華業(yè)云電機(jī)運(yùn)行無憂應(yīng)用平臺
電機(jī)運(yùn)行無憂應(yīng)用平臺系統(tǒng)簡介
電機(jī)驅(qū)動產(chǎn)業(yè)鏈的價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自身的價值。電機(jī)的健康狀態(tài)反映系統(tǒng)的健康狀態(tài)。有效的早期故障診斷，使主動運(yùn)維有的放矢，減少停機(jī)事件，提高運(yùn)行效率。智能化電機(jī)故障診斷系統(tǒng)由此而生。
華業(yè)云電機(jī)運(yùn)行無憂應(yīng)用平臺由美國Analog Devices Inc (ADI) OtoSense™ AI（ADI OtoSense）專家系統(tǒng)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)智能電機(jī)傳感器ADI Smart Motor Sensor – SMS，連接華業(yè)云電機(jī)運(yùn)行無憂應(yīng)用平臺（國產(chǎn)化）組成。對交流異步電機(jī)10個常見故障1：供電異常，定子異常，轉(zhuǎn)子異常，機(jī)軸平衡，定轉(zhuǎn)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(jìn)行實(shí)時監(jiān)測、診斷、預(yù)警、報警、運(yùn)行健康狀態(tài)評價。可有效集成到不同應(yīng)用場景，比如泵及泵站監(jiān)管系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)TCM系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化巡檢，主動運(yùn)維，減少停機(jī)事件。華業(yè)云電機(jī)運(yùn)行無憂應(yīng)用平臺目前適用于500KW以下三相異步電機(jī)2。風(fēng)力發(fā)電機(jī)（風(fēng)冷水冷箱體機(jī)型，雙饋繞組）或者高壓電機(jī)需要在安裝前確認(rèn)電機(jī)磁場檢測強(qiáng)度，保正算法模型的計算準(zhǔn)確性。
SMS3，如下圖，是由ADI研制的一款新型電機(jī)數(shù)據(jù)采集物聯(lián)網(wǎng)傳感器（IoT）。SMS同時采集電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場，軸向和徑向振動，溫度數(shù)據(jù)。其中一個優(yōu)勢是安裝簡便，不觸及電機(jī)系統(tǒng)連線（不需停機(jī)），一般固定在電機(jī)散熱片上即可工作（提供固定結(jié)構(gòu)件）。另一個特點(diǎn)是采集磁場，通過對磁場的解析換算獲得轉(zhuǎn)速、頻率等信息，配合振動進(jìn)行診斷。同時其磁場的高次諧波結(jié)合電機(jī)模型可用來進(jìn)行故障診斷。SMS通過WiFi路由器連接互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)推送到華業(yè)云電機(jī)運(yùn)行無憂應(yīng)用平臺中的ADI OtoSense™ AI專家系統(tǒng)。輸入電機(jī)銘牌信息和軸承規(guī)格型號，專家系統(tǒng)可以監(jiān)測，診斷電機(jī)常見故障，實(shí)時評估電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行健康狀況。預(yù)測電機(jī)運(yùn)行故障，及時預(yù)警、報警。
圖1 SMS傳感器，具有不需要停機(jī)連線安裝的特點(diǎn)（源于ADI信息）
華業(yè)云電機(jī)運(yùn)行無憂應(yīng)用平臺可結(jié)合終端客戶應(yīng)用場景，搭建個性化解決方案。從SMS以電機(jī)設(shè)備配置安裝上線，集成ADI OtoSense™ AI的數(shù)據(jù)處理專家系統(tǒng)，原始數(shù)據(jù)歸屬，數(shù)據(jù)可視化，到和客戶應(yīng)用云平臺對接提供軟件服務(wù)。個性化解決方案以基礎(chǔ)管理，設(shè)備管理，數(shù)據(jù)管理，遠(yuǎn)程監(jiān)測，和故障診斷為基礎(chǔ)，根據(jù)應(yīng)用場景客戶需求搭建包括結(jié)合客戶專家系統(tǒng)的運(yùn)營管理解決方案。解決方案包括移動端微信小程序或H5應(yīng)用軟件（不是APP）。
圖2 ADI OtoSense 智能化電機(jī)故障診斷系統(tǒng)（源于ADI信息）
