电机监控器论文

电机监控器论文（共7篇）

电机监控器论文 篇1

1 设计背景

电机是生产中常用的设备。对于分散的生产工艺,电机的分布也是分散的。如果能对这些电机进行集中控制就能够提高生产效率并降低人工成本。这就要用到远程监控技术。

电机监控技术分两个方面:监测和控制。控制是目的,监测是条件。有了对电源和电机的运行状况的监测,才能做到对电机的有效控制,才能保障电机的安全运行。

电机工作要求电源电压在一定的范围内,而电流的大小反映了电机的运行状况,所以,电源电压和电机电流是监测的主要内容。还有一个经常要监测的内容是电能,它反映了电机的运行成本。本文设计的监控器可以对上述三个参数进行监测,还可以远程开关电机。

2 测量原理

电机有直流电机和交流电机之分,交流电机又有单相和三相之分。这里只说明三相交流电机的情况,其它两种情况可由此获得。

三相交流电源的电压是三个周期和幅度相同的正弦波,其相位依次差120度,如图1所示。

对于电压的大小常常使用其有效值表示,其定义如下:

URMS=undefined

为了便于计算机处理和传输,常常对模拟信号进行抽样和量化,形成离散的数据。利用这些离散的数据求电压有效值的方法如下:

URMS=undefined

电流有效值的计算和电压是一样的,其计算方法是:

IRMS=undefined

功率的计算公式见下式:

p[n]=u[n]×i[n] (4)

电能的计算公式如下:

E=undefinedp[n] (5)

3 硬件说明

上述公式的计算可以用软件实现,也可以用硬件来实现。由于硬件实现比软件实现更精确更可靠,所以本文选用硬件实现。通过比较多种电参数测量芯片,本文选用了ANALOG DEVICES公司生产的ADE7758[1]。

ADE7758具有如下特点:精度高;兼容3相3线及3相4线等协议;支持有功、无功、电压有效值、电流有效值和抽样值等的测量;支持各种校准功能;支持SPI串行通信接口;使用单5V电源,功耗低。

ADE7758的内部结构如图2所示。其外形和管脚定义如图3所示。

根据ADE7758对外围电路的要求和应用的需要,对该监控器的硬件进行了设计,其原理图如图4所示。

ADE7758有三个电流输入通道和三个电压输入通道,它们量程都是±0.5V,而要测量的电流和电压分别是AC5A和AC220V,所以要增加匹配电路。对于电流输入,使用了精密电流互感器(TR1、TR2和TR3),将5A转换成5mA,再使用电阻(R2、R3和R4)将电流信号变成电压信号滤波后连接ADE7758;对于电压输入,使用两个电阻分压后接入ADE7758,R19和R13用于A相电压,R20和R14用于B相电压,R21和R15用于C相电压。

D4、D5和D6组成的三相半波整流电路是为了从三相交流电源获得该控制器需要的电源。F1和RY1组成过压保护电路,使该控制器免受过高电压的损害,当电压过高时,RY1迅速短路,电流大幅增加,F1熔断,保护了后面的电路。V2(HN2E5-12)将二百多伏的电压变成DC12V电压提供给输出继电器使用。V1(AMS1117-5.0)将DC12V电压转换成DC5V电压供ADE7758、ATMEGA8和MAX485等使用。D2是DC12V指示灯,D1是程序运行指示灯。

Q1、R12、C5、RLY1和D3组成第一路开关量输出,Q2、R17、C6、RLY2和D7组成第二路开关量输出,用于电机的开关控制。

S1用于设定控制器的地址。大多数情况下,我们要对多个电机进行监控。为了确定是哪个电机,我们给每个电机配置一个监控器,并给各监控器设置不同的地址。

J5用于连接程序下载线,将控制器的程序写入ATMEGA8的程序存储器。这种在线式编程方式便于程序的修改和产品的调试。

U1(MAX485)是RS485通信接口芯片,它将ATMEGA8的5V发送信号转换成RS485标准的差分信号,并将RS485的接收信号转换成ATMEGA8的5V电平。

U3(ATMEGA8)是小规模应用中常用的单片机[2]。它内置了8k字节的flash程序存储器、512字节EEPROM和1k字节SRAM,并集成了定时器、ADC、USART和SPI等,支持在线编程。ATMEGA8的PB0和PB1分别用于第一和第二路开关量输出;PB2控制D1,在程序运行时使D1闪亮,这样有利于判断控制器是否正常工作;MOSI、MISO、SCK和RESET连接J5,用于在线编程;PC0..PC5连接S1,读取控制器地址;ATMEGA8的RXD和TXD分别连接MAX485的数据接收(R)和数据发送(D);PD3和PD4分别连接MAX485的接收使能脚(/RE)和发送使能脚(DE),因为RS485是半双工通信方式,接收和发送分时进行;PD2、PD5、PD6和PD7分别连接ADE7758的/CS、DIN、SCLK和DOUT,用于读取电压、电流和电能等数据。

4 软件说明

根据设计要求,软件部分应做如下工作:初始设置、使程序运行指示灯闪亮、读控制器地址、读ADE7758、串口命令处理和定时器中断、串口接收中断和串口发送中断处理等。程序流程图如图5所示。

初始设置程序首先设置堆栈指针,以备子程序调用和中断处理程序返回等使用,程序如下:

另外,还要对定时器、接收缓冲区等进行设置。

初始设置后进入主循环程序,循环执行各功能模块,下面重点介绍“读ADE7758模块”。ADE7758内部有若干个寄存器,各种模式和功能的选择都是通过写某些寄存器来实现的,各测量结果也是通过读某些寄存器来实现的。ADE7758内部还有一个通信寄存器,用于选择对哪个寄存器操作,是读操作还是写操作。所以读或写ADE7758应先写通信寄存器再读或写目标寄存器。所有寄存器的读写都是通过ADE7758的SPI接口实现的,在SCLK的下降沿将DIN的数据写入,在SCLK的上升沿数据被放到DOUT上,其读时序如图6所示。

