發(fā)布時(shí)間：2018-07-21所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 針對(duì)高能耗企業(yè)電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)管理缺失的問題，本文結(jié)合電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)配置所需，通過增加相應(yīng)傳感器和狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集與越限報(bào)警;借助能源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)完成電動(dòng)機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸;利用能源管理系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與監(jiān)
針對(duì)高能耗企業(yè)電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)管理缺失的問題，本文結(jié)合電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)配置所需，通過增加相應(yīng)傳感器和狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集與越限報(bào)警;借助能源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)完成電動(dòng)機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸;利用能源管理系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與監(jiān)測(cè)管理。
關(guān)鍵詞:電動(dòng)機(jī),監(jiān)測(cè)管理,能源管理系統(tǒng)
電動(dòng)機(jī)是生產(chǎn)中應(yīng)用最主要的原動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)裝置，大中型電動(dòng)機(jī)更是生產(chǎn)企業(yè)的主要驅(qū)動(dòng)力，它的運(yùn)行狀況直接影響到工業(yè)生產(chǎn)是否正常進(jìn)行。一旦發(fā)生嚴(yán)重故障，不僅電動(dòng)機(jī)自身將損壞，而且將導(dǎo)致工業(yè)生產(chǎn)中斷，大型電動(dòng)機(jī)價(jià)格昂貴，并且生產(chǎn)過程中斷導(dǎo)致的損失往往比電動(dòng)機(jī)本身的損失更為龐大。據(jù)統(tǒng)計(jì)因電動(dòng)機(jī)故障在冶金行業(yè)的停產(chǎn)平均損失約為70萬人民幣/h。電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)不僅可以避免重大事故的發(fā)生，還可以幫助查找故障原因及故障維修，成為企業(yè)減少甚至避免不必要損失的重要舉措。
鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)組成企業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)，對(duì)企業(yè)各種能源介質(zhì)(水、電、氣/汽)的源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)等諸環(huán)節(jié)的計(jì)量與控制進(jìn)行扁平化管理。作為高能耗設(shè)備的大中型電動(dòng)機(jī)自然成為能源管理系統(tǒng)重點(diǎn)關(guān)注的負(fù)荷對(duì)象。電動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由傳感器、電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)裝置、后臺(tái)分析軟件構(gòu)成，本文結(jié)合某鋼鐵集團(tuán)大中型電動(dòng)機(jī)現(xiàn)狀，提出一種基于能源管理系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)管理方法，完成電動(dòng)機(jī)狀態(tài)信號(hào)的采集，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)管理與監(jiān)測(cè)。
1電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)
1.1電動(dòng)機(jī)傳感器信號(hào)采集
據(jù)統(tǒng)計(jì)，電動(dòng)機(jī)故障53%源于機(jī)械原因(軸承故障占41%，對(duì)中問題占12%)，47%源于電氣原因(轉(zhuǎn)子占10%，定子繞組占37%)。故一臺(tái)典型電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)配置包括8路溫度傳感器信號(hào)、4路振動(dòng)信號(hào)傳感器信號(hào)、1路鍵相信號(hào)傳感器信號(hào)。其中8路溫度信號(hào)分別監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)A、B、C三相繞組及轉(zhuǎn)子溫度，每項(xiàng)選擇兩個(gè)位置測(cè)量點(diǎn);4路振動(dòng)信號(hào)為轉(zhuǎn)子上線端X、Y軸振動(dòng)測(cè)量點(diǎn);1路鍵相信號(hào)為轉(zhuǎn)子鍵相測(cè)量點(diǎn)。各測(cè)量點(diǎn)安裝位置見圖1。
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研得知，該鋼鐵集團(tuán)所有大中型電動(dòng)機(jī)沒有在線狀態(tài)監(jiān)測(cè);多數(shù)電動(dòng)機(jī)的溫度和電氣量信號(hào)較為完善;多數(shù)電動(dòng)機(jī)沒有安裝振動(dòng)信號(hào)傳感器，部分電動(dòng)機(jī)預(yù)留了振動(dòng)傳感器的安裝孔(見圖2);少數(shù)風(fēng)機(jī)安裝了振動(dòng)信號(hào)傳感器。根據(jù)電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)所需，對(duì)預(yù)留振動(dòng)信號(hào)安裝孔的大中型電動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造:通過加裝相應(yīng)的振動(dòng)和鍵相信號(hào)傳感器，利舊原有溫度傳感器，完成來自振動(dòng)、轉(zhuǎn)速和溫度傳感器的軸振、速度和繞組/軸承溫度等信號(hào)的采集，為電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)奠定基礎(chǔ)。
