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【摘要】电机运行状态在生产线安检中是重点监测对象，传统采用人工离线方式定期巡检。本文应用传感设备检测状态信号，现场总线传输数据，组态软件采集管理数据的方法实现了电机运行状态的在线监测。通过实时监测电机运行状态，及时诊断设备故障并维修设备，避免经济损失，保证生产安全稳定。
【关键词】电机;在线监测;专家系统;冗余
一、引言
针对鲍店煤矿选煤厂电动机的运行环境，为减少事故，降低能耗，确保安全生产，运用测控技术、计算机技术、网络通信技术等方法，对重要关键设备的电动机进行在线监测技术研究与应用。在设备不停机的情况下通过对电动机的三相电压、电流、温度、振动等参数进行实时在线监测，对采集的参数数据进行算法分析，以信息融合理论来综合判断其运转是否正常，有无异常与劣化征兆。通过对监测数据的分析处理，实现能耗评估，设备故障报警、检修预警等功能，以便提前制定采取针对性措施来控制和防止事故的发生，从而避免设备突发性故障造成的设备损坏以及停工停产等巨大损失，减少计划维修所造成的一些浪费，不断提高设备完好率与使用率，从而实现对电机的综合监控及保护。
二、系统设计方案
电机在线监测网络拓扑图见图1，为增加系统可靠性，采用冗余设计方案，主从设备互为备份自动切换。在选煤厂原煤车间生产线上，选取16台重要关键设备电机和2个分级筛作为重点监测对象，主要监测电机三相电压、三相电流、功率、电量、温度、振动等运行状态参数。电压和电流互感器检测电机三相电信号，经三相电参数模块计算出各个电参数并通过RS485总线传送到串口服务器。串口服务器通过以太网交换机向电机综合监测系统提供各个电参数模块的数据。温度传感器检测电机温度，经温度变送器输出模拟信号到信号隔离器。振动传感器检测分级筛振动，经振动模块输出模拟信号到信号隔离器。信号隔离器输出模拟信号到西门子PLC。PLC计算温度和振动值并通过以太网交换机向电机综合监测系统提供温度和振动数据。综合监测系统实时采集存储电机运行数据，并进行处理分析，监测运行状态，判断故障报警。
图1 电机在线监测网络拓扑图
三、监测技术方法
1.电机电参数检测
鉴于配电柜空间不足等实际情况，为方便安装，电机电流信号检测采用开启式电流互感器，其变比根据每台电机的功率进行选择，输出量程5A。电机电压信号采用电压互感器，输入量程300V。三相电参数模块采用力创EDA9033模块，该模块自带3个电压互感器。电参数模块计算三相相电压Ua、Ub、Uc;三相电流Ia、Ib、Ic;功率因数PF、正反向有功电度等电参数，通过MODBUS-RTU协议输出到串口服务器。串口服务器采集16路电参数模块数据，并转换成以太网协议。
2.电机温度检测
电机温度检测采用西门子防爆型一体化温度变送器，传感器为Pt100热电阻，安装于电机吊环上。温度变送器检测热电阻随温度变化的电阻值，对应输出4-20mA模拟信号。为增加现场仪器的抗干扰和安全性，模拟信号经过信号隔离器接入S7-300 PLC模拟量模块。PLC根据变送器量程计算出电机温度，通过通讯模块接入到以太网交换机。
3.电机振动参数检测
分级筛振动信号检测采用加速度传感器，用螺栓固定在分级筛安装支架上，检测水平和垂直振动参数。。加速度传感器把振动筛的机械振动量转换成电信号输出， 实现对机械振动信息的检测。XM120振动监测模块采用24位模数转换器，对接入传感器信号进行处理，根据加速度电压转换关系，计算振动频率、幅值、速度等测量参数。可以设置选择其中的某个参数输出为4-20mA模拟信号，再经信号隔离器接入PLC模拟量模块，计算振动测量数据。