由于ATMEGA8的SPI口用于在线编程,所以对ADE7758的读操作使用了PD5、PD6和PD7。从图6可以看出,读ADE7758的过程应该是这样的:

1、 使PD2 (/CS)=0;

2、 使PD6(SCLK)=1,使PD5(DIN)=0,使PD6(SCLK)=0;

3、 使PD6(SCLK)=1,使PD5(DIN)=A6,使PD6(SCLK)=0;

4、 对A5..A0 重复操作3;

5、 延时;

6、 使PD6(SCLK)=1,DOUT读入ATMEGA8,使PD6(SCLK)=0

7、 重复操作6直到读完1个字节;如果已读完目标寄存器的内容,则跳至操作10;

8、 延时;

9、 重复操作6和7;

10、 使PD2(/CS)=1;

读ADE7758的子程序如下:

该子程序的入口参数r16=目标寄存器地址,r17=目标寄存器长度(字节数),z=数据存放地址。

5 结束语

本文描述的硬件和软件都在实验室中作了测试,达到工程应用的要求。应用该监控器和“用于远程监控的多功能控制器”[3]可以组成有线、无线或混合的监控系统,对提高生产效率、减少人力和节能降耗发挥重要作用。

参考文献

[1]Analog Devices.ADE7758data sheet.www.analog.Com.2006.

[2]Atmel Corporation.ATMEGA8data sheet.www.atmel.com.2008.

[3]孟庆龙.用于远程监控的多功能控制器.信息技术与信息化,2008.2.

电机监控器论文 篇2

1 DCS在化工装置中应用的重要性

DCS (Distributed Control System) 中文名为分散控制系统, 是以微处理器为基础的, 利用控制功能分散、显示控制集中等实现新一代的仪表控制系统, 使系统得以升级及优化, 可为化工生产企业带来较大的方便, 最终促进企业的发展。

在化工工业中, 化工装置设备作为重要组成部分, 起着重要作用。过去几十年其化工设备的监控系统均采用CMCC技术, 曾一度提高了设备运行的安全性, 降低了设备的维修成本, 实现了化工装置的低压电机监控。然而, 长期使用该技术, 逐渐暴露出缺点, 如:CMCC电机的控制中心会因为一个站点的失效, 进而导致整个监控系统的瘫痪, 严重影响化工设装置的正常工作。为此, 采用DCS技术能够较好的解决这一问题, 加上报警提示音、应急短信、无线监测技术的发展, 为其建设提供了较为有利的数据条件, 最终可提高系统的整体性能, 给化工人员的工作提供了便捷, 提高工作效率, 节约资源。

2 DCS的化工装置低压电机监控设计

2.1 设计思想

将DCS技术应用到化工装置电机监控系统中, 则需要将运行的状态信号输送到DCS的显示模块中, 这样一来, 便于工作人员及时查看化工设备运行情况, 及时发现异常情况, 给予解决措施。要想实现这一目的, 则需实现电机监控软件以下几个功能:首先, 对电机的运传进行手动或自动切换、操作;其次, 实现对低电机的监视及操作;再次, 实现软件连锁功能;最后, 遇到故障时可实现自动切换操作。其中软件连锁功能主要适用于受到过程参数控制的低压电机, 此类电机若不满足连锁的相关条件, 就无法通过DCS来实现自动的监控及启动。对于化工装置低压中控制回路则采用模块化思想, 根据电机监控的实际情况, 选择不同的模块, 利用该模块, 实现自动监控, 提高监控效率。

2.2 设计方法

首先, 监控硬件设计。以某化工装置低压电机为例, 其硬件实现如下图1所示, 在图中, 利用DCS技术后, 仅仅需要将电机的信号输送到A1-K10中, 将停止电机的信号输送到相应位置, 其中A1-K13则可接受来自于DCS的连锁信号, 返回电机所运行的信号则采用A1-K14来完成。最后, 监控软件设计。该电机的软件分为几大模块, 各个模块具有自己的特点, 如:标准模块主要用来控制数字的输出等;编制模块则对电机进行控制;电机连锁模块则用于连锁条件及状态显示;还有数据存储模块则用来对数据进行存储;另有输入或者输出数据信号的模块。当电机运行时返回的信号通过DCS将其输送到其他模块中, 并将返回的信号时间与预设时间进行对比, 从中显示出故障信号, 一旦发现故障, 其中一模块则会自动断电, 将自动模式转变为手动模式。

2.3 设计改进

通常情况下, 利用DCS设计时, 往往需要对各个方面进行综合考虑, 并对其作出及时的分析。低压电机通过DCS来实现自身对电机的监控;实现对工程师的远程离线切换;实现在线升级电机的监控软件;并排除所有的故障, 实现操作消除等, 通过这些方面的实现, 达到更好的监控作用。另一方面, 化工装置低压电机监控系统并不是孤立的, 而是相互联系的, 通过利用工作人员对其进行切换, 实现数据的转换、电压监控装置及服务器的转换, 最终相应的减轻控制器的通讯压力。

3 结束语

化工装置是化工设备的重要组成部分, 尤其低压电机的使用对化工生产有着重要意义。由于传统的CMCC技术不能较好的实现监控, 加上控制技术的不断发展, 本文特提出了基于DCS的化工装置低压电机监控系统, 应用DCS能够提高监控性能, 节约化工资源, 降低设备维护成本, 最终提高化工企业的经济效益。