智能化電機(jī)故障診斷系統(tǒng)構(gòu)架如上圖所示。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過數(shù)據(jù)采集（感知），模型算法數(shù)據(jù)處理（學(xué)習(xí)），根據(jù)應(yīng)用場景提供故障診斷。電機(jī)運(yùn)行無憂信息化應(yīng)用云平臺構(gòu)架如下圖所。
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圖3 華業(yè)云電機(jī)運(yùn)行無憂應(yīng)用平臺系統(tǒng)框架
ADI SMS傳感器將數(shù)據(jù)通過加密根證書域名傳送到華業(yè)云電機(jī)運(yùn)行無憂應(yīng)用平臺。華業(yè)云電機(jī)運(yùn)行無憂應(yīng)用平臺由三個子系統(tǒng)部分組成。運(yùn)營平臺根據(jù)應(yīng)用場景進(jìn)行中心化和個性化平臺搭建、添加機(jī)構(gòu)、配置設(shè)備，是后臺運(yùn)營系統(tǒng)和工具。中心化多租戶平臺，，通過終端用戶可監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀況。其中包括原始數(shù)據(jù)（SMS傳感器采集數(shù)據(jù)），性能數(shù)據(jù)（經(jīng)過算法獲取的信息），健康狀態(tài)（經(jīng)過算法模型提供的評價）。根據(jù)健康狀態(tài)梯度，云平臺會提供預(yù)警和報警推送。
圖4 中心化多租戶應(yīng)用云平臺
①應(yīng)用云平臺首頁。展示被監(jiān)測設(shè)備（電機(jī)）狀況。綠色表示運(yùn)行正常，黃色表示預(yù)警，紅色表示故障報警，灰色表示掉線。② 應(yīng)用云平臺某設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)頁面。包括設(shè)備電機(jī)異常或故障區(qū)域，電機(jī)銘牌及基礎(chǔ)信息，故障報警，預(yù)警，以及監(jiān)測點(diǎn)（功能）。③ 設(shè)備電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，包括原始數(shù)據(jù)，性能數(shù)據(jù)和健康狀態(tài)。本圖顯示性能數(shù)據(jù)。包括，轉(zhuǎn)速，磁場，振幅，及振動加速度等等。④ 在上圖4-②點(diǎn)擊故障報警紅色數(shù)據(jù)指標(biāo)，應(yīng)用云平臺進(jìn)入圖4-④風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障前的健康狀態(tài)數(shù)據(jù)。供工程人員分析，溯源。
圖5移動端（智能手機(jī)）應(yīng)用軟件
①微信小程序“OtoSense SMS”登錄頁面。只有人員手機(jī)可以登錄。需要手機(jī)驗(yàn)證碼確認(rèn)。人只能看到自己被監(jiān)管的設(shè)備。機(jī)制由中心化多租戶應(yīng)用云平臺設(shè)置。②OtoSense SMS首頁。類似于電腦端的應(yīng)用云平臺，該頁面展示所有被監(jiān)控設(shè)備的健康狀態(tài)。并可通過該頁面進(jìn)入某設(shè)備狀況頁面。首頁下端可以選擇進(jìn)入“設(shè)備”列表頁面，報警列表頁面和軟件設(shè)置頁面“我的”。添加新的SMS傳感器設(shè)備是在設(shè)備列表頁面完成。切換某個SMS傳感器通訊模式是在軟件設(shè)置頁面完成。③ 點(diǎn)擊首頁顯示的某個設(shè)備（比如，圓圈中紅色報警設(shè)備），進(jìn)入該設(shè)備運(yùn)行狀況。具體預(yù)警報警以及被監(jiān)測功能內(nèi)容顯示。④ 點(diǎn)擊故障信息框（紅色方框），進(jìn)入風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障前時間段的健康狀態(tài)數(shù)據(jù)。可供現(xiàn)場維修人員參考。OtoSense SMS移動手機(jī)應(yīng)用平臺僅提供性能數(shù)據(jù)和健康狀態(tài)信息，不提供原始數(shù)據(jù)。
圖6個性化平臺（泵及泵站智能化應(yīng)用云平臺案例）
