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

時(shí)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(méi)有注意到，盡管產(chǎn)業(yè)升級(jí)所帶來(lái)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(wèn)世的這一百多年間沒(méi)有什么太大的變化：連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，直到“壽終正寢”。

同時(shí)，在提升電機(jī)使用壽命、確保其長(zhǎng)時(shí)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?cè)陔姍C(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(huì)帶來(lái)一個(gè)很嚴(yán)重的問(wèn)題，就是極高的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)成本。因?yàn)槲覀冎?，作為設(shè)備機(jī)械動(dòng)力源的電機(jī)，其安裝使用和維修更換的過(guò)程往往是極為耗時(shí)、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(huì)給企業(yè)帶來(lái)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(duì)可能出現(xiàn)的故障狀況作出相應(yīng)的預(yù)判，并有計(jì)劃的對(duì)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(guò)，這種對(duì)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(shuō)的過(guò)電流報(bào)警和過(guò)溫保護(hù)。因?yàn)闊o(wú)論是電機(jī)過(guò)流還是過(guò)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(bào)警信息快速采取有效的糾正措施。

尤其是對(duì)于很多因機(jī)械傳動(dòng)異常（如振動(dòng)或磨損）而造成的電機(jī)損壞，往往需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行后才可能會(huì)引發(fā)故障，此時(shí)電機(jī)發(fā)出的過(guò)溫/過(guò)流報(bào)警，通常是沒(méi)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(duì)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(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，我們真正需要的是，對(duì)包括：電流、溫度、扭矩、振動(dòng)...等各類電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息和歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行交叉比對(duì)和趨勢(shì)分析，基于對(duì)電機(jī)運(yùn)行健康狀況的評(píng)估，為設(shè)備的運(yùn)維保養(yǎng)制定相應(yīng)的計(jì)劃和流程，并采取行動(dòng)。

換句話說(shuō)，從電機(jī)反饋給設(shè)備系統(tǒng)的應(yīng)該是一系列實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，而不僅僅是一兩個(gè)簡(jiǎn)單的狀態(tài)信息或報(bào)警。

對(duì)電機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，比較常見(jiàn)的做法，是通過(guò)加裝專用的傳感器，測(cè)量電機(jī)本體的溫度和振動(dòng)等級(jí)。

并借助專門的儀器設(shè)備對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(cè)系統(tǒng)，用以分析和評(píng)估電機(jī)運(yùn)行的健康狀況和歷史趨勢(shì)。

這其實(shí)已經(jīng)是一種極為成熟的電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(guò)，對(duì)于大部分企業(yè)用戶來(lái)說(shuō)，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(duì)風(fēng)險(xiǎn)把控極為嚴(yán)格的重要場(chǎng)合才會(huì)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(cè)的應(yīng)用門檻，提升系統(tǒng)的易用性，針對(duì)通用型低壓電機(jī)，一些自動(dòng)化廠商開(kāi)始提出所謂“智能電機(jī)”的概念和產(chǎn)品。

首先，對(duì)于內(nèi)部已經(jīng)集成了位置編碼器的伺服電機(jī)來(lái)說(shuō)，其實(shí)是可以利用連接在機(jī)械傳動(dòng)軸上的伺服反饋，實(shí)施電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的。

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例如，市面上一些采用數(shù)?；旌戏答仯ㄈ纾篐IPERFACE Stegmann、EnDat 2.1... ）的伺服電機(jī)，就能夠在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)輸出高精度位置/速度信息的同時(shí)，通過(guò)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(dòng)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(kāi)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(shí)，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(cè)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(huì)將電機(jī)的實(shí)時(shí)位置信息，與電流、轉(zhuǎn)速、加速度等運(yùn)控?cái)?shù)據(jù)、傳感器反饋的各種電機(jī)狀態(tài)信息，放在同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)和時(shí)間軸上進(jìn)行同步比對(duì)和交叉分析的，例如：傳動(dòng)軸在特定位置（角度）的振動(dòng)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(guò)在電機(jī)（傳動(dòng)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(dòng)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(hào)，接入設(shè)備的傳動(dòng)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(cè)。

而對(duì)于那些采用開(kāi)環(huán)控制的普通低壓電機(jī)來(lái)說(shuō)，則可以通過(guò)在本體上加裝一塊內(nèi)置無(wú)線數(shù)據(jù)通訊模塊的狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器，來(lái)檢測(cè)其溫度、振動(dòng)...等運(yùn)行狀況。

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

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

借助無(wú)線通訊技術(shù)，將現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)服務(wù)置于云端，其優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)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(wú)論其已經(jīng)或是即將投入使用；而且，目測(cè)其總體使用成本也會(huì)比以往的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)低很多。

寫(xiě)在最后：

盡管我們已經(jīng)感覺(jué)到了狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在通用低壓和伺服電機(jī)產(chǎn)品上的應(yīng)用趨勢(shì)，也看到了一些有價(jià)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(chǎng)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(gè)角度來(lái)看，未來(lái)在自動(dòng)化產(chǎn)品和狀態(tài)監(jiān)測(cè)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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