摘要：近几年来, 随着我国社会经济的不断发展, 化工业作为一种实体经济, 在我国国民经济发展中起到一定的促进作用, 尤其化工业炼油业务在国内外得到了突破性发展, 其化工设备也在不断完善中, 如何完善化工装置低压电机监控系统是当前亟需解决的课题。本文首先阐述DCS在化工装置中应用的重要性, 然后分析其监控设计, 以望对后期的化工装置低压监控设计工作起到参考依据。

关键词：化工装置,低压电机,DCS,监控设计

参考文献

[1]于航宇.DCS在化工装置低压电机监控设计中的应用[J].信息技术.2013, 11 (7) :63-64

[2]王伟.电气系统纳入DCS监控的几点探讨[J].中国新技术新产品, 2012, 02 (10) :123-124

氢冷发电机氢气湿度的监控与管理 篇3

1 氢气的湿度标准

气体中含有的水汽含量为湿度,湿度的表示方式有相对湿度、绝对湿度以及露点湿度,它们互相可以换算。在运行中氢压的湿度允许低限是露点温度Td=-25℃,这是以发电机的最低湿度来限定了可允许的最高湿度,即发电机的最低温度为5℃时,最高的露点湿度为Td=-5℃;发电机的最低温度大于等于10℃时,最高湿度限定为Td=0℃。发电机在充氢、补氢时所用的新鲜氢气,其常压之下的允许湿度需要区分是新建厂房还是已建厂房,新建的电厂为Td≤50℃,已建的电厂为Td≤25℃[1]。

2 由氢气湿度超标造成的危害

2.1 由湿度超标引起的转子护环损害

较高的的氢气湿度会造成发电机的转子护环产生应力腐蚀,如果转子护环上已经出现裂纹,氢气湿度超标会造成裂纹的快速发展。有3个必要的因素会导致应力腐蚀,为较大应力、材质、腐蚀介质。转子护环的应力腐蚀出现裂纹和氢气的湿度含量有非常大的关系,在我国电厂应用的护环一般采用采用18Mn5Cr、18Mn4Cr奥氏体钢,机械性能很好。而由于出现腐蚀介质,比如硫酸盐、氢氧根等,在相对湿度大于50%时,护环的抗应力腐蚀能力会遭到破坏,其裂纹的扩展速度有所增加。

2.2 由湿度超标引起的转子风叶危害

某厂300MW机组因为氢气湿度超标,在发电机检修过程中检查发现发电机汽励两侧机座内靠转子风叶附近绝缘油漆大片发霉、脱落,检查汽励两侧转子风叶表面有明显的汽蚀现象,后逐一对转子风叶进行称重,并联系厂家对比同型号机组转子风叶参数,结果发现约60%叶片重量存在一定偏差,严重更达10%,于是更换了全部汽励侧转子风叶。因此,氢气湿度大不仅会引起机座和叶片的腐蚀与磨损,如若转子风叶磨损严重,将会影响转子动平衡,给机组的安全运行带来严重危害。

2.3 由湿度超标引起的绝缘危害

在氢冷发电机中氢气湿度超标会造成定子的绝缘电气强度下降,如定子存在绝缘薄弱处,则很可能出现短路。例如300MW发电机的定子在端部绝缘具有两个薄弱的环节,为引线和水接头处,而且这两个部位都处在高电位。在氢气中水汽非常大时,绝缘的薄弱处会出现击穿发电情况。如果氢气中水汽严重超标时,例如大于80%,定子的绝缘缺陷会发展迅速,导致绝缘强度的下降。

3 导致氢气湿度超标的原因及对策

3.1 缺乏严格的监督和管理

在发电机的配套系统中应配备相应的氢气湿度、纯度监视设备。检测人员需要进行严格的监督和管理,而现实中一些工作人员缺乏管理意识,没有及时的发现数据变化,或者在变化趋势有变动时提高警惕,严格的把控氢气湿度标准。因此,应当重视监督管理工作,避免发生后续的事故。

3.2 干燥装置设置不合理

大型的发电机中转子两边的风扇会在旋转中产生风压差,形成了氢气的循环流动,发电机停运时这种氢气压差消失,干燥器之内失去了压差进气,也就不能够使氢气循产生环流动,干燥器也就无法进行氢气干燥。针对这种情况可采用氢气通道风机,或者在停机时进行盘车。

3.3 新制氢气的湿度较高

根据我国的制氢设备的运行情况分析,如果制氧设备只是应用水冷除湿,氢气的最低湿度会达到露点湿度-10℃,绝对的湿度仅有2.03g/m³,很多电厂的绝对湿度为8g/m³~14g/m³,相当于露点湿度为7℃~17℃,并不能够达到新鲜氢气的标准和要求。如果水冷却器后再加装冷凝式的干燥器,当运行正常的时候,氢气的露点湿度最低为-18℃,绝对湿度是1.04g/d,也是不能够达到新鲜氢气的标准[2]。而如果安装分子筛干燥器,其露点湿度可低于-50℃,也就满足了相应标准。如制氧设备为中压制氢设备,用水冷除湿,可以将露点湿度下降到-20℃~-25℃。对于老厂来说已经接近了标准值,对于新建厂来说,则还不能满足要求。因此应在制氢设备中加装分子筛干燥器,有效的降低新鲜氢气的湿度,满足相关的标准和要求。

3.4 水系统泄漏问题

氢冷发电机中水系统的泄漏可引起湿度的超标,氢压虽然大于水压,但是水汽还是有可能会扩散到氢气的系统。水系统泄漏主要包括了氢冷却器以及内冷水系统出现泄漏,这个问题应该引起管理人员高度的重视,加强对氢冷发电机的检查,出现隐患进行及时的排除,提高检修的质量。

