新型電機監(jiān)控預警系統方案
1 前言
現代生產企業(yè)中大量使用的電動機和機械系統、電氣系統不可避免的劣化并發(fā)生故障，如果有些故障不能及時發(fā)現，就可能使電機故障，產生生產停頓，并且導致昂貴的維修和停產損失。系統開始劣化初期，其特征還不是很明顯，并不是時時出現或周期性出現，能不能及時地發(fā)現，這對我們的意義非常重大。依靠嚴格的管理手段，配備足夠的人力，采用相應的電動機保護裝置可以使電動機得到一定程度的保護。在現實中常發(fā)生的是人力不足或人的責任心不強，電動機保護裝置失效或不可靠，而人們又無法知道保護裝置何時失效，仍會造成設備事故。
德國萬可電子公司提出了最新的電機保護方案——監(jiān)控預警系統。在系統中提供了相應的電機檢測模塊和相應的PLC軟件，進行實時不間斷地監(jiān)測電動機是否在正常工作，一旦電動機故障，或者電動機及機械設備開始劣化，PLC立即提示報警。
2 電機監(jiān)控預警原理
從電機的誕生之日起，電機的監(jiān)控就開始了，現在成熟的電機監(jiān)控設備多種多樣。
2.1 電機運行監(jiān)控
國產的許多種“電動機監(jiān)控儀”或者“電機綜合保護器”可以對電機運行的各項電參數均實時顯示在“電腦”上，各項參數的歷史數據還可以保存，用戶隨時可以查閱這些數據及其趨勢曲線。電機的運行狀態(tài)（運行、停止、通訊故障、過載、過流、堵轉、三相不平衡、斷相、過壓、欠壓、短路等）均能一目了然，各種故障還發(fā)出聲光報警。這是傳統的監(jiān)控方式，它能忠實的記錄電機的狀態(tài)，但是無法進行預警，而且受到產品質量的制約。
有些電機是采用變頻器控制的，很多工程師就認為變頻器就有電機保護功能了，其實這是個誤區(qū)。不錯，變頻器可以對電機有電壓電流的保護和監(jiān)控，但是無法感知振動等機械方面的狀態(tài)。
2.2 電機預警系統原理
電動機是否運行在最佳的狀態(tài)一直是用戶關心而又無法確定的問題，設備管理者一直希望知道使用中的設備在什么時候會發(fā)生故障，如何能最經濟地提高設備運轉率。理論上只要我們有大量的設備正常運行的數據，同時不斷地比較現在的數據，就能判斷出設備異常與否。通過采集單元獲得的電動機運行參數隨時都被存儲在計算機的歷史數據庫中，系統根椐這些參數自動計算，給出電動機全運行過程的經濟運行分析，并自動做出該動力設備最佳狀態(tài)的參數，依據長期連續(xù)記錄參數作出的方案，可以解除用戶的擔心，使電動機的監(jiān)控非常的準確。現在也有設備及技術可以解決這個問題，但投入很大，不具備經濟性。
萬可公司提供的“電動機監(jiān)護預警系統”解決方案正是基于這種理論，專門為解決這些問題而開發(fā)的。由于有了大量的歷史數據為依據，當機械設備或電動機本身發(fā)生劣化時，電動機的運行參數必然發(fā)生與歷史數據不同的變化，計算機總是不斷地將采集回來的數據與歷史數據比較，經專家系統軟件分析后自動發(fā)出設備異常報告，提醒設備維護人員的注意，使設備故障在蔭芽狀態(tài)就被發(fā)現，從而提高了設備的運轉率。由于設備運行異常得到及時發(fā)現，將可避免設備的重大事故。
3 WAGO電機監(jiān)測預警系統
創(chuàng)建于1951年，總部座落于德國的MINDEN市的WAGO公司，是德國專業(yè)從事以獨創(chuàng)的籠式彈簧壓力技術為特征的電連接器、電子模塊和現場總線輸入/輸出系統的跨國公司?，F場總線分布式輸入/輸出自動化控制系統WAGO - I/O – SYSTEM 750（IP20）系列及755（IP67）系列支持PROFIBUS，DeviceNet, Modbus, Interbus, CANBus, LonWorks, Ethernet 等多種國際認證的各種總線協議和工業(yè)以太網，還支持串行接口的通訊。這為電機監(jiān)護預警系統并入到各種總線系統中去建立了良好的硬件基礎。