4.上位机软件设计
电机综合监测系统上位机软件采用亚控组态王KingView开发设计。综合监测系统通过以太网自动实时读取存储电机运行状态测量数据。人机界面通过曲线图、图表、报表等方式显示数据（见图2电机综合监测系统人机界面主图）。对每台监测设备单独设计一个参数界面：包括电压、电流、温度、振动等设备测量数据。对每个参数都有报警设置，并有动画提示。
图2 电机综合监测系统人机界面主图
四、监测数据分析
综合监测系统实时显示采集的电机各个参数值（见图2）。每台设备的曲线图显示各个参数的历史曲线（见图3），在图中下方可以选择显示或隐藏各个参数值。图3显示的是141电机一段工作时期的温度数据曲线，可以观测出电机因负载变化而引起的温度变化，都处于正常范围值内。综合监测系统同时根据建立的电机故障专家系统规则库和设备运行模型相分析监测数据，判断设备运行状态趋势。当设备参数出现异常时，高亮闪烁显示数值提示报警信息， 并由专家系统给出可能故障原因和维修建议。
图3 141温度数据曲线图
五、结束语
该系统实现了在线监测电机运行状态，可以及时、连续地反应设备运行状况，分析设备的状态变化趋势，诊断被监测设备故障的可能原因，以及检查和验收维修效果。为选煤厂对设备故障早发现、早诊断、早预防，早排除提供了技术保障。发挥了避免设备突发性故障造成的设备损坏、减少设备停机时间及降低维修成本、提高生产效率和安全性的作用。
参考文献
[1]韩兵.现场总线系统监控与组态软件[M].化学工业出版社，2008.6
[2]马宏忠.电机状态监测与故障诊断技术[M].机械工业出版社，2008.3
[3]余红粒，电机保护智能监测系统的设计[J].仪表技术与传感器，2006.10，2006年第10期，页42-44
作者简介：罗旋（1979—），男，硕士，山东省计算中心（国家超级计算济南中心）、山东省计算机网络重点实验室助理研究员，主要从事自动化控制、电子信息、嵌入式系统方面研究。
通讯作者：韩路跃。
【关键词】电机;在线监测;专家系统;冗余
一、引言
针对鲍店煤矿选煤厂电动机的运行环境，为减少事故，降低能耗，确保安全生产，运用测控技术、计算机技术、网络通信技术等方法，对重要关键设备的电动机进行在线监测技术研究与应用。在设备不停机的情况下通过对电动机的三相电压、电流、温度、振动等参数进行实时在线监测，对采集的参数数据进行算法分析，以信息融合理论来综合判断其运转是否正常，有无异常与劣化征兆。通过对监测数据的分析处理，实现能耗评估，设备故障报警、检修预警等功能，以便提前制定采取针对性措施来控制和防止事故的发生，从而避免设备突发性故障造成的设备损坏以及停工停产等巨大损失，减少计划维修所造成的一些浪费，不断提高设备完好率与使用率，从而实现对电机的综合监控及保护。
二、系统设计方案
电机在线监测网络拓扑图见图1，为增加系统可靠性，采用冗余设计方案，主从设备互为备份自动切换。在选煤厂原煤车间生产线上，选取16台重要关键设备电机和2个分级筛作为重点监测对象，主要监测电机三相电压、三相电流、功率、电量、温度、振动等运行状态参数。电压和电流互感器检测电机三相电信号，经三相电参数模块计算出各个电参数并通过RS485总线传送到串口服务器。串口服务器通过以太网交换机向电机综合监测系统提供各个电参数模块的数据。温度传感器检测电机温度，经温度变送器输出模拟信号到信号隔离器。振动传感器检测分级筛振动，经振动模块输出模拟信号到信号隔离器。信号隔离器输出模拟信号到西门子PLC。PLC计算温度和振动值并通过以太网交换机向电机综合监测系统提供温度和振动数据。综合监测系统实时采集存储电机运行数据，并进行处理分析，监测运行状态，判断故障报警。
