電機運行狀態(tài)在線綜合監(jiān)測系統(tǒng)的研究與構(gòu)建

【摘要】電機運行狀態(tài)在生產(chǎn)線安檢中是重點監(jiān)測對象，傳統(tǒng)采用人工離線方式定期巡檢。本文應(yīng)用傳感設(shè)備檢測狀態(tài)信號，現(xiàn)場總線傳輸數(shù)據(jù)，組態(tài)軟件采集管理數(shù)據(jù)的方法實現(xiàn)了電機運行狀態(tài)的在線監(jiān)測。通過實時監(jiān)測電機運行狀態(tài)，及時診斷設(shè)備故障并維修設(shè)備，避免經(jīng)濟(jì)損失，保證生產(chǎn)安全穩(wěn)定。

【關(guān)鍵詞】電機;在線監(jiān)測;專家系統(tǒng);冗余

一、引言

針對鮑店煤礦選煤廠電動機的運行環(huán)境，為減少事故，降低能耗，確保安全生產(chǎn)，運用測控技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等方法，對重要關(guān)鍵設(shè)備的電動機進(jìn)行在線監(jiān)測技術(shù)研究與應(yīng)用。在設(shè)備不停機的情況下通過對電動機的三相電壓、電流、溫度、振動等參數(shù)進(jìn)行實時在線監(jiān)測，對采集的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行算法分析，以信息融合理論來綜合判斷其運轉(zhuǎn)是否正常，有無異常與劣化征兆。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析處理，實現(xiàn)能耗評估，設(shè)備故障報警、檢修預(yù)警等功能，以便提前制定采取針對性措施來控制和防止事故的發(fā)生，從而避免設(shè)備突發(fā)性故障造成的設(shè)備損壞以及停工停產(chǎn)等巨大損失，減少計劃維修所造成的一些浪費，不斷提高設(shè)備完好率與使用率，從而實現(xiàn)對電機的綜合監(jiān)控及保護(hù)。

二、系統(tǒng)設(shè)計方案

電機在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖1，為增加系統(tǒng)可靠性，采用冗余設(shè)計方案，主從設(shè)備互為備份自動切換。在選煤廠原煤車間生產(chǎn)線上，選取16臺重要關(guān)鍵設(shè)備電機和2個分級篩作為重點監(jiān)測對象，主要監(jiān)測電機三相電壓、三相電流、功率、電量、溫度、振動等運行狀態(tài)參數(shù)。電壓和電流互感器檢測電機三相電信號，經(jīng)三相電參數(shù)模塊計算出各個電參數(shù)并通過RS485總線傳送到串口服務(wù)器。串口服務(wù)器通過以太網(wǎng)交換機向電機綜合監(jiān)測系統(tǒng)提供各個電參數(shù)模塊的數(shù)據(jù)。溫度傳感器檢測電機溫度，經(jīng)溫度變送器輸出模擬信號到信號隔離器。振動傳感器檢測分級篩振動，經(jīng)振動模塊輸出模擬信號到信號隔離器。信號隔離器輸出模擬信號到西門子PLC。PLC計算溫度和振動值并通過以太網(wǎng)交換機向電機綜合監(jiān)測系統(tǒng)提供溫度和振動數(shù)據(jù)。綜合監(jiān)測系統(tǒng)實時采集存儲電機運行數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理分析，監(jiān)測運行狀態(tài)，判斷故障報警。

圖1 電機在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

三、監(jiān)測技術(shù)方法

1.電機電參數(shù)檢測

鑒于配電柜空間不足等實際情況，為方便安裝，電機電流信號檢測采用開啟式電流互感器，其變比根據(jù)每臺電機的功率進(jìn)行選擇，輸出量程5A。電機電壓信號采用電壓互感器，輸入量程300V。三相電參數(shù)模塊采用力創(chuàng)EDA9033模塊，該模塊自帶3個電壓互感器。電參數(shù)模塊計算三相相電壓Ua、Ub、Uc;三相電流Ia、Ib、Ic;功率因數(shù)PF、正反向有功電度等電參數(shù)，通過MODBUS-RTU協(xié)議輸出到串口服務(wù)器。串口服務(wù)器采集16路電參數(shù)模塊數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)協(xié)議。

