怎樣看待電機(jī)西瑪電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

時間：2020-02-11 19:17

電機(jī)，在工業(yè)生產(chǎn)中起著非常重要的作用。然而，大家有沒有注意到，盡管產(chǎn)業(yè)升級所帶來的技術(shù)進(jìn)步正在將電機(jī)的性能和品質(zhì)不斷推向新的高度，可是我們使用電機(jī)的方式，卻幾乎在它問世的這一百多年間沒有什么太大的變化：連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，直到“壽終正寢”。

同時，在提升電機(jī)使用壽命、確保其長時間穩(wěn)定運(yùn)行方面，除了繁瑣復(fù)雜的人工檢修和排查，我們在電機(jī)的維護(hù)和保養(yǎng)方面所采取的措施也仍然是非常有限的。

這其實(shí)會帶來一個很嚴(yán)重的問題，就是極高的設(shè)備風(fēng)險成本。因?yàn)槲覀冎?，作為設(shè)備機(jī)械動力源的電機(jī)，其安裝使用和維修更換的過程往往是極為耗時、費(fèi)力的，一旦出現(xiàn)任何故障或損壞造成設(shè)備停產(chǎn)，總是會給企業(yè)帶來不小的經(jīng)濟(jì)損失，包括：設(shè)備停機(jī)導(dǎo)致產(chǎn)能效率下降，以及因電機(jī)損壞而發(fā)生設(shè)備二次損傷...等等。

因此，根據(jù)設(shè)備與電機(jī)的當(dāng)前和歷史工作狀態(tài)，提前對可能出現(xiàn)的故障狀況作出相應(yīng)的預(yù)判，并有計劃的對設(shè)備和電機(jī)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，就顯得十分必要了。

不過，這種對電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，并不僅僅是我們通常意義上所說的過電流報警和過溫保護(hù)。因?yàn)闊o論是電機(jī)過流還是過溫，其背后的故障原因往往是十分復(fù)雜的，很難基于這些報警信息快速采取有效的糾正措施。

尤其是對于很多因機(jī)械傳動異常（如振動或磨損）而造成的電機(jī)損壞，往往需要經(jīng)過長期運(yùn)行后才可能會引發(fā)故障，此時電機(jī)發(fā)出的過溫/過流報警，通常是沒有太大意義的，因?yàn)槠浔倔w（軸、軸承、繞組、編碼器...）很可能已經(jīng)受到一定程度的損傷了；并且，如果不查明故障根源，就對其實(shí)施復(fù)位操作或產(chǎn)品更換，設(shè)備再次停產(chǎn)幾乎是不可避免的。

要確保電機(jī)的長時間穩(wěn)定運(yùn)行，我們真正需要的是，對包括：電流、溫度、扭矩、振動...等各類電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時信息和歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行交叉比對和趨勢分析，基于對電機(jī)運(yùn)行健康狀況的評估，為設(shè)備的運(yùn)維保養(yǎng)制定相應(yīng)的計劃和流程，并采取行動。

換句話說，從電機(jī)反饋給設(shè)備系統(tǒng)的應(yīng)該是一系列實(shí)時的動態(tài)數(shù)據(jù)，而不僅僅是一兩個簡單的狀態(tài)信息或報警。

對電機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，比較常見的做法，是通過加裝專用的傳感器，測量電機(jī)本體的溫度和振動等級。

并借助專門的儀器設(shè)備對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時記錄和分析；或者將傳感器直接接入專業(yè)的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，用以分析和評估電機(jī)運(yùn)行的健康狀況和歷史趨勢。

這其實(shí)已經(jīng)是一種極為成熟的電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測解決方案了，不少專業(yè)的廠家都能夠提供完整的產(chǎn)品體系，功能也十分齊全。不過，對于大部分企業(yè)用戶來說，它的應(yīng)用成本就顯得太高了。加之技術(shù)方案往往較為復(fù)雜，通常只有在一些對風(fēng)險把控極為嚴(yán)格的重要場合才會使用（如：發(fā)電機(jī)組、風(fēng)機(jī)、泵站...等）。

為了降低電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測的應(yīng)用門檻，提升系統(tǒng)的易用性，針對通用型低壓電機(jī)，一些自動化廠商開始提出所謂“智能電機(jī)”的概念和產(chǎn)品。

首先，對于內(nèi)部已經(jīng)集成了位置編碼器的伺服電機(jī)來說，其實(shí)是可以利用連接在機(jī)械傳動軸上的伺服反饋，實(shí)施電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測的。