图1 电机在线监测网络拓扑图
三、监测技术方法
1.电机电参数检测
鉴于配电柜空间不足等实际情况，为方便安装，电机电流信号检测采用开启式电流互感器，其变比根据每台电机的功率进行选择，输出量程5A。电机电压信号采用电压互感器，输入量程300V。三相电参数模块采用力创EDA9033模块，该模块自带3个电压互感器。电参数模块计算三相相电压Ua、Ub、Uc;三相电流Ia、Ib、Ic;功率因数PF、正反向有功电度等电参数，通过MODBUS-RTU协议输出到串口服务器。串口服务器采集16路电参数模块数据，并转换成以太网协议。
2.电机温度检测
电机温度检测采用西门子防爆型一体化温度变送器，传感器为Pt100热电阻，安装于电机吊环上。温度变送器检测热电阻随温度变化的电阻值，对应输出4-20mA模拟信号。为增加现场仪器的抗干扰和安全性，模拟信号经过信号隔离器接入S7-300 PLC模拟量模块。PLC根据变送器量程计算出电机温度，通过通讯模块接入到以太网交换机。
3.电机振动参数检测
分级筛振动信号检测采用加速度传感器，用螺栓固定在分级筛安装支架上，检测水平和垂直振动参数。。加速度传感器把振动筛的机械振动量转换成电信号输出， 实现对机械振动信息的检测。XM120振动监测模块采用24位模数转换器，对接入传感器信号进行处理，根据加速度电压转换关系，计算振动频率、幅值、速度等测量参数。可以设置选择其中的某个参数输出为4-20mA模拟信号，再经信号隔离器接入PLC模拟量模块，计算振动测量数据。
4.上位机软件设计
电机综合监测系统上位机软件采用亚控组态王KingView开发设计。综合监测系统通过以太网自动实时读取存储电机运行状态测量数据。人机界面通过曲线图、图表、报表等方式显示数据（见图2电机综合监测系统人机界面主图）。对每台监测设备单独设计一个参数界面：包括电压、电流、温度、振动等设备测量数据。对每个参数都有报警设置，并有动画提示。
图2 电机综合监测系统人机界面主图
四、监测数据分析
综合监测系统实时显示采集的电机各个参数值（见图2）。每台设备的曲线图显示各个参数的历史曲线（见图3），在图中下方可以选择显示或隐藏各个参数值。图3显示的是141电机一段工作时期的温度数据曲线，可以观测出电机因负载变化而引起的温度变化，都处于正常范围值内。综合监测系统同时根据建立的电机故障专家系统规则库和设备运行模型相分析监测数据，判断设备运行状态趋势。当设备参数出现异常时，高亮闪烁显示数值提示报警信息， 并由专家系统给出可能故障原因和维修建议。
图3 141温度数据曲线图
五、结束语
该系统实现了在线监测电机运行状态，可以及时、连续地反应设备运行状况，分析设备的状态变化趋势，诊断被监测设备故障的可能原因，以及检查和验收维修效果。为选煤厂对设备故障早发现、早诊断、早预防，早排除提供了技术保障。发挥了避免设备突发性故障造成的设备损坏、减少设备停机时间及降低维修成本、提高生产效率和安全性的作用。
参考文献
[1]韩兵.现场总线系统监控与组态软件[M].化学工业出版社，2008.6
[2]马宏忠.电机状态监测与故障诊断技术[M].机械工业出版社，2008.3
[3]余红粒，电机保护智能监测系统的设计[J].仪表技术与传感器，2006.10，2006年第10期，页42-44
作者简介：罗旋（1979—），男，硕士，山东省计算中心（国家超级计算济南中心）、山东省计算机网络重点实验室助理研究员，主要从事自动化控制、电子信息、嵌入式系统方面研究。
通讯作者：韩路跃。