2.電機溫度檢測

電機溫度檢測采用西門子防爆型一體化溫度變送器，傳感器為Pt100熱電阻，安裝于電機吊環(huán)上。溫度變送器檢測熱電阻隨溫度變化的電阻值，對應(yīng)輸出4-20mA模擬信號。為增加現(xiàn)場儀器的抗干擾和安全性，模擬信號經(jīng)過信號隔離器接入S7-300 PLC模擬量模塊。PLC根據(jù)變送器量程計算出電機溫度，通過通訊模塊接入到以太網(wǎng)交換機。

3.電機振動參數(shù)檢測

分級篩振動信號檢測采用加速度傳感器，用螺栓固定在分級篩安裝支架上，檢測水平和垂直振動參數(shù)。。加速度傳感器把振動篩的機械振動量轉(zhuǎn)換成電信號輸出， 實現(xiàn)對機械振動信息的檢測。XM120振動監(jiān)測模塊采用24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，對接入傳感器信號進(jìn)行處理，根據(jù)加速度電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系，計算振動頻率、幅值、速度等測量參數(shù)。可以設(shè)置選擇其中的某個參數(shù)輸出為4-20mA模擬信號，再經(jīng)信號隔離器接入PLC模擬量模塊，計算振動測量數(shù)據(jù)。

4.上位機軟件設(shè)計

電機綜合監(jiān)測系統(tǒng)上位機軟件采用亞控組態(tài)王KingView開發(fā)設(shè)計。綜合監(jiān)測系統(tǒng)通過以太網(wǎng)自動實時讀取存儲電機運行狀態(tài)測量數(shù)據(jù)。人機界面通過曲線圖、圖表、報表等方式顯示數(shù)據(jù)（見圖2電機綜合監(jiān)測系統(tǒng)人機界面主圖）。對每臺監(jiān)測設(shè)備單獨設(shè)計一個參數(shù)界面：包括電壓、電流、溫度、振動等設(shè)備測量數(shù)據(jù)。對每個參數(shù)都有報警設(shè)置，并有動畫提示。

圖2 電機綜合監(jiān)測系統(tǒng)人機界面主圖

四、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

綜合監(jiān)測系統(tǒng)實時顯示采集的電機各個參數(shù)值（見圖2）。每臺設(shè)備的曲線圖顯示各個參數(shù)的歷史曲線（見圖3），在圖中下方可以選擇顯示或隱藏各個參數(shù)值。圖3顯示的是141電機一段工作時期的溫度數(shù)據(jù)曲線，可以觀測出電機因負(fù)載變化而引起的溫度變化，都處于正常范圍值內(nèi)。綜合監(jiān)測系統(tǒng)同時根據(jù)建立的電機故障專家系統(tǒng)規(guī)則庫和設(shè)備運行模型相分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，判斷設(shè)備運行狀態(tài)趨勢。當(dāng)設(shè)備參數(shù)出現(xiàn)異常時，高亮閃爍顯示數(shù)值提示報警信息， 并由專家系統(tǒng)給出可能故障原因和維修建議。

圖3 141溫度數(shù)據(jù)曲線圖

五、結(jié)束語

該系統(tǒng)實現(xiàn)了在線監(jiān)測電機運行狀態(tài)，可以及時、連續(xù)地反應(yīng)設(shè)備運行狀況，分析設(shè)備的狀態(tài)變化趨勢，診斷被監(jiān)測設(shè)備故障的可能原因，以及檢查和驗收維修效果。為選煤廠對設(shè)備故障早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早預(yù)防，早排除提供了技術(shù)保障。發(fā)揮了避免設(shè)備突發(fā)性故障造成的設(shè)備損壞、減少設(shè)備停機時間及降低維修成本、提高生產(chǎn)效率和安全性的作用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：羅旋（1979—），男，碩士，山東省計算中心（國家超級計算濟(jì)南中心）、山東省計算機網(wǎng)絡(luò)重點實驗室助理研究員，主要從事自動化控制、電子信息、嵌入式系統(tǒng)方面研究。

通訊作者：韓路躍。