3.5 密封油带水漏进发电机中

密封油带水以及密封瓦中串油都会导致氢气湿度太大,当油中的水分漏进了发电机中造成了湿度超标。应保持空测油压和氢侧的油压为相等数值,或者互相之间的差值为最小,这两侧的油流应该互相独立起来,使空侧油压和氢侧油压不产生交换。因此应该设置密封油净化装置,使其保持尽量的平衡状态。同时还需要注意避免出现轴封漏气现象,有效防止水对油质造成污染。

实例分析:在某发电厂,自2012年到2014年,两年之间10号发电机经检测其纯度和湿度均存在不合格现象。经过管理人员多方面的检测分析,一致认为故障原因在于密封油系统,在氢油、空油之间发生了交换现象,但是却找不到引起交换的原因。一直到2014年的3月,情况发生恶化,发电机12m平台氢侧油压下降至0.15MPa,通过检查可确定发电机出现了氢侧油泄漏情况。在停机处理之后,发电机的漏点湿度及纯度都恢复了正常。

4 发电机氢气湿度监控和管理

4.1 使用合理的湿度单位,利于监控

湿度表示方式中,漏点湿度比较直观,为国际通用的湿度单位,在电厂的生产运用当中,应当将相对湿度列出更加具有实用性,利于运行过程中对湿度的监控。发电机内的相对湿度可以直观的表达出设备的运行状态,利于把握实现运行目标。如只是显示漏点湿度,在运行时如果出现了温度超标现象,在幅度不大的情况下不用紧张,这并不会造成发电机的损害。因此通常情况下,应用漏点温度作为监控目标就可以。

4.2 制氢时的湿度监控

在制氢设备开始运行的时候,应控制好风温和水温,应保持风温在35℃~45℃之间,在补氢时需要通过控制水冷器,控制温度在40℃~50℃之间。并且装置分子筛干燥器,加强维护与监控,将储罐内的压力值尽量保持比较高的水平上,以保证送氢的湿度能够符合标准要求。

4.3 机组启动或充氢备用时的氢气湿度监控

在做充氢气备用时需要保持温度必须高于5℃,氢压不可以低于0.1MPa,应当保持干燥器能够正常的运行。在机组启动时,并网之后投入冷却器,停机时需要保持内冷水正常运行,冷却水可停止,使内冷水可以保持在比较高的温度不下降,防治定子绝缘受潮,避免转子互环发生应力腐蚀。

4.4 运行中的湿度监控

在发电机进行运行的过程中,应当控制风温保持在35℃~45℃,冷却水温在40℃~50℃,以避免大量低温氢气的补入,并且需要加强相关设备的排污工作,保证较高的储罐压力值,加强监管其再生效果,保证氢气湿度能够符合标准。

5 结论

在氢气的湿度管理中,发电设备、氢气湿度检测和设备操作属于不同的专业,而各个专业在电厂的日常管理中都属于边缘管理,没有将氢气的湿度管理作为重点工作。因此管理人员应该重视这项工作,认识到湿度超标对于设备的损害,制定相关的检测及技术维修保证措施,及时的处理设备运行时出现的各种情况。

摘要：氢气湿度超标对发电机会造成很多损害,影响了设备的正常运行,应该加强对氢气湿度的监控和管理,采取相应的防范措施,以提高氢气品质,保障发电机安全运行。

关键词：发电机,氢气湿度,监控

参考文献

[1]陈喜发.氢冷发电机氢气湿度的监控与管理[J].大众科技,2008(9):131-132.

[2]吴锐.氢冷发电机氢气湿度的监控与管理[J].河北电力技术,2002,21(6):35-37.

[3]国家能源局.DL/T 1164-2012汽轮发电机运行导则[M].北京:中国电力出版社,2012.

发电机计算机监控系统检修与维护 篇4

当前, 水电站在生产和管理上不断实现自动化, 运行水平有了极大的提升, 工作人员的工作条件也大为改善, 其中计算机监控系统功不可没, 它在实现综合自动化中扮演着重要角色。在水电站发电机的检修维护中, 早期的定期检修模式早已无法满足新设备和新技术的需求, 而计算机监控系统能够实现对数据的采集、处理以及查询, 对设备的开停机、跳开关等, 还能够对运行状态进行实时监视, 给出故障报警信号, 实现对机组和开关线路的远方操作, 本文对此展开论述。

1 水轮发电机常见故障分析

在水电站中, 水轮发电机具有结构复杂、零部件众多、工作时间长、故障类型多的特点。对其常见故障进行分析, 分为电气故障和机械故障。其电气故障主要表现为:定子绕组温度过高。造成这一现象的原因有:冷却系统出现故障, 发电机过负荷运行, 定子出现接地故障, 其绕组绝缘受到损坏等;定子绕组的绝缘受到损坏。其主要原因是绝缘受外界因素的作用而出现老化或损坏;定子绕组单相接地。其主要原因是在故障点处产生电弧, 将绕组绝缘烧坏, 严重时还会演变成相间短路;转子绕组的绝缘电阻过低。其原因可能是线圈上堆有积灰, 绝缘遭到损坏;转子出现一点接地。其原因是线圈和铁芯的绝缘受损后导致绝缘电阻下降, 使得转子两点接地等;阻尼绕组故障。该故障的形成原因有:阻尼环没有与连接板可靠连接, 阻尼环与阻尼条之间出现裂缝等;转子引线的故障, 其原因包括:绝缘表面出现脏污, 引线的绝缘遭受破裂, 固定卡板出现松脱, 引线被甩出等。其机械故障主要表现为:机组的振动。其原因有水力、电磁以及机械, 如当转子绕组短路、定转子的圆度不符合要求等, 都会引起磁拉力不平衡;转子质量不合格、轴承出现缺陷等都会造成机组振动;轴瓦受到损坏。其原因有:瓦温超标, 各个瓦温之间的差别太大, 轴瓦由于磨损而变形厉害等。定子振动。其原因可能是定子铁心没有严格合缝, 也可能是铁心出现松动;制动器出现故障。其原因包括:制动器的防尘效果较差, 发电机负载不平衡, 制动器中的制动块耐磨性能下降, 油没有排净等[1]。