1.2電動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)處理
電動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置通過4～20mA(或0～10V)模擬量輸入和熱電阻輸入卡件可以全面、實(shí)時(shí)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)信號(hào)，包含振動(dòng)(軸振瓦振)、溫度(繞組溫度、油溫)、轉(zhuǎn)速等物理量。通過簡(jiǎn)單運(yùn)算，判別這些物理量是否運(yùn)行在正常的范圍內(nèi)，如果越限則給予相應(yīng)報(bào)警，報(bào)警包含位移越限報(bào)警、超速報(bào)警、超溫報(bào)警等。在判斷報(bào)警前需對(duì)相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行重采樣處理。
(1)重采樣處理
電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)信號(hào)包含振動(dòng)、位移、速度、加速度等傳感器信號(hào)，這些信號(hào)屬于高頻信號(hào)，為了后續(xù)數(shù)據(jù)的傅里葉運(yùn)算，狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣處理，保證電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)采樣值的數(shù)量為一個(gè)固定值，通過同步選擇模塊選取電動(dòng)機(jī)的同步信號(hào)———電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速鍵相信號(hào)或額定轉(zhuǎn)速，然后經(jīng)重采樣模塊數(shù)據(jù)處理，得到重采樣數(shù)據(jù)，這些采樣數(shù)據(jù)可以保障電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行振動(dòng)信號(hào)的特征量不丟失。重采樣數(shù)據(jù)輸入到傅里葉運(yùn)算模塊，得到振動(dòng)信號(hào)一系列特征量，重采樣功能邏輯如圖3所示。
(2)越限報(bào)警
經(jīng)傅里葉運(yùn)算得到振動(dòng)信號(hào)的一系列特征量，包括基波幅值、1/2次諧波幅值、二次諧波幅值、峰谷值、平均值等，當(dāng)這些特征量幅值超過設(shè)圖4中的振動(dòng)信號(hào)四個(gè)邏輯分別為振動(dòng)信號(hào)1的基波、二次諧波幅值越限報(bào)警(V1、V1set、V'1、V'1set分別為振動(dòng)信號(hào)1基波幅值及其動(dòng)作門檻值、二次諧波幅值及其動(dòng)作門檻值)，振動(dòng)信號(hào)2的基波、二次諧波幅值越限報(bào)警(V2、V2set、V'2、V'2set分別為振動(dòng)信號(hào)2基波幅值及其動(dòng)作門檻值、二次諧波幅值及其動(dòng)作門檻值)。其他的超速、溫度信號(hào)越限報(bào)警與振動(dòng)信號(hào)越限報(bào)警類同。
上述越限標(biāo)志可以單獨(dú)置出口報(bào)警，也可以與其他通道越限標(biāo)志位進(jìn)行邏輯組合后置出口報(bào)警，邏輯組合在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置中可按照用戶的需求配置，并且邏輯組合的選擇(與、或)可以由控制字靈活選擇。
2數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
該鋼鐵集團(tuán)已經(jīng)建立的能源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)劃分為四個(gè)層次，自上而下包含核心層、匯聚層、接入層和計(jì)量控制層標(biāo)[1]。其中核心層包含前置服務(wù)器和核心交換機(jī)，前置服務(wù)器用于協(xié)議轉(zhuǎn)換，通過部署各類通信協(xié)議規(guī)約轉(zhuǎn)換進(jìn)程，解析來自接入層的各類數(shù)采網(wǎng)關(guān)、工業(yè)網(wǎng)關(guān)、電量采集終端等設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)推送到能源管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中;核心交換機(jī)是核心層與匯聚層的橋梁，用于連接前置服務(wù)器與匯聚層的骨干環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。
匯聚層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要包含骨干環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，骨干環(huán)網(wǎng)交換機(jī)之間通過單模光纜首尾相連，形成骨干環(huán)網(wǎng)。骨干環(huán)網(wǎng)交換機(jī)下接接入層臨近區(qū)域的接入交換機(jī)及相關(guān)設(shè)備。
如圖5所示，電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)融入能源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)，電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)裝置布置在大中型電動(dòng)機(jī)的附近，一臺(tái)電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)裝置可實(shí)現(xiàn)大中型電動(dòng)機(jī)(最多3臺(tái))運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)裝置直接接入臨近匯聚層環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，利用能源管理系統(tǒng)匯聚層、核心層數(shù)據(jù)采集網(wǎng)，與前置服務(wù)器完成數(shù)據(jù)交互，經(jīng)通信協(xié)議解析，將采集及其處理后的振動(dòng)、速度、加速度、溫度等數(shù)據(jù)及其越限報(bào)警信號(hào)上送至能源管理系統(tǒng)平臺(tái)，存儲(chǔ)到平臺(tái)的實(shí)時(shí)時(shí)序數(shù)據(jù)庫與歷史關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，供電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)其他應(yīng)用共享使用。
