電動機實時監控系統設計與應用

杜曉冬　鄭芳　李曉晨

摘 要：電動機在現代企業生產當中起著至關重要的作用，其工作狀態的好壞直接影響著生產工作能否有序進行。然而，當前對電動機狀態的監控模式相對落后，無法及時掌握準確的狀態信息，缺乏對電動機進行科學的養護，極易造成非計劃性停機。因此，急需研究出一套電動機狀態監控系統來完善原有的監控模式，并利用新的監控系統，全面實現對電動機的預測性維修，確保電動機的安全、有效運行，保證生產秩序。

關鍵詞：電動機；PLC；實時監控

1.引言

電動機作為一種拖動機械設備，已經成為絕大多數企業生產的動力基礎，其是否能夠安全、可靠的運行直接關系著生產工作的順利與否，尤其是以大功率電動機為動力基礎的通風機，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，計劃性維修養護為輔的設備維保模式，然而隨著科技的發展，工業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，再發展到如今的設備狀態預測性維修。在實際應用中，預測性維修是基于每臺設備的狀態，通過狀態檢測工具來采集監測數據，隨后相關人員對數據情況進行分析匯總，并得出結論，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不可修復性損害，帶來更嚴重的后果。

2.電動機實時監控系統設計思路

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、節約原材料和電能，以及對實現自動化設計都有重要的現實意義。

從電動機各類故障的發生概率以及嚴重性上來說，振動引發的問題頻率較高也比較復雜，其是旋轉類設備最常見的問題，也是設備損壞的一大驅動性因素。設備的各部件在運行過程中都會產生不同程度的振動，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，最終將導致設備發生故障甚至損壞。

引起振動的直接原因就是回轉體重心與旋轉軸的不重合，在這些可能發生的故障當中，又以電動機的軸承及葉片故障為主。通常情況下來說，對這些運行數據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向故障狀態異變時，其振動、電流和溫度信息會發生變化，這些微弱的變化依靠人工點檢，是無法及時發現的。因此，開發電動機實時監控系統，對電動機有效部位的振動、溫度和電流進行測量、監控就顯得尤為重要，通過日常的數據的采集，并對比數據庫中正常運行時的歷史數據，就可及時發現電動機運行狀況的改變，從而發出預警，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，電動機由正常狀態向故障狀態異變時，其運行狀態參數也在發生著改變，所以只要設計一套能夠準確采集、分析設備狀態參數的系統，就可以預測設備故障，做到預測維修。

電動機實時狀態監測內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，在數據子站內把傳感器微弱、易受干擾的模擬信號轉化為高速、準確的數字信號，通過數據總線上傳到數據采集總站來完成整套監測功能。

在設計細節上，由于電動機的電流信號在電控柜內，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據采集總站，負責采集電動機的電流信號和頻率信號，同時通過數據總線接收各個子站傳送來的電動機振動和溫度信號。在數據總站內進行數據處理，產生報警信號，并把處理過的電動機狀態信號上傳到數據服務器內。

數據存儲分析部分負責對數據采集總站傳送來的數據進行存儲、處理，產生報警信息，進行故障診斷。

3.2 軟件部分

該監測系統軟件部分由底層軟件和數據分析軟件兩部分組成。底層軟件是PLC內的控制軟件，完成整個主站和和各個子站內軟硬件組態、IP地址分配和硬件采集信號的設定，負責電動機溫度、振動、電流等狀態數據的采集、轉換從而生成預警和報警信號等。

數據分析軟件使用西門子WINCC和SQL SERVER開發的專用軟件，運行在專用工控計算機上，負責控制參數、報警參數的設置，報警狀態的顯示，電動機運行狀態歷史數據的存儲、分析，實現故障的在線診斷。

4.結束語

該電動機實時監控系統已經應用于某單位風力除塵系統，能夠對電動機運行狀態進行全天候實時監控，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，同時根據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的影響，大大提高了生產效率，為企業帶來了極為可觀的有形效益和無形效益。

參考文獻

[1] 楊國安.電動機故障診斷實用技術[M].北京：中國石化出版社，2012.

[2] 劉國海.現場總線PROFINET[M].北京：電子工業出版社編，2007.