2 计算机监控系统分析

针对发电机的各项故障, 有针对性的展开检修维护工作离不开计算机监控系统, 本节对其进行详细探讨。计算机监控系统包括主控级和现地控制级两部分, 其结构图如图1所示[2]。其中, 主控级的主要功能是对各个单元进行管理和协调, 采集相关信息, 给出处理方案, 并储存信息。在主控台上, 操作员可以在线修改监控状态和人工设定限值等;连接到现地控制单元后还可以实现对设备的控制以及调节。另外, 现地控制单元还可以采集现场数据, 并将其传到控制级。该系统可以提供远程监控解决方案给用户。

2.1 分析系统的硬件结构

就主控机即上位机而言, 它是计算机监控系统的核心, 它对所有机组的现地控制单元进行管理, 主控级包括:操作员工作站、打印服务器、通信工作站、网络设备、GPS时钟系统、防雷保护以及UPS电源等设备[3]。通过双机互为冗余热备用的模式, 可以实现在主机出现故障的情况下, 热备用机取代其工作, 从而提高了系统的稳定性。这一工作站能够对整个机组进行集中监视以及控制, 能够显示实时图画, 给出报警信号, 给出系统的自诊断内容等。主控级通过Windows程序实现与现地控制单元的通信, 其实现方式是对组态软件中的OPC进行相应的设置, OPC是基于COM/DCOM技术以及DNA构架, 为解决现场管理层与过程控制层之间的通信标准而设计的规范。该系统中, 现地控制单元计算机被看作是服务器, 通过对相关数据的采集, 将King View作为客户, 对服务器传来的数据进行接收, 同时将相应的控制信号传给服务器, 实现对现场设备的控制。图2给出了OPC通信结构图。

2.2 现地控制级LCU

所谓现地控制级LCU, 是指在不同现场, 通过计算机实现控制功能, 相应的单元被称为现地控制单元。现地控制单元实现与主控层的信息交换, 对整个系统进行协调控制。在本系统中, 按照被控对象的特点, 将现地单元控制级设置成四套机组LCU以及一套公用LCU。LCU的分布形式是环形分布, 它具有快网速、高可靠性以及稳定的特点, 另外, 其他机组也能顺利的实现接入, 相互之间的干扰较小。LCU的核心是单元控制器PLC, 它包括同期装置, 将人机交互界面安装于控制柜的面板上, 实现各种状态信号的监视, 同时执行操作指令, 实现远程控制操作, 如控制方式的切换、机组的开停机、辅助控制等[4]。为了实现机组PLC的顺控功能, 每套机组的LCU都设置有相应的辅助PLC。通过触摸屏实现人机交互, 它可以给出相应的操作命令, 该命令通过PLC判断执行, 在触摸屏上还能够显示出PLC上传来的模拟量。

在系统的软件中, 包括系统软件、工具软件以及应用软件。其系统软件采用Windows NT软件, 能够实现很好的兼容性能, 具有稳定可靠、操作性强、保密性好的特点, 还能够实现计算机各类资源的有效管理。另外, 它还能为其他软件与系统资源的连接提供接口。该系统软件在水电站计算机监控系统中得到了广泛应用。其工具软件采用的是HMI/SCADA工业自动化组态软件, 通过非编程的操作方式实现参数的填写、图形的连接以及文件的生成等。最后是应用软件, FIX7.0开发软件、PLC编程软件以及3D图形软件等可以用于程序的编写以及软件的连接。PLC编程软件的通信功能十分强大, 它有助于计算机监控系统实现技术上的创新。

3 发电机计算机监控系统检修与维护应注意的问题

3.1 重视计算机监控系统的升级与改造

计算机技术的发展速度迅猛, 水电站中使用的设备淘汰速度也很快, 换句话说, 计算机监控系统中各部件和备品配件一旦损坏需要更换, 很有可能难以买到, 给整个系统的软硬件造成影响。同时, 新型监测元件和执行元件以及先进的智能化设备的出现, 提高了水电站发电机计算机监测和控制的水平, 为保证发电机组的安全稳定运行, 相关工作人员应该结合本水电站发电机组的现状和实际需求, 掌握计算机的最新技术, 尽可能地选择成熟和实用的技术, 将计算机系统的升级改造列入技改工作中, 不断完善其对发电机的状态监测功能以及诊断功能。另外, 还应该不断提高和扩展原有计算机系统, 通过升级和改造的方式提高发电机组管理的自动化水平, 为发电机组的状态检修提供支持。

3.2 做好设备的状态检修工作

对发电机组实施状态检修需要以设备的状态为基础, 根据当前的技术水平, 通过人工巡视、在线监测以及预防性试验等手段实现对发电机的检修。状态检修在最近几年的发展十分迅速。采用计算机监控系统的水电站, 发电机组的状态检修应该重视以下工作: (1) 重视发电机技术资料的管理工作, 包括:档案管理、日常运行记录管理、发电机缺陷记录、运行分析等资料。 (2) 重视工作人员的培训, 使他们熟练地掌握相关标准、安规以及运行规定等, 准确把握发电机是否良好的尺度。 (3) 加强发电机的日检和定检工作, 了解其现状, 根据运行经验以及发电机的工况等对发电机的健康状况进行综合评定, 对其维护和检修的周期进行确定。 (4) 通过优化改造, 对检修的发电机的状态信息进行改进, 利用计算机监控系统, 减少人工分析和诊断工作。

