性浮子具有永久磁環(huán)帶強(qiáng)磁性，磁性浮子浮于軸承油杯液面；當(dāng)軸承油位液面逐漸升高，浮子也隨液面向上升高，當(dāng)接近高油位限位時(shí)，高油位限位磁控開(kāi)關(guān)受磁性浮子磁性作用而閉合，高油位限位接點(diǎn)導(dǎo)通，軸承油位信號(hào)器輸出高油位限位信號(hào)；

反之，當(dāng)軸承油位液面逐漸降低，浮子也隨液面向下降低，當(dāng)接近低油位限位時(shí)，低油位限位磁控開(kāi)關(guān)受磁性浮子磁性作用而閉合，低油位限位接點(diǎn)導(dǎo)通，軸承油位信號(hào)器輸出低油位限位信號(hào)；當(dāng)軸承油位液面處于高低油位限位區(qū)間內(nèi)時(shí)，磁性浮子遠(yuǎn)離磁控開(kāi)關(guān)，軸承油位信號(hào)器無(wú)信號(hào)輸出；當(dāng)軸承油位液面處于高于油位高限位、低于油位低限位時(shí)，由于磁性浮子遠(yuǎn)離磁控開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致磁控開(kāi)關(guān)復(fù)位斷開(kāi)，則軸承油位信號(hào)器會(huì)無(wú)信號(hào)輸出。

因磁控開(kāi)關(guān)不能自保持的特性及軸承信號(hào)器接點(diǎn)輸出為有源信號(hào)，不能直接供PLC開(kāi)關(guān)量輸入模塊使用，需要使信號(hào)器輸出能保持的無(wú)源接點(diǎn)輸出。

大型異步電機(jī)有上、下軸承油缸一組，使用兩個(gè)軸承油位信號(hào)器分別監(jiān)控上、下軸承油位，通過(guò)軸承油位信號(hào)器輸出信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)外接信號(hào)繼電器并保持信號(hào)不變，運(yùn)用信號(hào)繼電器的電氣隔離轉(zhuǎn)換，把油位信號(hào)器有源信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)镻LC采集需要的無(wú)源信號(hào)，經(jīng)過(guò)PLC監(jiān)控系統(tǒng)采樣、分析、判斷，給值守人員相應(yīng)的警告提示；同時(shí)外接信號(hào)繼電器得到油位報(bào)警信號(hào)也能運(yùn)用自帶的常開(kāi)觸點(diǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)旁控制箱上的油位故障警示燈，以供值守人員在現(xiàn)場(chǎng)也能發(fā)現(xiàn)、操作處置軸承油位問(wèn)題。

3.3 完善方案

結(jié)合泵站無(wú)人或少人化值守與實(shí)際工況環(huán)境，我們把軸承油位狀態(tài)作為允許開(kāi)啟機(jī)泵的必要條件之一，把軸承油位報(bào)警信號(hào)接入機(jī)泵控制回路中，如圖1所示。為機(jī)泵安全運(yùn)行作出堅(jiān)實(shí)的保障。

若在開(kāi)啟機(jī)泵過(guò)程中出現(xiàn)任意軸承油位報(bào)警的信號(hào)，則在手動(dòng)、自動(dòng)啟動(dòng)機(jī)泵模式都無(wú)法啟動(dòng)機(jī)泵，必須人工詳細(xì)檢查電機(jī)軸承油位后確認(rèn)處于正常狀態(tài)下方可開(kāi)啟機(jī)泵。若在機(jī)泵運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)高油位限位或低油位限位報(bào)警，則在PLC主控界面出現(xiàn)詳細(xì)油位點(diǎn)報(bào)警及在相應(yīng)機(jī)旁控制箱指示燈顯示報(bào)警點(diǎn)，運(yùn)行值班人員可根據(jù)軸承油位實(shí)際情況繼續(xù)運(yùn)行或關(guān)停機(jī)泵。

參考文獻(xiàn)：

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