華業云電機運行無憂應用平臺

電機運行無憂應用平臺系統簡介

電機驅動產業鏈的價值遠遠高于自身的價值。電機的健康狀態反映系統的健康狀態。有效的早期故障診斷，使主動運維有的放矢，減少停機事件，提高運行效率。智能化電機故障診斷系統由此而生。 

華業云電機運行無憂應用平臺由美國Analog Devices Inc (ADI) OtoSense? AI（ADI OtoSense）專家系統，結合物聯網智能電機傳感器ADI Smart Motor Sensor – SMS，連接華業云電機運行無憂應用平臺（國產化）組成。對交流異步電機10個常見故障1：供電異常，定子異常，轉子異常，機軸平衡，定轉子對稱，軸承異常，軸心偏移，散熱異常，固定異常，性能問題等進行實時監測、診斷、預警、報警、運行健康狀態評價。可有效集成到不同應用場景，比如泵及泵站監管系統，風機TCM系統，實現數字化巡檢，主動運維，減少停機事件。華業云電機運行無憂應用平臺目前較佳適用于500KW以下三相異步電機2。風力發電機（風冷水冷箱體機型，雙饋繞組）或者高壓電機需要在安裝前確認電機磁場檢測強度，保正算法模型的計算準確性。

SMS3，如下圖，是由ADI研制的一款新型電機數據采集物聯網傳感器（IoT）。SMS同時采集電機旋轉磁場，軸向和徑向振動，溫度數據。其中一個優勢是安裝簡便，不觸及電機系統連線（不需停機），一般固定在電機散熱片上即可工作（提供固定結構件）。另一個特點是采集磁場，通過對磁場的解析換算獲得轉速、頻率等信息，配合振動進行診斷。同時其磁場的高次諧波結合電機模型可用來進行故障診斷。SMS通過WiFi路由器連接互聯網將數據推送到華業云電機運行無憂應用平臺中的ADI OtoSense? AI專家系統。輸入電機銘牌信息和軸承規格型號，專家系統可以監測，診斷電機常見故障，實時評估電機系統運行健康狀況。預測電機運行故障，及時預警、報警。

圖1 SMS傳感器，具有不需要停機連線安裝的特點（源于ADI信息）

華業云電機運行無憂應用平臺可結合終端客戶應用場景，搭建個性化解決方案。從SMS以電機設備配置安裝上線，集成ADI OtoSense? AI的數據處理專家系統，原始數據歸屬，數據可視化，到和客戶應用云平臺對接提供軟件服務。個性化解決方案以基礎管理，設備管理，數據管理，遠程監測，和故障診斷為基礎，根據應用場景客戶需求搭建包括結合客戶專家系統的運營管理解決方案。解決方案包括移動端微信小程序或H5應用軟件（不是APP）。

圖2 ADI OtoSense 智能化電機故障診斷系統（源于ADI信息）

智能化電機故障診斷系統構架如上圖所示。基于物聯網技術，通過數據采集（感知），模型算法數據處理（學習），根據應用場景提供故障診斷。電機運行無憂信息化應用云平臺構架如下圖所。

圖3 華業云電機運行無憂應用平臺系統框架

ADI SMS傳感器將數據通過加密根證書指定域名傳送到華業云電機運行無憂應用平臺。華業云電機運行無憂應用平臺由三個子系統部分組成。運營平臺根據應用場景進行中心化和個性化平臺搭建、添加機構、配置設備，是后臺運營系統和工具。中心化多租戶平臺，，通過授權終端用戶可監測設備的運行狀況。其中包括原始數據（SMS傳感器采集數據），性能數據（經過算法獲取的信息），健康狀態（經過算法模型提供的評價）。根據健康狀態梯度，云平臺會提供預警和報警推送。

                                                                                            

圖4 中心化多租戶應用云平臺

①應用云平臺首頁。展示被監測設備（電機）狀況。綠色表示運行正常，黃色表示預警，紅色表示故障報警，灰色表示掉線。②  應用云平臺某設備運行狀態頁面。包括設備電機異常或故障區域，電機銘牌及基礎信息，故障報警，預警，以及監測點（功能）。③  設備電機運行數據顯示，包括原始數據，性能數據和健康狀態。本圖顯示性能數據。包括，轉速，磁場，振幅，及振動加速度等等。④  在上圖4-②點擊故障報警紅色數據指標，應用云平臺進入圖4-④風機發電機出現故障前的健康狀態數據。供工程人員分析，溯源。