4 结语

本文针对该系统在发电机检修与维护中的应用进行研究, 介绍了发电机的常见故障, 对计算机监控系统软硬件和主要功能进行了分析, 并对其应用于发电机检修和维护中应注意的问题进行了阐述。随着水电站发电机更新改造步伐的不断加快, 对其进行检修和维护的工具手段等也应该相应地得到发展, 该发展很大程度上依赖于计算机技术的发展, 因此, 发展计算机技术以提高发电机的检修与维护值得所有相关工作者深入研究。

摘要：在水力发电厂中, 水轮发电机的应用十分广泛, 其工作性能的稳定对整个生产来说意义重大, 重视发电机的检修与维护具有十分重要的现实意义。随着计算机技术和自动化技术的不断发展, 计算机监控系统被应用于水电站发电机的检修维护中。文章针对该系统在发电机检修与维护中的应用进行研究, 介绍了发电机的常见故障, 对计算机监控系统软硬件和主要功能进行了分析, 并对其应用于发电机检修和维护中应注意的问题进行了阐述。

关键词：水轮发电机,计算机监控系统,检修维护

参考文献

[1]阮小玲.水电站计算机数字监控系统应用浅析[J].科技论坛, 2012 (9) .

[2]郑晓丹, 丁国平, 任健.小型水电站计算机监控系统应用度探讨[J].水力发电, 2011 (7) .

[3]田磊.小水电站计算机监控系统设计[J].企业技术开发, 2013 (3) .

电机监控器论文 篇5

风能作为一种绿色能源,已成为当今世界的主流能源之一,它与太阳能和生物能等其他可再生能源相比,具有产业成熟度高、发电成本低、对自然环境和社会环境影响小等优点［1］。风力发电占用土地资源少,资金回收期短,对自然生态影响小,能较快实现规模化发展。由于风力发电设备都安装在室外,必须配备相关的监控系统才能保证生产的正常进行,因此本文提出基于MCGS的风力发电机监控系统设计。为部分企业实现计算机监控提供借鉴［2］。

1 系统概述

基于MCGS的风力发电机监控系统采用上位机和下位机的两级控制方式( 如图1 所示) 。上位机由计算机和通用监控系统软件组成,可实现数据采集、显示和监控等功能［3］; 下位机以西门子S7 - 200PLC为核心、,通过风向传感器检测风向,将检测到的信号上传给可编程控制器,可编程控制器的输出信号送到随动系统实现对风轮角度的控制,利用脉冲式风速检测传感器和风沙强度检测传感器分别检测风速和风沙强度,当风速和风沙强度达到发电要求时开始发电,并打开相应开关实现并网发电; 同时将检测到的所有信号上传给上位机,并利用组态软件实时地监控风力发电机的运行状况,实现生产过程的自动化管理［4］。

2 系统硬件设设计计

本系统以西门子为核心,采用上位机和下位机的两级控制方式,计算机作为上位机,起监视与管理作用,下位机采用S7-200PLC实现对设备的控制,系统硬件设计如下:

( 1) 监控计算机与西门子S7 - 200PLC的连接如图2 所示。

( 2) PLC控制系统硬件接线。

基于MCGS的风力发电机PLC控制系统硬件接线图( 如图3所示) 。风力发电机PLC控制系统利用风向传感器检测风向,当风向发生改变时,将检测到的电压信号通过EM235 的A/D转换通道采集到PLC内部,然后进行标度变换、PID运算,最后送出控制信号到EM235 的D/A转换通道,通过控制随动系统改变风轮的偏转角度; 当风轮的角度达到最佳发电角度时,由Q0. 5 输出控制信号关闭随动控制系统的电源,同时系统抱闸机构动作使风轮的角度不再改变; 利用PLC的高速计数器HC0 检测风速传感器输出的脉冲信号,并通过PLC的I0. 1 引脚检测风沙强度信号,当风速和风沙强度都达到发电要求时启动Q0. 4,闭合相应开关实现并网发电［5］。

3 系统软件设计

3. 1基于MCGS的风力发电机监控系统PLC控制程序

风力发电机监控系统PLC主程序流程图如图4 所示,主要完成系统参数的初始化、中断设置、计数器设置等; 检测控制程序流程图如图5 所示,实现风向、风速、风沙的检测,Q0. 0 为风向指示灯F1,Q0. 1 为风速指示灯F2,Q0. 2 为风沙强度指示灯亮F3,Q0. 3 为并网发电指示灯F4; 当风向不符合要求时,启动Q0. 5 调整风轮角度,当风沙强度满足发电要求时,启动Q0. 2,风沙强度指示灯亮; 当风向、风速、风沙强度都满足时,启动Q0. 4 实现并网发电; 当风向、风速、风沙强度检测有一个不满足时,关闭Q0. 4,关闭发电系统。

3. 2 上位机系统组态

风力发电机监控系统的组态主要包含实时数据库的创建、I/O设备连接、窗口界面编辑、动画链接、实时曲线、历史曲线、报表、用户权限管理、策略组态、按钮、菜单、脚本程序等内容［6］。其中实时数据库完成工程中所有变量的设置,是工程各个部分的数据交换与处理的中心,它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体［7］。在本窗口内定义不同类型和名称的变量,作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象; 设备窗口的组态是连接和驱动外部设备的工作环境,在本窗口内对PLC进行连接与设置; 用户窗口主要用于设置工程中人机交互的界面,生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等; 运行策略主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序,选用各种功能构件,实现数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等功能［8］。部分组态如下所示。