個性化應(yīng)用云平臺是根據(jù)客戶應(yīng)用場景和特定需求定制開發(fā)配置生成。圖6為泵及泵站物聯(lián)網(wǎng)智能化運(yùn)維服務(wù)云平臺（應(yīng)用云平臺）。應(yīng)用云平臺包括基礎(chǔ)管理，運(yùn)行監(jiān)測，狀態(tài)評價，運(yùn)行優(yōu)化，故障診斷，維保服務(wù)和升值服務(wù)七大功能模塊。其中狀態(tài)評價和故障診斷集成了ADI OtoSense智能電機(jī)故障診斷系統(tǒng)。個性化應(yīng)用云平臺采用分布式云平臺結(jié)構(gòu)，可提供客戶標(biāo)準(zhǔn)化或個性化配置。也可根據(jù)客戶需求嵌入到客戶已有的平臺體系。個性化應(yīng)用云平臺的其中一個特點(diǎn)是滿足原始數(shù)據(jù)歸屬客戶的需求。
電機(jī)運(yùn)行無憂云平臺重要特點(diǎn)
1. SMS傳感器設(shè)備安裝配置簡便，7x24小時診斷電機(jī)運(yùn)行健康狀況，對運(yùn)行異常狀態(tài)提供早期預(yù)警，使數(shù)字化巡檢，主動運(yùn)維成為可能。從而降低運(yùn)維成本，減少備件庫存，提高設(shè)備系統(tǒng)和運(yùn)營效率。
2. 提供物聯(lián)網(wǎng)云平臺系統(tǒng)集成解決方案，原始數(shù)據(jù)歸屬客戶，采集原始數(shù)據(jù)和經(jīng)過處理的電機(jī)運(yùn)行信息可作為結(jié)合客戶應(yīng)用場景的二次開發(fā)數(shù)據(jù)。
3. SMS傳感器與ADI OtoSense™專家系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)對電機(jī)設(shè)備實(shí)時提供市場上目前和全面的定性故障診斷。包括：供電異常，旋轉(zhuǎn)設(shè)備定子、轉(zhuǎn)子異常，基軸平衡，定轉(zhuǎn)子對稱，軸承異常，軸心偏移，散熱異常，電機(jī)固定異常等。
4. 具有快速實(shí)施，不受已經(jīng)安裝，系統(tǒng)運(yùn)行限制。可為客戶提供定制化服務(wù)，包括集成到客戶已有信息化云平臺，或私有云服務(wù)器中。
參考
1適用范圍：標(biāo)準(zhǔn)低電壓電機(jī)（IEC / NEMA 電機(jī)），電機(jī)Frame尺寸：450 (IEC60034)/ 500 (NEMA MG1)，功率：0.37kW ~ 500kW。啟動及運(yùn)行方式無限制（DOL, VFD），線圈聯(lián)線方式無限制（Star, Delta）。高壓電機(jī)（雙饋）需要結(jié)合應(yīng)用場景的數(shù)據(jù)，可以對機(jī)械、電器、散熱進(jìn)行診斷。
3SMS, Smart Motor Sensor性能指標(biāo)如下表所示。
SMS | 智能電機(jī)故障診斷傳感器（ADI SMS） | （1）為集數(shù)據(jù)采集與無線通訊為一體的終端產(chǎn)品。 （2）傳感器具有9種自主檢測電機(jī)異常的診斷能力，可對電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。 （3）適用電機(jī)范圍：0.37kw-500kw。 （4）數(shù)據(jù)采集頻率：實(shí)時采集。 （5）發(fā)送數(shù)據(jù)格式：waveform,FFT,rms。 （6）監(jiān)測振幅范圍：±40g。 （7）監(jiān)測振動方向：軸向和徑向。 （8）監(jiān)測頻率范圍：1Hz~3KHz。 （9）數(shù)據(jù)定時上傳：數(shù)據(jù)上傳間隔20min/次，并具有故障重連、斷線重?fù)艿裙δ堋?/span> （10）與終端通信方式：WiFi通信；工作協(xié)議：802.11b/g/n；頻率范圍：2.4GHz。 （11）防護(hù)等級：IP55。 （12）供電電壓：DC9V-DC12V。 （13）工作溫度：-20℃≤+55℃。 （14）儲存溫度：-40℃≤+85℃。 （15）相對濕度：≥95%（無凝結(jié)）。 （16）數(shù)據(jù)查詢：通過PC端輸入相應(yīng)賬號密碼進(jìn)行查詢。 （17）產(chǎn)品認(rèn)證：CE認(rèn)證。 |
技術(shù)，原理和功能
將SMS傳感器連接到電機(jī)設(shè)備，該傳感器開始將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/span>華業(yè)云電機(jī)運(yùn)行無憂應(yīng)用平臺，其中集成了ADI OtoSenseTM AI專家系。在初始學(xué)習(xí)期間，SMS傳感器與ADI OtoSense™專家系統(tǒng)配合，根據(jù)被監(jiān)測電機(jī)參數(shù)和軸承型號和系統(tǒng)已有電機(jī)模型擬合。學(xué)習(xí)期結(jié)束后，華業(yè)云電機(jī)運(yùn)行無憂應(yīng)用平臺能夠檢測電機(jī)設(shè)備性能異常和生成有關(guān)即將發(fā)生的電機(jī)問題的警報。
