彭 松，楊 成，牛 焱，邵崇杰

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

0 引言

隨著檢測技術(shù)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，對風(fēng)機運行狀態(tài)的在線監(jiān)測越來越普及，這不僅能及時了解風(fēng)機當(dāng)前的工作狀態(tài)，而且還可進(jìn)行監(jiān)測報警和故障預(yù)報，并能高速瞬時地保存大量異常信息以便進(jìn)行故障分析。這在很大程度上可以避免重大事故的發(fā)生，對保證設(shè)備的安全可靠運行，降低設(shè)備維護(hù)費用，提高運行效率具有十分重大而深遠(yuǎn)的意義[1]。目前，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代電力傳動技術(shù)的一個主要發(fā)展方向。卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果，改善現(xiàn)有設(shè)備的運行工況，提高系統(tǒng)的安全可靠性和設(shè)備利用率，延長設(shè)備使用壽命等優(yōu)點隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大而得到充分的體現(xiàn)[2]。

某車企涂裝車間僅ASU（Air Supply Unit，送風(fēng)單元）工藝送排風(fēng)和Oven烤箱系統(tǒng)的送排風(fēng)就包含104臺風(fēng)機，其中功率37 kW以上的有85臺，功率100 kW以上的有38臺。這些風(fēng)機絕大部分都與噴漆車間工藝生產(chǎn)線的溫濕度直接相關(guān)，一旦風(fēng)機出現(xiàn)任何故障將影響工藝送風(fēng)的溫濕度從而導(dǎo)致生產(chǎn)停線（圖1）。一般來說，風(fēng)機最容易出現(xiàn)問題的地方就是驅(qū)動電機，因此監(jiān)測其電機運行狀態(tài)十分必要。

1 負(fù)載分析

圖1 色漆排風(fēng)故障風(fēng)機更換現(xiàn)場

由于車間現(xiàn)場使用風(fēng)機均為定轉(zhuǎn)速，在上位控制系統(tǒng)中設(shè)置風(fēng)量，根據(jù)風(fēng)壓自動調(diào)整電機頻率。根據(jù)公式P=Tn/9550=（T葉輪+T轉(zhuǎn)子）n/9550，其中，P為功率，T為總負(fù)載（包含葉輪部分負(fù)載T葉輪及轉(zhuǎn)子克服摩擦負(fù)載 T轉(zhuǎn)子），n為電機轉(zhuǎn)速。可知，定轉(zhuǎn)速風(fēng)機的功率P完全與其負(fù)載T成正比，所以風(fēng)機的負(fù)載T上升將導(dǎo)致電機功率P上升，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備的耗電量增加。進(jìn)一步分析可知導(dǎo)致定轉(zhuǎn)速風(fēng)機負(fù)載增大的情況有2種情況。

（1）葉輪負(fù)載增大。此種情況可能是工藝風(fēng)道出現(xiàn)堵塞等情況導(dǎo)致。

（2）轉(zhuǎn)子負(fù)載增大。此種情況直接與電機軸承的磨損嚴(yán)重程度相關(guān)，如果排除工藝上導(dǎo)致葉輪負(fù)載增大的因素，基本上可以通過負(fù)載來反映軸承磨損狀況。

根據(jù)公式P=UI，其中，U為電機工作電壓，I為電機工作電流?？芍捎陔姍C工作電壓不變，電機功率上升導(dǎo)致其電流增加。根據(jù)公式Q=I2Rt，其中，Q為電機發(fā)熱量，I為電機工作電流，R為電機內(nèi)部電阻、t為工作時間。當(dāng)I增加、R不變，單位時間內(nèi)電機的發(fā)熱量增加，隨著時間t增加，電機溫度越來越高，如果電機沒有過熱保護(hù)將造成電機高溫?zé)龤А?/p>