( 1) 风力发电机监控系统设备组态与通讯设置如图6 所示。

( 2) 风力发电机监控系统数据库组态与通道设置如图7 所示。

( 3) 风力发电机监控系统监控界面组态如图8 所示。

4 结束语

电机监控器论文 篇6

架线式矿用电机车因其牵引力大、维修费用小、便于调速、可改善劳动条件等优点而被广泛应用到煤矿井下巷道运输中[1,2,3]。多年来, 河南大有能源股份有限公司常村煤矿井下大巷及地面车场的运输均采用ZK7-6/550型电机车负责矿井辅助运输。常村煤矿作为一座300万t/a的大型矿井, 矿井运输距离远, 机车使用多, 井下一、二两个开采水平共使用机车10部, 地面3部。《煤矿安全规程》规定:“机车司机离开座位时, 必须切断电动机电源, 将控制手把取下, 扳紧车闸, 但不得关闭车灯”。正常情况下机车司机都能做到这点。但当电机车在运行过程中突然停电时, 机车司机往往会忽视这种操作, 当电机车在运行中出现突然断电, 架空线带电, 司机忘记将控制手把打到零位, 并离开操作室, 待恢复供电后, 电机车自动启动运转, 可能导致发生跑车撞伤人等严重事故[1,2,3,4,5,6,7]。

现有老式司控器设计存在各种问题, 给煤矿安全生产带来不利影响, 需要采取措施消除这些安全隐患。文献[4-7]对电机车防撞系统进行了研究, 文献[8]针对现有司控器存在的问题, 对电机车司控器进行了改造, 文献[9-10]研究了矿用电机车运行状态监测技术, 文献[11-16]对电机车调速技术进行了研究。

本文针对现有设备存在的问题, 基于PLC设计了一套新型电机车司控系统, 降低了工作强度, 提高了电机车自动化水平, 解决了现有设备存在的问题。

1 现有设备存在的问题

目前, 常村矿ZK7-6/550型电机车主回路如图1所示。

当集电弓子NG接通+550 V直流架空线路电源后, 操作转换开关控制器K, 使1K或者2K闭合, 电机车电源经过电感元件L1经1K或2K到电机再到负极形成闭合回路, 电机车运行。从上述电路可以看到当线路电源一旦接通, 不人为操作控制器打到零位时, 线路就不能自行断开。当机车停电时, 机车就停止运行, 一旦突然送电, 机车将自动运行。并且该系统自动化水平低, 对电流、电机运行速度、运行状态等信息没有实时检测[3,9,10]。

2 司控器控制方案设计

PLC是一种面向工业应用领域的专用计算机控制装置, 具有较强的电磁兼容性和抗震动冲击能力, 使用方便, 可靠性高, 抗干扰能力强。笔者采用三菱FX1N PLC设计了一种新型控制器, 完全摒弃了老式司控器的操作及控制方式, 增加了各种保护功能, 使电机车的操作更加安全可靠。系统组成框图如图2所示。

新型司控器主要由电源模块、PLC、电流检测模块、障碍物检测模块、速度检测模块、触摸屏、控制输出模块等组成。PLC实时检测电机的电压、电流、速度、障碍物等参数, 控制换向接触器、喇叭、照明灯等负荷。开关电源模块将电机车蓄电池电压转换成正负15 V电压, 为传感器供电, +24 V电压为PLC供电。整个电路设计简洁, 稳定可靠。

根据系统控制任务, 统计出PLC的数字量输入输出端子功能 (表1) 。

3 硬件电路设计

PLC接口电路如图3所示。它摒弃了传统的手柄调速换向方式, 采用按钮操作进行控制, 在操作面板上设计了停止、前进、后退、加速、减速、报警、急停等8个控制按钮。通过操作面板上的控制按钮, 可以实现对机车的换向、调速、停止、喇叭和灯开关控制。操作方便, 简单可靠。这种通过按钮实现对机车调速的功能, 可以彻底杜电绝机车“串挡”故障, 真正实现机车安全平稳启动和运行。

速度检测采用电感式接近开关, 成本低, 测量可靠。障碍物检测采用毫米波雷达, 用于探测井下机车前方障碍物距离, 根据车辆的速度计算障碍物的危险程度, 发给驾驶人员警示信息[4,10]。输出端对各类负载 (接触器、灯、喇叭等) 进行控制, 触摸屏用于显示电机车的电压、电流、各种工作状态和故障状态。接近开关以及触摸屏电路原理如图4所示。

改造后的电机车主回路如图5所示, KM1接触器闭合, 电机车前进, KM2接触器闭合, 电机车后退。在程序中还设计了各种闭锁保护功能, 无论司控器内各种元件出现什么故障, 都会在第一时间切断电源回路, 确保行车安全, 同时在触摸屏上显示故障部位, 提示维护人员更快更迅速地进行检修。

4 机车工作流程分析

(1) 启动。按下前进 (后退) 按钮, 前进 (后退) 换向接触器吸合, 车灯自动转换, 前 (后) 照明灯和后 (前) 红灯亮, 喇叭自动响5 s, 提示前方行人注意安全, 电机车做好启动准备。

(2) 运行。按下加速按钮, 电机车开始加速运行, 面板触摸屏显示电机工作电压和工作电流, 当电机车加速至合适状态时, 松开加速按钮, 电机车维持当前速度不变。当需要减速时, 按压减速按钮, 电机车开始减速, 直到电机车停止。

(3) 停止。只需按下停止按钮, 电机车停止运行。如果在机车高速运行时直接停车, 那么必须在5 s后确保机车停稳后才能重新进行换向调速。

(4) 换向。如果想从前进 (后退) 方向切换到后退 (前进) 方向, 可再次按下前进 (后退) 按钮, 前进 (后退) 接触器断开, 再重新按下后退 (前进) 按钮, 则后退 (前进) 接触器即吸合, 实现机车换向, 车灯随之换向。

