电动机实时监控系统设计与应用

杜晓冬　郑芳　李晓晨

摘 要：电动机在现代企业生产当中起着至关重要的作用，其工作状态的好坏直接影响着生产工作能否有序进行。然而，当前对电动机状态的监控模式相对落后，无法及时掌握准确的状态信息，缺乏对电动机进行科学的养护，极易造成非计划性停机。因此，急需研究出一套电动机状态监控系统来完善原有的监控模式，并利用新的监控系统，全面实现对电动机的预测性维修，确保电动机的安全、有效运行，保证生产秩序。

关键词：电动机；PLC；实时监控

1.引言

电动机作为一种拖动机械设备，已经成为绝大多数企业生产的动力基础，其是否能够安全、可靠的运行直接关系着生产工作的顺利与否，尤其是以大功率电动机为动力基础的通风机，鼓风机、除尘风机等，对使用单位来说，确保电动机在良好的状态下运行就显得尤为重要。

一直以来我国普遍采用的是以事后维修为主，计划性维修养护为辅的设备维保模式，然而随着科技的发展，工业维修策略已从修理损坏的设备，到有间隔的进行预防性维修，再发展到如今的设备状态预测性维修。在实际应用中，预测性维修是基于每台设备的状态，通过状态检测工具来采集监测数据，随后相关人员对数据情况进行分析汇总，并得出结论，指导维修任务的安排，对存在故障隐患的设备及早做出响应，以避免进一步恶化致使设备出现不可修复性损害，带来更严重的后果。

2.电动机实时监控系统设计思路

2.1 电动机故障分析

电动机故障一般可分为电气故障和机械故障。电气方面主要是电动机的绕组接地、短路、开路、接触不良、鼠笼断条等故障；机械方面则主要是轴承磨损、转子扫膛等引起的振动故障。电机运行时温度的升高，也直接影响着电动机的寿命和运行可靠性，因此准确的估算并检测电动机的温升，不仅可以保证电动机的安全运行，而且可以提高电动机的使用寿命、节约原材料和电能，以及对实现自动化设计都有重要的现实意义。

从电动机各类故障的发生概率以及严重性上来说，振动引发的问题频率较高也比较复杂，其是旋转类设备最常见的问题，也是设备损坏的一大驱动性因素。设备的各部件在运行过程中都会产生不同程度的振动，设备的振动往往会影响其工作精度，加剧设备的磨损，加速疲劳破坏，而随着磨损的增加和疲劳损伤的加重，设备的振动也将更加剧烈，如此恶性循环，最终将导致设备发生故障甚至损坏。

引起振动的直接原因就是回转体重心与旋转轴的不重合，在这些可能发生的故障当中，又以电动机的轴承及叶片故障为主。通常情况下来说，对这些运行数据进行测量一般不会影响设备的正常工作，可在设备运行过程中同步获取所需的运行信号。

2.2 可行性分析

通过以上分析，电动机在由正常状态向故障状态异变时，其振动、电流和温度信息会发生变化，这些微弱的变化依靠人工点检，是无法及时发现的。因此，开发电动机实时监控系统，对电动机有效部位的振动、温度和电流进行测量、监控就显得尤为重要，通过日常的数据的采集，并对比数据库中正常运行时的历史数据，就可及时发现电动机运行状况的改变，从而发出预警，及时安排检修维护来改善电动机运行状况，做到预测维修。

3.方案设计

3.1 硬件部分

通过理论分析，电动机由正常状态向故障状态异变时，其运行状态参数也在发生着改变，所以只要设计一套能够准确采集、分析设备状态参数的系统，就可以预测设备故障，做到预测维修。

电动机实时状态监测内容包括电动机的电流、温度和振动等信号，通过将温度和振动传感器安装在电动机本体上，并在电动机旁设置一个采集子站，在数据子站内把传感器微弱、易受干扰的模拟信号转化为高速、准确的数字信号，通过数据总线上传到数据采集总站来完成整套监测功能。

在設计细节上，由于电动机的电流信号在电控柜内，所以电动机电源部分用电流互感器采集，但是电流互感器一般输出0-5A电流信号，不是标准信号。因此在电动机控制柜旁设置一数据采集总站，负责采集电动机的电流信号和频率信号，同时通过数据总线接收各个子站传送来的电动机振动和温度信号。在数据总站内进行数据处理，产生报警信号，并把处理过的电动机状态信号上传到数据服务器内。

数据存储分析部分负责对数据采集总站传送来的数据进行存储、处理，产生报警信息，进行故障诊断。

3.2 软件部分

该监测系统软件部分由底层软件和数据分析软件两部分组成。底层软件是PLC内的控制软件，完成整个主站和和各个子站内软硬件组态、IP地址分配和硬件采集信号的设定，负责电动机温度、振动、电流等状态数据的采集、转换从而生成预警和报警信号等。

数据分析软件使用西门子WINCC和SQL SERVER开发的专用软件，运行在专用工控计算机上，负责控制参数、报警参数的设置，报警状态的显示，电动机运行状态历史数据的存储、分析，实现故障的在线诊断。

4.结束语

该电动机实时监控系统已经应用于某单位风力除尘系统，能够对电动机运行状态进行全天候实时监控，操作人员只需在计算机上就可以查看电动机实时运行状态，同时根据设备历史运行曲线深度分析设备运行状况，通过一段时间的运用，全面达到了制定出设备维护周期，科学安排维修任务的目的，克服了设备的无计划停机对生产的影响，大大提高了生产效率，为企业带来了极为可观的有形效益和无形效益。

参考文献

[1] 杨国安.电动机故障诊断实用技术[M].北京：中国石化出版社，2012.

[2] 刘国海.现场总线PROFINET[M].北京：电子工业出版社编，2007.