綜上所述，可知電機負(fù)載增大將導(dǎo)致諸多問題，通過監(jiān)控電機負(fù)載（圖2），及時安排維修人員現(xiàn)場檢查，可以避免電機長時間高負(fù)載運行，不僅節(jié)省電能，同時也避免的電機燒毀的情況發(fā)生。

2 負(fù)載數(shù)據(jù)收集及處理

現(xiàn)場電機數(shù)據(jù)通過Lenze 9400變頻器進(jìn)行收集，在保證生產(chǎn)及工藝不受影響的前提下，利用Lenze Engineer軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程在線方式收集電機的負(fù)載、電流、電壓和溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)（圖3）。

圖2 風(fēng)機工藝系統(tǒng)Integra界面

圖3 Lenze Engineer軟件中電機參數(shù)界面

目前已經(jīng)對該涂裝車間104臺大型風(fēng)機建立了負(fù)載監(jiān)控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫，通過分析結(jié)果可及時精準(zhǔn)的安排風(fēng)機檢修計劃。

3 效果與效益

3.1 節(jié)能降耗

通過電機負(fù)載趨勢圖（圖4）可以監(jiān)測現(xiàn)場風(fēng)機的運行狀態(tài)，當(dāng)負(fù)載急劇增加或出現(xiàn)上升趨勢，及時安排檢查送排風(fēng)設(shè)備，發(fā)現(xiàn)過燃燒器前擋火板出現(xiàn)了堵塞或風(fēng)閥機械卡死，通過及時清理擋火板或調(diào)整風(fēng)閥可顯著降低風(fēng)機電機運行負(fù)載，僅此舉每年能為公司涂裝車間ASU及烤箱送排風(fēng)系統(tǒng)節(jié)省電能約1.0×107 kW·h。其中，節(jié)省電能=∑（風(fēng)機高負(fù)載時電機功率-風(fēng)機低負(fù)載時電機功率）×運行時間。

圖4 電機負(fù)載趨勢

通過點修補ASU風(fēng)機負(fù)載趨勢圖（圖5）可以發(fā)現(xiàn)，2017年6月僅兩臺點修補送風(fēng)風(fēng)機負(fù)載就比2016年6月，分別增加了40%和72%。通過對整個工藝環(huán)節(jié)相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)了新風(fēng)入口擋火板出現(xiàn)了嚴(yán)重堵塞（圖6），通過及時處理降低了電機負(fù)載，不僅給公司節(jié)省了電費，同時也避免了風(fēng)機電機長時間滿頻運行高溫?fù)p壞或壽命縮短。此類問題也出現(xiàn)在了其他的風(fēng)機上。

3.2 避免重大停機

該監(jiān)控系統(tǒng)成功預(yù)警了多次大風(fēng)機故障，安排非生產(chǎn)時間及時更換電機（圖7，密封膠烤箱加熱1段風(fēng)機、注蠟排風(fēng)風(fēng)機、閃蒸烤箱加熱段風(fēng)機和色漆循環(huán)抽風(fēng)風(fēng)機等），多次避免了重大停機的發(fā)生，有效保障了生產(chǎn)。

4 總結(jié)

圖5 點修補送風(fēng)風(fēng)機負(fù)載趨勢

圖6 點修補送風(fēng)系統(tǒng)擋火板清洗堵塞前后對比

圖7 色漆循環(huán)風(fēng)機更換現(xiàn)場

從預(yù)見性維護(hù)方面著手，針對噴漆工廠104臺大型風(fēng)機，利用Lenze Engineer軟件建立了風(fēng)機負(fù)載監(jiān)控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫，獲得以下主要結(jié)論。

（1）通過分析風(fēng)機負(fù)載趨勢可預(yù)判風(fēng)機運行狀態(tài)，及時調(diào)整風(fēng)機維護(hù)工作，預(yù)防重大停機發(fā)生。

（2）通過分析風(fēng)機負(fù)載趨勢可在風(fēng)機節(jié)能降耗方面都發(fā)揮重要作用。