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例如，市面上一些采用數(shù)模混合反饋（如：HIPERFACE Stegmann、EnDat 2.1... ）的伺服電機(jī)，就能夠在實(shí)時動態(tài)輸出高精度位置/速度信息的同時，通過其數(shù)字通訊端口向設(shè)備控制系統(tǒng)反饋一些電機(jī)靜態(tài)/動態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括：電機(jī)換相轉(zhuǎn)子位置、編碼器內(nèi)部溫度、產(chǎn)品電子銘牌標(biāo)簽、電機(jī)硬件參數(shù)...等等。

而這些年和在編碼器技術(shù)上的應(yīng)用，已經(jīng)開始讓電機(jī)反饋逐漸突破了通訊速率和數(shù)據(jù)帶寬的限制。比如我們之前提到的 HIPERFACE DSL 伺服反饋協(xié)議，其數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到 9.375MBd，傳輸周期最短僅為 12.1 μs。這讓編碼器在反饋位置、速度...等運(yùn)控信息的同時，還能夠承載更多有關(guān)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息。

近期新面市的一些高性能電機(jī)產(chǎn)品，如上圖所示的 Premo 集成高精度減速機(jī)伺服電機(jī)上，就已經(jīng)搭載了基于 HIPERFACE DSL 數(shù)字式電機(jī)反饋的集成狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)。

由于電機(jī)的運(yùn)控反饋和狀態(tài)信息是在同一條數(shù)據(jù)回路上進(jìn)行傳輸?shù)?，因此，用戶有機(jī)會將電機(jī)的實(shí)時位置信息，與電流、轉(zhuǎn)速、加速度等運(yùn)控數(shù)據(jù)、傳感器反饋的各種電機(jī)狀態(tài)信息，放在同一個數(shù)據(jù)庫和時間軸上進(jìn)行同步比對和交叉分析的，例如：傳動軸在特定位置（角度）的振動幅度...等等。這將有助于提升電機(jī)故障診斷的準(zhǔn)確性和設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

基于這種高速數(shù)字式反饋技術(shù)，用戶還可以通過在電機(jī)（傳動軸）編碼器上擴(kuò)展傳感器端口模塊（如上圖中的 SensorHub），在不增加任何外部硬件接線的情況下，將包括繞組溫度、振動加速度和頻率、軸承受力、扭矩反饋...等在內(nèi)的各類傳感信號，接入設(shè)備的傳動和控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)更全面的電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測。

而對于那些采用開環(huán)控制的普通低壓電機(jī)來說，則可以通過在本體上加裝一塊內(nèi)置無線數(shù)據(jù)通訊模塊的狀態(tài)監(jiān)測傳感器，來檢測其溫度、振動...等運(yùn)行狀況。

然后將檢測數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙、Wi-Fi ... 等數(shù)字通訊方式，傳送到移動智能終端（手機(jī)、Pad...等）和廠家的云端服務(wù)平臺（如：Ability、MindSphere），進(jìn)行系統(tǒng)分析。

這不僅讓用戶可以在移動智能終端上實(shí)時查看電機(jī)的健康狀態(tài)，還能夠通過網(wǎng)絡(luò)平臺，適時的向設(shè)備操作、運(yùn)維人員和團(tuán)隊推送電機(jī)故障預(yù)警或報警信息，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)對電機(jī)類產(chǎn)品的預(yù)防性維護(hù)。

借助無線通訊技術(shù)，將現(xiàn)場電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測服務(wù)置于云端，其優(yōu)勢是顯而易見的，不僅安裝方便，使用非常靈活，適用于大部分普通低壓電機(jī)，無論其已經(jīng)或是即將投入使用；而且，目測其總體使用成本也會比以往的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)低很多。

寫在最后：

盡管我們已經(jīng)感覺到了狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)在通用低壓和伺服電機(jī)產(chǎn)品上的應(yīng)用趨勢，也看到了一些有價值的產(chǎn)品和解決方案（例如：HIPERFACE DSL 伺服反饋、WITTENSTEIN 的 Premo 電機(jī)、ABB 的 Ability Smart Sensor...），但若真正要被廣大制造企業(yè)用戶接受和認(rèn)可，基于特定的應(yīng)用場景、用于電機(jī)數(shù)據(jù)展示/分析的軟件系統(tǒng)和操作界面，一定是不可或缺的。當(dāng)然，產(chǎn)品和系統(tǒng)的成本和易用性也是至關(guān)重要的。

從這個角度來看，未來在自動化產(chǎn)品和狀態(tài)監(jiān)測產(chǎn)品廠商之間的跨界合作，應(yīng)該是非常值得期待的。

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