5 机车各种保护和控制功能

为了保证系统的安全运行, 设计了各种保护和控制功能。

(1) 高速停车时延时5 s才允许机车换向调速。

(2) 为防止“打倒挡”停车, 机车在运行时不能换向, 必须在停止状态才可以。

(3) 面板按钮常闭故障保护及显示。

(4) 换向后警铃响3 s才能加速。

(5) 停车后, 如果5 min之内没有对车辆进行操作, 换向接触器会自动断开, 显示屏亮度降为正常亮度的1/5, 前后照明灯熄灭, 前后红灯开始闪亮 (节能模式) 。

(6) 电机过流保护。

(7) 防撞保护。在机车、井下操作人员或工程车相互接近时, 装备有雷达系统的PLC控制器能发出声音提示驾驶人员注意前方、左侧或右侧有危险目标。

6 结语

电机监控器论文 篇7

近几年, 随着国民经济的快速发展和基础设施建设步伐的加快, 能源需求增长加速, 煤炭产量也迅速增长, 煤矿生产最重要的问题之一便是安全问题[1]。三相异步电机作为煤矿企业生产的重要电气设备, 被广泛应用在煤矿生产的各个环节, 不可避免地会发生故障, 对煤矿生产安全运行蕴藏潜在的威胁。因此, 实现煤矿三相异步电机的实时监控, 及时准确地掌握煤矿三相异步电机的运作状态, 确保其安全运行, 具有十分重要的意义[2]。

1 系统工作原理

Zigbee无线传感器网络由分布式传感器节点、路由节点、协调器节点组成, 基于Zigbee的煤矿三相异步电机无线监控系统如图1所示, 电机网络节点通过传感器完成煤矿三相异步电机的电压、电流参数的测定, 并经过功率计算, 将测得的数据通过Zigbee网络传送给协调器, 同时根据协调器发来的指令实现对电机的控制。Zigbee网络的协调器通过串口和用户监控中心进行通信, 将采集到的电机的参数数据传送给监控计算机, 同时接受监控计算机的控制指令, 并通过Zigbee网络把质量发给相应的电机网络节点, 从而实现煤矿电机功率的实时监控。

2 硬件设计

煤矿井下三相异步电机无线监控系统硬件部分主要由上位机主站和异步电机网络节点两部分组成。上位机主站是由一台工控机或个人电脑与协调器通过串口相连;异步电机网络节点则是由测量异步电机参数的传单元、电源模块、微处理器、继电器模块和通信模块组成。

异步电动机网络节点结构框图如图2所示, 用内置精确的低偏置线性霍尔电流传感器ACS712进行相电流采集;利用磁补偿原理、在电气上高度绝缘的霍尔电压传感器HNV-025A进行相电压采集, 两者采集的信号经信号调理电路处理后通过A/D转换后送给微处理器;利用感应线圈测量转子频率测量电机的转差率, 从而根据异步电机能流图计算出电机功率;无线射频模块负责与协调器的通信, 发送电机的参数, 并接受电机的控制命令;继电器模块实现对电机的通断控制。

微处理器选用TI公司的CC2530单片机, 采用增强型8051MCU, 支持IEEE 802.15.4协议[3]。该芯片硬件方面, 内部自带ADC, 集成高性能的RF收发器及出色的低功耗功能。

由于矿井下数据传播路径会遇到阻隔, 所以CC2530无线射频模块选用外接型鞭状天线增强信号的强度。无线RF模块电路选用无巴伦的匹配电路, 天线匹配电路如图3所示, 电路中C18、C19、C20、C21、C22、L2和L3的阻抗相匹配, 满足射频模块输入/输出阻抗为50Ω的匹配要求。

由于常用的电源电压为5 V, 而CC2530的工作电压为3.3 V, 选用NCV1117ST33T3G芯片, 它是一款低压降可调稳压芯片, 可以把输出电压调整到3.3 V, 电源电路原理如图4所示。

协调器硬件设计和异步电动机网络节点类似, 也是选择CC2530为控制芯片的无线射频单元与其他节点通过Zigbee网络进行数据通信, 而工控机和CC2530通过串口进行数据通信。

3 系统软件设计

软件设计包括上位机监控软件设计、协调器软件设计及异步电动机网络节点软件设计三部分。上位机监控软件设计包括监控界面的设计及数据库设计, 监控界面查看三相异步电机的各种参数及运行情况, 数据库存储三相异步电机运行参数。协调器主要负责管理整个无线网络, 检查整个网络中各个节点连接运行情况, 接收各节点传来的电机参数数据并送给工控机, 同时接收工控机控制指令并发送给相应的节点, 程序流程图如图5所示;异步电动机网络节点负责采集电机参数信息并将数据转送给协调器, 主要负责与协调器建立网络、接收控制指令、发送数据参数并计算电机的功率, 程序流程图如图6所示。

4 结语

本文采用CC2530为主控芯片的设计异步电动机监控无线节点, 构建基于Zigbee的无线监控网络, 实现了对煤矿井下三相异步电动机的无线监控。实验结果表明:本系统运行稳定, 能够实时采集电机的电压、电流参数, 并经过功率计算, 实现煤矿电机功率的实时监控, 确保电机的正常运行。

参考文献

[1]韩涛, 黄友锐, 曲立国.基于Zigbee的煤矿风机无线监控系统研究[J].煤矿机械, 2014, 35 (1) :218-220.

[2]惠阳, 曹现刚, 张怀珠.基于XC164CS单片机的煤矿三相异步电机功率监控系统[J].煤矿机械, 2014, 35 (1) :194-196.