电机智能传感器在电机运行管理中的应用

齐日昊

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063200）

引言

随着企业的不断发展，各生产厂所需的电机数量也不断增加，保证各类电机的高效稳定运行就成为了整个公司平稳生产的基础，因此对各类电机的日常检测维护工作就成为点检维保的重中之重。

实际工作中电机的检查都是采用人工日常点巡检，而人工点巡检往往存在疏漏的可能性，并且存在测量误差和时效性问题。没有高效可行的手段对电机各项参数进行实时监控，各项参数就无法形成连续记录，一旦电机发生故障，没有有效的数据支撑，就无法深入分析故障原因，这成为日常电机维护管理工作的一大难点。

对电机系统的运行而言，在早期进行设备的诊断工作是非常必要的，早期发现，早期解决，才能整体降低危险发生的概率［1］。

1 现场应用需求分析

为有效地对电机进行监测，提升电机管理能力，形成电机的全寿命周期管理，需要建立一整套完善的数字化监测手段，便于生产设备关键数据的统一采集、存储、查阅和管理，提升对故障的预警和诊断能力，并提升故障发生后的原因分析能力。具体现场应用需求如下。

（1）对电机状况进行实时监测，自动将诊断和监测数据上传并显示在主监测上位机上，在系统中显示关键绩效指标。所有智能传感器数据最终可以传输给车间设备监控系统进行集成，实现“物联网”智能制造场景。

（2）通过专享的手机和网页客户端，维护人员可以看到自己所关心的电机整体状态，同时，可以自行选择需要展示的电机参数以及任意时间段对应的电机状态，可以一目了然地看到多台电机的健康状况，根据具体状态合理安排维护计划。

（3）针对出现异常的设备，系统会自动推送报警信息，维护人员可以根据报警，查看设备具体运行异常点，根据事件日志，维护人员也可以下达维护任务，形成维护记录，生成该设备的病历卡。

（4）现场所需的电机智能传感器应具备适用电机种类多、信号覆盖范围广、安装便捷等特点，同时具备数据分析能力，能对电机各项参数进行实时分析，并第一时间对故障进行报警提示。

2 电机智能传感器的应用

2.1 应用背景

过去，电机永久安装的状态监测系统过于昂贵，且对不同型号电机的兼容性较差。而现在，电机智能传感器是一个状态监测的良好解决方案，可以使大多数低压电机实现预测性维护。电机智能传感器可以获取振动、温度及其他电机运行数据，这些数据可以用来准确判断电机的运行状态和性能，维护工作可以根据实际需要而不是基于通用时间表来进行。这可以延长30%的设备使用寿命，降低维护成本，并减少或防止因故障导致的意外停机。该解决方案可以缩短70%的宕机时间，并降低10%的能耗。[2]

2.2 应用特性

电机智能传感器可以生成和发送“大数据”并通过网络传输方式将传动链的“大数据”传输到专有云平台，通过手机和网页客户端呈现被监测电机、轴承等部件的健康参数（温度、振动等）以及故障报警事件，以供故障分析并制定维护计划，并为预测性维护和工厂范围内的操作和能耗优化奠定基础。

2.3 设备参数

选择某公司的电机智能传感器，设备参数见表1。

表1 电机智能传感器设备参数

电机智能传感器集成加速度、温度、磁场、声音等多物理量测量，可监测故障类型多，结果置信度高。使用无线传输数据，信号覆盖范围广，使用手机采集数据时，相较传统手持仪器，可距离电机更远，人身安全更有保障。

