怎樣看待電機西瑪電機的狀態(tài)監(jiān)測技術

時間：2020-02-11 19:17

電機，在工業(yè)生產中起著非常重要的作用。然而，大家有沒有注意到，盡管產業(yè)升級所帶來的技術進步正在將電機的性能和品質不斷推向新的高度，可是我們使用電機的方式，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)運轉，直到“壽終正寢”。

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

這其實會帶來一個很嚴重的問題，就是極高的設備風險成本。因為我們知道，作為設備機械動力源的電機，其安裝使用和維修更換的過程往往是極為耗時、費力的，一旦出現(xiàn)任何故障或損壞造成設備停產，總是會給企業(yè)帶來不小的經濟損失，包括：設備停機導致產能效率下降，以及因電機損壞而發(fā)生設備二次損傷...等等。

因此，根據設備與電機的當前和歷史工作狀態(tài)，提前對可能出現(xiàn)的故障狀況作出相應的預判，并有計劃的對設備和電機進行維護保養(yǎng)，就顯得十分必要了。

不過，這種對電機運行狀態(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。因為無論是電機過流還是過溫，其背后的故障原因往往是十分復雜的，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械傳動異常（如振動或磨損）而造成的電機損壞，往往需要經過長期運行后才可能會引發(fā)故障，此時電機發(fā)出的過溫/過流報警，通常是沒有太大意義的，因為其本體（軸、軸承、繞組、編碼器...）很可能已經受到一定程度的損傷了；并且，如果不查明故障根源，就對其實施復位操作或產品更換，設備再次停產幾乎是不可避免的。

要確保電機的長時間穩(wěn)定運行，我們真正需要的是，對包括：電流、溫度、扭矩、振動...等各類電機運行狀態(tài)的實時信息和歷史數據，進行交叉比對和趨勢分析，基于對電機運行健康狀況的評估，為設備的運維保養(yǎng)制定相應的計劃和流程，并采取行動。

換句話說，從電機反饋給設備系統(tǒng)的應該是一系列實時的動態(tài)數據，而不僅僅是一兩個簡單的狀態(tài)信息或報警。

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

并借助專門的儀器設備對監(jiān)測數據進行實時記錄和分析；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運行的健康狀況和歷史趨勢。

這其實已經是一種極為成熟的電機狀態(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，它的應用成本就顯得太高了。加之技術方案往往較為復雜，通常只有在一些對風險把控極為嚴格的重要場合才會使用（如：發(fā)電機組、風機、泵站...等）。

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

首先，對于內部已經集成了位置編碼器的伺服電機來說，其實是可以利用連接在機械傳動軸上的伺服反饋，實施電機狀態(tài)監(jiān)測的。

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例如，市面上一些采用數模混合反饋（如：HIPERFACE Stegmann、EnDat 2.1... ）的伺服電機，就能夠在實時動態(tài)輸出高精度位置/速度信息的同時，通過其數字通訊端口向設備控制系統(tǒng)反饋一些電機靜態(tài)/動態(tài)運行數據，包括：電機換相轉子位置、編碼器內部溫度、產品電子銘牌標簽、電機硬件參數...等等。

而這些年和在編碼器技術上的應用，已經開始讓電機反饋逐漸突破了通訊速率和數據帶寬的限制。比如我們之前提到的 HIPERFACE DSL 伺服反饋協(xié)議，其數據傳輸率達到 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...等運控信息的同時，還能夠承載更多有關電機運行狀態(tài)的數據信息。

近期新面市的一些高性能電機產品，如上圖所示的 Premo 集成高精度減速機伺服電機上，就已經搭載了基于 HIPERFACE DSL 數字式電機反饋的集成狀態(tài)監(jiān)測技術。

由于電機的運控反饋和狀態(tài)信息是在同一條數據回路上進行傳輸的，因此，用戶有機會將電機的實時位置信息，與電流、轉速、加速度等運控數據、傳感器反饋的各種電機狀態(tài)信息，放在同一個數據庫和時間軸上進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故障診斷的準確性和設備系統(tǒng)的運行效率。

基于這種高速數字式反饋技術，用戶還可以通過在電機（傳動軸）編碼器上擴展傳感器端口模塊（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...等在內的各類傳感信號，接入設備的傳動和控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)更全面的電機狀態(tài)監(jiān)測。

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

然后將檢測數據通過藍牙、Wi-Fi ... 等數字通訊方式，傳送到移動智能終端（手機、Pad...等）和廠家的云端服務平臺（如：Ability、MindSphere），進行系統(tǒng)分析。

這不僅讓用戶可以在移動智能終端上實時查看電機的健康狀態(tài)，還能夠通過網絡平臺，適時的向設備操作、運維人員和團隊推送電機故障預警或報警信息，幫助企業(yè)實現(xiàn)對電機類產品的預防性維護。

借助無線通訊技術，將現(xiàn)場電機的狀態(tài)監(jiān)測服務置于云端，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，無論其已經或是即將投入使用；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：

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

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

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