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新型电机监控预警系统方案

--WAGO解决方案

供稿:万可电子(天津)有限公司 2009/11/23 15:07:00

0 人气:3722

  • 关键词: 电机保护 PLC 监控预警系统
  • 摘要:本文介绍了德国万可电子提出的最新型电机监控预警系统方案,和电机保护模块,及其控制原理。

1 前言
       现代生产企业中大量使用的电动机和机械系统、电气系统不可避免的劣化并发生故障,如果有些故障不能及时发现,就可能使电机故障,产生生产停顿,并且导致昂贵的维修和停产损失。系统开始劣化初期,其特征还不是很明显,并不是时时出现或周期性出现,能不能及时地发现,这对我们的意义非常重大。依靠严格的管理手段,配备足够的人力,采用相应的电动机保护装置可以使电动机得到一定程度的保护。在现实中常发生的是人力不足或人的责任心不强,电动机保护装置失效或不可靠,而人们又无法知道保护装置何时失效,仍会造成设备事故。
       德国万可电子公司提出了最新的电机保护方案——监控预警系统。在系统中提供了相应的电机检测模块和相应的PLC软件,进行实时不间断地监测电动机是否在正常工作,一旦电动机故障,或者电动机及机械设备开始劣化,PLC立即提示报警。

2 电机监控预警原理
  从电机的诞生之日起,电机的监控就开始了,现在成熟的电机监控设备多种多样。
2.1 电机运行监控
       国产的许多种“电动机监控仪”或者“电机综合保护器”可以对电机运行的各项电参数均实时显示在“电脑”上,各项参数的历史数据还可以保存,用户随时可以查阅这些数据及其趋势曲线。电机的运行状态(运行、停止、通讯故障、过载、过流、堵转、三相不平衡、断相、过压、欠压、短路等)均能一目了然,各种故障还发出声光报警。这是传统的监控方式,它能忠实的记录电机的状态,但是无法进行预警,而且受到产品质量的制约。
有些电机是采用变频器控制的,很多工程师就认为变频器就有电机保护功能了,其实这是个误区。不错,变频器可以对电机有电压电流的保护和监控,但是无法感知振动等机械方面的状态。
2.2 电机预警系统原理
       电动机是否运行在最佳的状态一直是用户关心而又无法确定的问题,设备管理者一直希望知道使用中的设备在什么时候会发生故障,如何能最经济地提高设备运转率。理论上只要我们有大量的设备正常运行的数据,同时不断地比较现在的数据,就能判断出设备异常与否。通过采集单元获得的电动机运行参数随时都被存储在计算机的历史数据库中,系统根椐这些参数自动计算,给出电动机全运行过程的经济运行分析,并自动做出该动力设备最佳状态的参数,依据长期连续记录参数作出的方案,可以解除用户的担心,使电动机的监控非常的准确。现在也有设备及技术可以解决这个问题,但投入很大,不具备经济性。
      万可公司提供的“电动机监护预警系统”解决方案正是基于这种理论,专门为解决这些问题而开发的。由于有了大量的历史数据为依据,当机械设备或电动机本身发生劣化时,电动机的运行参数必然发生与历史数据不同的变化,计算机总是不断地将采集回来的数据与历史数据比较,经专家系统软件分析后自动发出设备异常报告,提醒设备维护人员的注意,使设备故障在荫芽状态就被发现,从而提高了设备的运转率。由于设备运行异常得到及时发现,将可避免设备的重大事故。