1 台电机，仅需1 个传感器，相较传统状态监测产品，使用传感器更少，硬件整体成本更低。通过电机智能传感器的投用，可以实现以下功能。

（1）通过专用云平台对数据的智能分析，实现电机故障提前预警，并根据当前电机的运行状态自动推送运维建议，避免小问题衍生出大事故，减少非计划停机次数。

（2）通过专用云平台对数据的智能分析，实现电机故障提前预警，并根据当前电机运行状态自动推送运维建议，避免恶性事故发生。

（3）提升电机可靠性，保障产线长周期的连续稳定生产，提高生产效益。

（4）可以对生产流程上关键电机进行管控，保障生产工艺稳定。

（5）根据系统运维建议，可以实现运维工作安排和运维人员工作效能优化。

（6）有效支持电机备品备件的管理优化。

2.4 设备安装

电机智能传感器有楔形底座和铝卡扣两种安装方式，不需要布线，不需要钻孔，可以直接固定在电机外壳散热片上，无需使用专用工具，对于各类低压电机均适用。

2.5 数据查看方式

电机智能传感器有两种数据查看方式，分别为APP和网页客户端。这两种方式均可以详细查看电机内的各项测量参数，并对相关事件进行提醒关注，提供决策建议。

3 应用案例分析

某公司制氧区域使用的电机等旋转机械设备有百台以上，存在设备故障损耗高、人员巡检难度大等问题。为更好地保证电机的稳定运行，采购了8 台电机智能传感器安装于制氧后备系统液体泵电机上，以此对电机运行状态和健康数据进行定期监控。

2021 年7 月15 日，1 台安装在电压为380 V、转速为2 968 r∕min的立式液体泵变频电机的智能传感器发出报警，提示“需对驱动端轴承进行检查，观察设备运行情况”。通过检查发现驱动端轴承温度出现升高现象，但振动及轴承运行声音无异常，技术人员开始重点关注该电机的运行状态。

2021 年7 月16 日，该电机智能传感器再次发出报警，提示“电机振动偏高，需要观察运行”。

2021 年7 月19 日，该电机智能传感器再次发出警告，提示“要立即确认系统内自动生成的详细振动分析报告，并应立即对电机驱动端轴承进行更换”。这次警告后，技术人员立即到现场对电机进行检查，发现电机振动值超标，轴承声音异常，驱动端温度持续升高。通过检查系统数据发现振动大幅升高，已超过标准值2.8 mm∕s。

发现问题后技术人员立即倒泵停机，并对电机进行解体检修，检修发现驱动端轴承保持架已损坏（见图1），保持架掉落造成电机驱动端内部磨损，导致温度升高，同时由于轴承损坏，无法保持电机轴的同心度，导致振动升高，这是故障的直接原因。

图1 轴承保持架损坏

根据电机智能传感器记录的其他参数，继续发掘导致轴承损坏的深层次原因。首先，考虑轴承是否缺油，结合传感器的检测和日常加油记录判断，轴承并不缺油。之后继续分析研读电机运行期间传感器记录的振动数据，确认电机轴承故障的根本原因如下。

（1）电机轴与离心泵转轴采用轴套硬连接，离心泵叶轮自由度完全依靠电机定位，以避免叶轮和泵壳等动、静部件碰撞、摩擦和磨损，造成离心泵振动、损坏。因此离心泵在运行时所产生的轴向推力，全部由电机轴承承担。

（2）与卧式电机相比，立式电机的轴承必须能承担较大的轴向力，而普通的深沟球轴承主要承担径向负荷和一定的轴向负荷，不能承受轴向重载荷。

（3）对比一期制氧液体泵也采用多级离心泵，电机同为立式安装形式，电气驱动端采用的是双推力轴承，非驱动端采用轴承为深沟球轴承，轴承可以承受更强的轴向力。

综上判断电机轴承选型不合理，是造成电机投运后频繁出现轴承损坏的根本原因。

截至目前，自电机智能传感器使用以来，共报警提示26 次，故障提示6 次，避免故障停机8 次，消除系统停机损失850万元。

通过电机智能传感器的应用，使我们能第一时间对设备运行情况有准确的了解，对电机出现的问题能够第一时间进行预防性处理，避免故障进一步加重，杜绝电机本体结构损伤，同时消除了由于设备故障停机对整个产线系统的影响，节省了大量的人力、物力，保证了空分系统的稳定运行。

4 结语

如何提高设备的可利用率，控制设备故障的发生率是设备管理工作中的重点。电机智能传感器以先进无线传输技术作为基础，属于在线振动监测系统的一种类型，可以对多个机组和多种类型的设备进行集中监测，可以对频繁发生故障的位置进行重点关注，及时播报与故障相关的数据，从而达到预警和报警的效果［3］。

使用电机智能传感器可以实时监测电机的各项参数，便于电机关键运行数据的统一采集、存储、查阅、管理，为电机运行状态的分析提供强大的数据支持，提升对故障的预警、预知和诊断能力，大大提高了维护人员的事故响应能力，为电机日常的稳定运行与维护管理提供强大助力。