                                              

圖5移動端（智能手機）應用軟件

①微信小程序“OtoSense SMS”登錄頁面。只有授權人員手機可以登錄。需要手機驗證碼確認。授權人只能看到自己被授權監管的設備。授權機制由中心化多租戶應用云平臺設置。②OtoSense SMS首頁。類似于電腦端的應用云平臺，該頁面展示所有被監控設備的健康狀態。并可通過該頁面進入某設備狀況頁面。首頁下端可以選擇進入“設備”列表頁面，報警列表頁面和軟件設置頁面“我的”。添加新的SMS傳感器設備是在設備列表頁面完成。切換某個SMS傳感器通訊模式是在軟件設置頁面完成。③ 點擊首頁顯示的某個設備（比如，圓圈中紅色報警設備），進入該設備運行狀況。具體預警報警以及被監測功能內容顯示。④ 點擊故障信息框（紅色方框），進入風機發電機出現故障前指定時間段的健康狀態數據。可供現場維修人員參考。OtoSense SMS移動手機應用平臺僅提供性能數據和健康狀態信息，不提供原始數據。

圖6個性化平臺（泵及泵站智能化應用云平臺案例）

個性化應用云平臺是根據客戶應用場景和特定需求定制開發配置生成。圖6為泵及泵站物聯網智能化運維服務云平臺（應用云平臺）。應用云平臺包括基礎管理，運行監測，狀態評價，運行優化，故障診斷，維保服務和升值服務七大功能模塊。其中狀態評價和故障診斷集成了ADI OtoSense智能電機故障診斷系統。個性化應用云平臺采用分布式云平臺結構，可提供客戶標準化或個性化配置。也可根據客戶需求嵌入到客戶已有的平臺體系。個性化應用云平臺的其中一個特點是滿足原始數據歸屬客戶的需求。

電機運行無憂云平臺重要特點

1.   SMS傳感器設備安裝配置簡便，7x24小時診斷電機運行健康狀況，對運行異常狀態提供早期預警，使數字化巡檢，主動運維成為可能。從而降低運維成本，減少備件庫存，提高設備系統和運營效率。

2.   提供物聯網云平臺系統集成解決方案，原始數據歸屬客戶，采集原始數據和經過處理的電機運行信息可作為結合客戶應用場景的二次開發數據。

3.   SMS傳感器與ADI OtoSense?專家系統采集數據對電機設備實時提供市場上目前先進和全面的定性故障診斷。包括：供電異常，旋轉設備定子、轉子異常，基軸平衡，定轉子對稱，軸承異常，軸心偏移，散熱異常，電機固定異常等。

4.   具有快速實施，不受已經安裝，系統運行限制。可為客戶提供定制化服務，包括集成到客戶已有信息化云平臺，或私有云服務器中。

參考

1適用范圍：標準低電壓電機（IEC / NEMA 電機），電機Frame尺寸：450 (IEC60034)/ 500 (NEMA MG1)，功率：0.37kW ~ 500kW。啟動及運行方式無限制（DOL, VFD），線圈聯線方式無限制（Star, Delta）。高壓電機（雙饋）需要結合應用場景的數據，可以對機械、電器、散熱進行診斷。

3SMS, Smart Motor Sensor性能指標如下表所示。

技術，原理和功能

將SMS傳感器連接到電機設備，該傳感器開始將數據傳輸到華業云電機運行無憂應用平臺，其中集成了ADI OtoSenseTM AI專家系。在初始學習期間，SMS傳感器與ADI OtoSense?專家系統配合，根據被監測電機參數和軸承型號和系統已有電機模型擬合。學習期結束后，華業云電機運行無憂應用平臺能夠檢測電機設備性能異常和生成有關即將發生的電機問題的警報。