德國萬可電子公司提供最新的電機監(jiān)護預警系統，其底層為電動機監(jiān)控模塊，負責實時采集電機運行電參數（電流、電壓的值及振動等），模塊采用專用芯片及PLC技術，可靠性高，抗干擾能力強，適應惡劣環(huán)境，實現多項電動機經濟運行參數的測量及數字化總線傳輸。完全開放的通訊協議為用戶或第三方系統集成商便捷的構建自己的系統。還可以配置上位計算機、電動機管理軟件，可以出色的完成電機設備故障預警等豐富功能，滿足企業(yè)關心的設備故障，降低設備故障率，杜絕重大設備事故，實現設備管理自動化的需求。
主要有以下基本控制功能。
①監(jiān)控電機工作電流，工作溫度。
②監(jiān)測電機振動，對振動的記錄。
③存儲和調用預先設定的電機工作參數值。
④可以監(jiān)控電機的工作狀態(tài)。
利用以上的有關信息可以判斷電機的有關工作狀態(tài)。
3.1 WAGO電機檢測模塊
判斷電機的工作狀態(tài)一般需要以下幾個模塊：
電流檢測(0~1/5A)－－750-475；溫度檢測(RTD/TC)－－750-461或469；振動沖擊檢測750-645模塊等。
3.1.1 電流檢測(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，該模塊測量電流的均方根(rms)值，并以100μA的分辨率顯示。該模塊由內部系統電源供電（通過內部數據總線），輸入通道為電隔離的差分輸入?，F場側與內部系統之間同樣電隔離。電流檢測模塊是為了監(jiān)控電機電流的異常變化。注意負載電流不要超過額定值。
3.1.2 溫度檢測(RTD/TC)－－750-461/469
為了監(jiān)測電機的溫升不能超過額定值，溫度檢測(RTD/TC)模塊一般是采用750-461（熱電阻輸入模塊）或750-469（熱電偶），把電機的溫度數據送到PLC中。
750-461熱電阻(RTD)輸入模塊，可直接與兩個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。該模塊自動線性化整個溫度范圍。傳感器故障由紅色LED指示。綠色LED指示該模塊工作準備就緒而且與總線適配器之間的通訊無故障，屏蔽端直接連接至DIN導軌。750-469：熱電偶輸入模塊，具有信號中斷監(jiān)控功能，可以直接連接兩個熱電偶。利用冷端補償實現對接線端偏移電壓的補壓。其它同750-461模塊，不再累述。這兩個模塊可以依據需要任選一個。
3.1.3 振動沖擊檢測750-645
2通道的振動速度/軸承狀態(tài)監(jiān)控模塊，此模塊用于機械振動在線監(jiān)控，并在振動超出上限報警輸出。模塊采集兩種最重要的參數用于機械狀態(tài)分析：振動速度和沖擊脈沖。振動速度是對機械振動能量的測量，而振動壓力則是影響機械的良好指示器。依據ISO 10816-3標準規(guī)定計算準則，測量振動的實際值分成四個不同性質的種類。軸狀態(tài)計算基于高頻沖擊脈沖，沖擊脈沖是短脈沖，它隨機械對滾動元件或接觸表面的損壞而減少。標準沖擊脈沖分為三個不同種類，對軸的狀態(tài)描述分為：“好”、“受限制”、“壞”。測量計算能夠早期檢測出磨損趨勢曲線。本模塊連接Prüftechnik Codiction Monitoring GmbH振動傳感器，利用Tandem-Piezo傳感器可以同時測量機械振動和高頻沖擊脈沖。
3.2 電機預警系統軟件
對于電機整體而言，故障出現是隨機的，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工程師的設計。
下圖給出電機故障監(jiān)控簡圖。對應的黃線是預警信號，紅線是報警信號。到達不同的信號邊緣，對應的輸出就出現，而且數據實實記錄。這就是PLC進行監(jiān)控的優(yōu)點。
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