电机智能传感器在电机运行管理中的应用.pdf

2024 年第 1 期总 第 269 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER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）【摘要】电机在冶金企业中扮演着关键的角色，对于保障生产过程的顺利进行起着至关重要的作用。随着冶金企业的不断壮大和发展，生产所需的电机数量也逐年增加。为确保众多电机的正常运行，电机运行状况的监测工作也面临着更高的挑战。随着科技的进步，电机智能传感器技术开始在电机监测中得到广泛应用，不仅提高了电机运行的稳定性和可靠性，降低了企业的维护成本和风险，还有利于建立数字化监测手段，进一步优化了电机维护管理的流程和方法。【关键词】电机；智能传感器；实时监测【中图分类号】TP27 【文献标志码】B【文章编号】1006-6764（2024）01-0065-03 【开放科学（资源服务）标识码（OSID）】Application of Motor Intelligent Sensors in Motor Operation ManagementQI Rihao(Shougang Jingtang United Iron and Steel Co.,Ltd.,Tangshan,Hebei 063200,China)【Abstract】Electric motors play a key role in metallurgical enterprises and play a vital role in ensuring the smooth running of the production process.With the continuous growth and development of metallurgical enterprises,the number of motors required for production has increased year by year.In order to ensure the normal operation of motors,the monitoring of motor operating conditions is also facing higher challenges.With the progress of science and technology,motor intelligent sensor technology began to be widely used in motor monitoring,which not only improves the stability and reliability of motor operation,reduces the maintenance cost and risk of enterprises,but also helps to establish a digital monitoring means to further optimize the process and methods of motor maintenance management.【Keywords】motor;smart sensor;real-time monitoring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652024 年第 1 期总 第 269 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER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。22.2 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。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表1 电机智能传感器设备参数参数温度测量范围/精度等级振动测量范围/(mm/s）频率范围/Hz数值-40850.50.04700101 000662024 年第 1 期总 第 269 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER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。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。参 考 文 献 1王小洁.智能点检传感器在电机上的应用 J.无线互联科技，2021（18）：83-84.2肖大钊.智能点检传感器在电机上的应用研究 J.中国设备工程，2019（15）：103-105.3于晓庆，姜斌，张柯.传感器微小故障诊断及在电机上的应用 J.南京航空航天大学学报，2018（3）：37-44.收稿日期：2023-07-05作者简介：齐日昊（1989-），男，大学本科，工程师，现从事电气设备技术及管理工作。图1 轴承保持架损坏67