在初始學習期間，SMS傳感器每3分鐘向華業云電機運行無憂應用平臺的ADI OtoSense?專家系統發送被監測電機數據樣本。ADI OtoSense?算法模型提取有用的參數用于分析目的，并生成為每個參數量身定制的個性化模型。如下圖所示。

圖8學習狀態和個性化模型生成

學習階段完成后，電機運行無憂云平臺的ADI OtoSense?會將傳入的傳感器數據與個性化模型

圖9 智能電機故障診斷流程

進行比較，檢測到即將發生的電機故障（圖9）有關10個關鍵電機屬性，以及原始數據，和處理傳感器數據的狀態更新可通過OtoSense SMS移動應用軟件和系統平臺的中心化和個性化應用軟件平臺獲得。

根據SMS上傳的傳感器數據，ADI OtoSense? 專家系統分析可深入了解下面9種電機屬性，性能，以及整體情況。電機性能問題被歸屬于第10個電極屬性，在電機健康評價中體現。

華業云電機運行無憂應用平臺的一個主要功能是結合應用場景的原始數據經過算法模型可視化性能屬性。簡單描述如下:

圖10 被監測電機設備轉速

1.電機轉速可視化，隨時間變化的電機轉速，參考上圖，反應電機在該時間段運行工況頻率，根據應用場景可以反映系統效率。比如水泵高效工況區和電機轉速（頻率）直接相關。電機轉速是通過SMS采集的原始磁場時間波形（Magnetic Field Time Waveform）數據轉換成頻譜（FFT），通過ADI OtoSense? 專家系統計算生成。屬于推算檢測信息。

2.振動數據和信息可視化，徑向振動頻譜（X），參考下圖，是由SMS振動傳感器采集的振動時間波形通過FFT轉換成振動頻譜。屬于原始采集數據。同時采集的振動數據還有軸向（Z）振動時間波形和頻譜。

圖11 被監測電機設備徑向（X）振動頻譜

由采集的振動原始數據通過ADI OtoSense? 專家系統計算獲得軸向和徑向振動加速度，振動速度和振動位移。下圖是定性計算徑向（X）振動加速度，振動速度和振動位移。

圖12 被監測電機設備徑向（X）振動加速度，振動速度和振動位移

3.磁場數據和信息可視化，SMS傳感器從電機外殼采集獲取電機邊緣旋轉磁場時間波形，通過FFT轉換成一組磁場頻譜，以頻率為橫軸，分貝（dB）幅值為縱軸的譜線。如下圖所示。磁場原始數據攜帶了電機機電信息，結合振動和溫度采集數據，ADI OtoSense? 專家系統可以推測電機運行狀態，計算出轉速和電流。

圖13 被監測電機設備徑向（X）振動加速度，振動速度和振動位移

4. 華業云電機運行無憂應用平臺將采集的磁場原始數據轉換成磁場相關的電機性能信息。如下圖所示。結合其他采集數據轉換成的電機性能信息，ADI OtoSense? 專家系統可以對電機轉子，轉子和定子間隙，安裝軸對稱，運行負荷，電子繞組，外接電源等一系列和電機運行相關變量進行推算評估。通過電機10種常見故障進行診斷，評價健康狀態。

圖14 被監測電機設備由磁場原始數據轉換成磁場相關電機性能信息

5.故障診斷預警，基于上述SMS采集的原始數據，以及數據信息化轉換，ADI OtoSense? 專家系統通過對應模型，經驗參數及實況分析計算出當前被檢測電機進行狀況。是確有故障還是運行不合理。確有故障則根據嚴重程度發出預警或報警，并出具可能的原因以及解決方案（結合實際應用場景），如下圖。以點的形式表示運行狀態，方便系統統計分析和優化衡量。電機狀態的額定值為0-10，其中‘7-10’表示正常運行，‘5-7’ 表示建議進行監視（預警），‘0-5’表示即將發生電機故障（報警）。

                                              

圖15被監測電機設備故障診斷預警報警可視化

華業云電機運行無憂應用平臺由一組功能模塊組成，每一個模塊都具備和不同應用場景平臺體系進行對接集成，有效的將智ADI OtoSense? 專家系統信息集成到其應用場景，解決問題，體現價值。