3電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)管理
電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)管理實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)生命周期的全程管理，利用能源管理平臺(tái)提供的歷史關(guān)系數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)時(shí)序數(shù)據(jù)庫的相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)從設(shè)備檔案建立(如圖6所示電動(dòng)機(jī)設(shè)備管理)伊始的電動(dòng)機(jī)靜態(tài)數(shù)據(jù)管理，到實(shí)時(shí)收集生產(chǎn)過程中電動(dòng)機(jī)及其相關(guān)的運(yùn)行數(shù)據(jù)、捕捉和識(shí)別電動(dòng)機(jī)及其相關(guān)的運(yùn)行故障信息、自動(dòng)生成運(yùn)行/停機(jī)記錄、對(duì)電動(dòng)機(jī)故障停機(jī)率/有效作業(yè)率/可利用率等指標(biāo)進(jìn)行分析的電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)管理，為設(shè)備改造前可行性分析報(bào)告提供所需的各類靜、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)支持，進(jìn)而提升電動(dòng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)行績(jī)效，降低電動(dòng)機(jī)設(shè)備的維護(hù)成本。
(1)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)。
通過讀取與匯總平臺(tái)實(shí)時(shí)時(shí)序數(shù)據(jù)庫中有關(guān)電動(dòng)機(jī)及相關(guān)生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況，在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)賬中自動(dòng)記錄相關(guān)告警信息，保證調(diào)度管理人員對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的扁平化管理，及時(shí)處理相關(guān)報(bào)警，根據(jù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為生產(chǎn)調(diào)度、電動(dòng)機(jī)檢修計(jì)劃編制提供依據(jù)。對(duì)于需要復(fù)雜運(yùn)算的在線診斷功能(如對(duì)振動(dòng)信號(hào)的頻譜分析、軸心軌跡分析等)則放到平臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)，相關(guān)應(yīng)用程序布置在應(yīng)用服務(wù)器上，取自實(shí)時(shí)時(shí)序數(shù)據(jù)庫的相關(guān)振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)，經(jīng)過在線診斷，將相關(guān)診斷結(jié)果(故障信息)返回到實(shí)時(shí)時(shí)序數(shù)據(jù)庫中，并利用平臺(tái)存儲(chǔ)機(jī)制存儲(chǔ)。
(2)電動(dòng)機(jī)完好率。
在運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，建立電動(dòng)機(jī)故障管理記錄，管理電動(dòng)機(jī)的維修與使用情況。電動(dòng)機(jī)檢修時(shí)，通過查詢檢修與維修記錄，得出電動(dòng)機(jī)是否處于完好可用狀態(tài)，從而得到電動(dòng)機(jī)的完好率數(shù)據(jù)，指導(dǎo)后續(xù)的檢修、點(diǎn)檢等計(jì)劃的指定。同時(shí)當(dāng)完好率低于預(yù)期值時(shí)，提示用戶進(jìn)行更新電動(dòng)機(jī)等操作。
(3)電動(dòng)機(jī)作業(yè)率。
在運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合與電動(dòng)機(jī)相關(guān)生產(chǎn)線的運(yùn)行狀況，建立電動(dòng)機(jī)停機(jī)管理記錄，通過對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)賬的匯總統(tǒng)計(jì)分析，得出一定時(shí)間段內(nèi)生產(chǎn)線上電動(dòng)機(jī)的作業(yè)時(shí)長(zhǎng)，得到電動(dòng)機(jī)的作業(yè)率。當(dāng)電動(dòng)機(jī)作業(yè)率過低時(shí)提示用戶查找原因，核實(shí)是否因電動(dòng)機(jī)故障而導(dǎo)致作業(yè)率降低。確認(rèn)后，通過維修或更換電動(dòng)機(jī)提高設(shè)備的作業(yè)率，提升生產(chǎn)效益。
4結(jié)束語
利用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)和大數(shù)據(jù)信息共享與統(tǒng)計(jì)分析監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)狀態(tài)信號(hào)的采集、傳輸、存儲(chǔ)與應(yīng)用，將電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)管理融入到能源管理系統(tǒng)中，在實(shí)現(xiàn)企業(yè)高能耗設(shè)備扁平化監(jiān)測(cè)與管理的同時(shí)，也將促進(jìn)電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展，為后續(xù)電動(dòng)機(jī)在線故障診斷工作的進(jìn)一步完善奠定基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn):
[1]王建勇，潘仁秋，沙海源，等.企業(yè)能源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)設(shè)計(jì)研究[J].冶金自動(dòng)化，2016，40(增刊2):83.
