電動機管理系統有效保護機床設備
2010/11/24 17:03:51
機床設備中的一個重要電氣參數就是電動機的有效功率。利用Phoenix Contact公司的Contactron電動機管理器，就可以對這一參數進行精確的監控，較高的超負荷和低負載運行狀況能夠馬上被這一儀器察覺到。由于電動機管理器能夠在電機發生故障停機之前及時發出報警和維護保養的提示，從而能夠有效地對機床設備起到保護作用，使機床設備的可用性明顯提高。
在工業應用中，一般都用電動機來啟動生產。一般情況下，它都由按照過電流時間長短而發揮保護作用的電動機電流保護器進行保護；或者由根據負載大小進行過載保護的電動機保護開關進行保護。但是，當電動機的冷卻風扇反轉時，或者冷卻器堵塞、無法實現正常的冷卻時，電動機又會如何？
毫無疑問：當電動機的溫度升高到一定的臨界值之后，會導致電動機的失效損壞。作為解決方法，可以在電動機的繞組中安裝一個熱敏電阻，并將這一熱敏電阻與能夠在電動機溫度過高時切斷電動機電流的控制開關連接在一起。熱敏電阻和溫控開關兩者共同構成了電動機的全面保護。然而，這一保護方案對其后續的機械設備或者機械結構幾乎沒有一點保護作用，不能避免它們在糟糕的工作情況下仍然出現失效的情況。
電動機失效的主要原因是：許多用戶為減少庫存，儲備的電動機變型品種太少。在實踐中，大約90%的電動機的工作負荷只達到了額定功率的40%～60%，都不在其佳工作特性范圍內工作。而這些電動機的過電流保護裝置是按照電動機銘牌上的額定功率進行設置的，是按照電動機在佳工作特性范圍內的參數進行設置的。當負載有所變化時，即使是很小的變化，也會在功率因數和效率中反映出來；電動機電流的變化幾乎保持不變。盡管如此，機械裝置仍然可能過載，而純電流監控系統中卻不會顯示問題。這就會給機床設備帶來嚴重的后果：電動機驅動的機械裝置嚴重受損，代價昂貴。
Phoenix Contact公司研發生產的Contactron系列電動機管理器帶有有效功率采集器，可以對電動機和機床設備進行保護（圖1）。由于在電動機的整個功率范圍內只有有效功率是線性變化的，因此可以通過這種線性變化隨時獲知電動機輸出扭矩的大小。另一方面，只有在過電流和低負載時的功率因數這兩個參數能夠對電動機進行保護。電動機管理器對所有的變量參數都進行監控，例如：電流、電壓和功率因數；并在6.6ms后根據檢測到的數據計算出有效功率，從而也能夠確定那些時間很短的負載變化情況。
按照這種監控方法，能夠很快地發出報警信息，或者切斷機床設備的動力電源。檢測到的、可以繪制出電動機運行曲線的數據，真實地反映了機床設備的工作狀況；清楚地顯示了與理論觀察數據或者理論計算數據之間的差異。利用這種Contactron電動機管理器，所有安裝在電動機之后的機床設備部件和儀器，例如軸承、機械部件等的有效功率都能被一同考慮在內并顯示出來，并能夠快速地給予安全保護（圖2）。與純粹的電流保護相比較，基于有效功率的監控也能夠在低負荷時起到安全保護的作用，例如泵的失油運行等，完成長期以來需要輔助使用有效功率監控器才能完成的任務。
保存下來的啟動運行曲線屬于設備運行狀況的重要資料，因為可以作為設備老化、污垢程度或者磨損狀況的參考資料使用。利用這一曲線，可以準確地確定所有的監控參數、監控的上下極限值以及與這些極限值對應的報警、提示或者切斷供電、參數賦值等信息。該管理器的參數賦值是利用DTM（設備類型管理器）軟件進行的，利用這一電動機管理器可以與FDT（現場設備工具），例如Phoenix Contact公司的自動化管理軟件AutomationXplorer兼容。利用這種方式，電動機管理器就可以統一、穩定地集成到各種工程技術工具或者控制系統之中。
只有有效功率允許對機床設備的上、下極限負載的整個范圍進行監控。作為機床設備的保護開關，它保障了機床設備具有很高的可用性，從而也保障了很高的生產能力。利用其有效功率監控功能，使其能夠及時發現使用過程中的故障和干擾，從而避免設備停機故障。作為技術數據計算的基礎，依據的都是電氣數據：把電動機兼做傳感器使用而得到的電氣數據。費時費力的附加傳感器，甚至是價格昂貴的傳感器，例如壓力傳感器、流量傳感器或者壓差傳感器等都可以省略。其他的電氣參數，例如不同檔位的工作時間、機床設備的總工作時間以及使用的能源等，都可以在優化維護保養的同時進行采集。
利用集成電流轉換器的電動機管理器，可以直接對16A電流的電動機進行監控，無需占用太多空間就能完成安裝。當電動機的電流更大時，可以使用一個專門的模塊，結合外置式的電流轉換器就能對各個功率檔次的電動機進行監控了。因此，利用這一儀器對電動機和機床設備進行監控就變得非常簡單了：所利用的僅僅是給電動機供電的電纜。這樣，在現有設備中補充裝配這種電動機管理器也是有可能的，今后也就能為用戶提供精確的機床設備運行數據了。
三相電負載的切斷由專門的機械繼電器或者由Contactron系列無磨損并利用電機管理器模塊數字輸出端進行供電、斷電控制的半導體繼電器來完成。此時，電動機管理器提供了對泵、控制臺或者切削加工機床的安全監控和保護，并對各個設備所需的電力能源進行評估。在這一監控過程中，無論電機管理器是自主供電還是利用現場總線供電，都能很好地完成這一任務。
在Phoenix Contact公司研發生產的、符合DPV1技術規范（EN 50170）認證的Profibus現場總線網關的幫助下，可以將大32個電動機管理器模塊簡單方便地安裝在連接件T-Bus的卡槽上就可以實現相互間的通訊了（圖3），無需繁雜的布線。與市場上常見的其他解決方案相比，這一方案能夠明顯減少投資費用，節約電氣柜中的安裝空間。所有的生產數據都可通過FDT/DTM傳輸到上一級的控制系統，由上一級控制系統進行處理。除此以外，Profibus現場總線網關還支持故障-安全功能：通過DTM的參數賦值可以對Profibus現場總線系統中的故障和錯誤施加影響，進行安全保護性的斷電控制。另外，這種儀器設備還帶有數字式I/O端子，可以與其他元器件進行聯系。在Profibus DPV1系統中進行的網關集成可通過GSD儀器描述方法進行賦值，所采用的FDT/DTM在電動機管理器以及整個機床設備的參數賦值、監控和故障診斷方面的靈活性大大提高。
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