3 WAGO电机监测预警系统
      创建于1951年,总部座落于德国的MINDEN市的WAGO公司,是德国专业从事以独创的笼式弹簧压力技术为特征的电连接器、电子模块和现场总线输入/输出系统的跨国公司。现场总线分布式输入/输出自动化控制系统WAGO - I/O – SYSTEM 750(IP20)系列及755(IP67)系列支持PROFIBUS,DeviceNet, Modbus, Interbus, CANBus, LonWorks, Ethernet 等多种国际认证的各种总线协议和工业以太网,还支持串行接口的通讯。这为电机监护预警系统并入到各种总线系统中去建立了良好的硬件基础。
      德国万可电子公司提供最新的电机监护预警系统,其底层为电动机监控模块,负责实时采集电机运行电参数(电流、电压的值及振动等),模块采用专用芯片及PLC技术,可靠性高,抗干扰能力强,适应恶劣环境,实现多项电动机经济运行参数的测量及数字化总线传输。完全开放的通讯协议为用户或第三方系统集成商便捷的构建自己的系统。还可以配置上位计算机、电动机管理软件,可以出色的完成电机设备故障预警等丰富功能,满足企业关心的设备故障,降低设备故障率,杜绝重大设备事故,实现设备管理自动化的需求。
主要有以下基本控制功能。
①监控电机工作电流,工作温度。
②监测电机振动,对振动的记录。
③存储和调用预先设定的电机工作参数值。
④可以监控电机的工作状态。
利用以上的有关信息可以判断电机的有关工作状态。

3.1 WAGO电机检测模块
判断电机的工作状态一般需要以下几个模块:
      电流检测(0~1/5A)--750-475;温度检测(RTD/TC)--750-461或469;振动冲击检测750-645模块等。

图一、 实物图
下面分别做介绍:
3.1.1 电流检测(0~1/5A)--750-475
       模拟量输入模块接收有效值为0-1A的AC或DC电流信号,该模块测量电流的均方根(rms)值,并以100μA的分辨率显示。该模块由内部系统电源供电(通过内部数据总线),输入通道为电隔离的差分输入。现场侧与内部系统之间同样电隔离。电流检测模块是为了监控电机电流的异常变化。注意负载电流不要超过额定值
图二、 750-475图

3.1.2 温度检测(RTD/TC)--750-461/469
      为了监测电机的温升不能超过额定值,温度检测(RTD/TC)模块一般是采用750-461(热电阻输入模块)或750-469(热电偶),把电机的温度数据送到PLC中。
      750-461热电阻(RTD)输入模块,可直接与两个PT型或Ni型电阻传感器连接。该模块可以连接2线制或3线制传感器。该模块自动线性化整个温度范围。传感器故障由红色LED指示。绿色LED指示该模块工作准备就绪而且与总线适配器之间的通讯无故障,屏蔽端直接连接至DIN导轨。750-469:热电偶输入模块,具有信号中断监控功能,可以直接连接两个热电偶。利用冷端补偿实现对接线端偏移电压的补压。其它同750-461模块,不再累述。这两个模块可以依据需要任选一个。
图三、 750-461和750-469图

3.1.3 振动冲击检测750-645
      2通道的振动速度/轴承状态监控模块,此模块用于机械振动在线监控,并在振动超出上限报警输出。模块采集两种最重要的参数用于机械状态分析:振动速度和冲击脉冲。振动速度是对机械振动能量的测量,而振动压力则是影响机械的良好指示器。依据ISO 10816-3标准规定计算准则,测量振动的实际值分成四个不同性质的种类。轴状态计算基于高频冲击脉冲,冲击脉冲是短脉冲,它随机械对滚动元件或接触表面的损坏而减少。标准冲击脉冲分为三个不同种类,对轴的状态描述分为:“好”、“受限制”、“坏”。测量计算能够早期检测出磨损趋势曲线。本模块连接Prüftechnik Codiction Monitoring GmbH振动传感器,利用Tandem-Piezo传感器可以同时测量机械振动和高频冲击脉冲。
图四、 750-645图

3.2 电机预警系统软件
       对于电机整体而言,故障出现是随机的,是不确定的。在软件中可以采取多种形式的监控,具体采用哪种形式或是多种并存根据工程师的设计。
      下图给出电机故障监控简图。对应的黄线是预警信号,红线是报警信号。到达不同的信号边缘,对应的输出就出现,而且数据实实记录。这就是PLC进行监控的优点。

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