在初始學(xué)習(xí)期間，SMS傳感器每3分鐘向華業(yè)云電機(jī)運(yùn)行無憂應(yīng)用平臺的ADI OtoSense™專家系統(tǒng)發(fā)送被監(jiān)測電機(jī)數(shù)據(jù)樣本。ADI OtoSense™算法模型提取用的參數(shù)用于分析目的，并生成為每個參數(shù)量身定制的個性化模型。如下圖所示。
圖8學(xué)習(xí)狀態(tài)和個性化模型生成
學(xué)習(xí)階段完成后，電機(jī)運(yùn)行無憂云平臺的ADI OtoSense™會將傳入的傳感器數(shù)據(jù)與個性化模型
圖9 智能電機(jī)故障診斷流程
進(jìn)行比較，檢測到即將發(fā)生的電機(jī)故障（圖9）有關(guān)10個關(guān)鍵電機(jī)屬性，以及原始數(shù)據(jù)，和處理傳感器數(shù)據(jù)的狀態(tài)更新可通過OtoSense SMS移動應(yīng)用軟件和系統(tǒng)平臺的中心化和個性化應(yīng)用軟件平臺獲得。
根據(jù)SMS上傳的傳感器數(shù)據(jù)，ADI OtoSense™ 專家系統(tǒng)分析可深入了解下面9種電機(jī)屬性，性能，以及整體情況。電機(jī)性能問題被歸屬于第10個電極屬性，在電機(jī)健康評價中體現(xiàn)。
華業(yè)云電機(jī)運(yùn)行無憂應(yīng)用平臺的一個主要功能是結(jié)合應(yīng)用場景的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過算法模型可視化性能屬性。簡單描述如下:
圖10 被監(jiān)測電機(jī)設(shè)備轉(zhuǎn)速
1.電機(jī)轉(zhuǎn)速可視化，隨時間變化的電機(jī)轉(zhuǎn)速，參考上圖，反應(yīng)電機(jī)在該時間段運(yùn)行工況頻率，根據(jù)應(yīng)用場景可以反映系統(tǒng)效率。比如水泵高效工況區(qū)和電機(jī)轉(zhuǎn)速（頻率）直接相關(guān)。電機(jī)轉(zhuǎn)速是通過SMS采集的原始磁場時間波形（Magnetic Field Time Waveform）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成頻譜（FFT），通過ADI OtoSense™ 專家系統(tǒng)計算生成。屬于推算檢測信息。
2.振動數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換成振動頻譜。屬于原始采集數(shù)據(jù)。同時采集的振動數(shù)據(jù)還有軸向（Z）振動時間波形和頻譜。
圖11 被監(jiān)測電機(jī)設(shè)備徑向（X）振動頻譜
由采集的振動原始數(shù)據(jù)通過ADI OtoSense™ 專家系統(tǒng)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(jiān)測電機(jī)設(shè)備徑向（X）振動加速度，振動速度和振動位移
3.磁場數(shù)據(jù)和信息可視化，SMS傳感器從電機(jī)外殼采集獲取電機(jī)邊緣旋轉(zhuǎn)磁場時間波形，通過FFT轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)攜帶了電機(jī)機(jī)電信息，結(jié)合振動和溫度采集數(shù)據(jù)，ADI OtoSense™ 專家系統(tǒng)可以推測電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，計算出轉(zhuǎn)速和電流。
圖13 被監(jiān)測電機(jī)設(shè)備徑向（X）振動加速度，振動速度和振動位移
4. 華業(yè)云電機(jī)運(yùn)行無憂應(yīng)用平臺將采集的磁場原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成磁場相關(guān)的電機(jī)性能信息。如下圖所示。結(jié)合其他采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成的電機(jī)性能信息，ADI OtoSense™ 專家系統(tǒng)可以對電機(jī)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子和定子間隙，安裝軸對稱，運(yùn)行負(fù)荷，電子繞組，外接電源等一系列和電機(jī)運(yùn)行相關(guān)變量進(jìn)行推算評估。通過電機(jī)10種常見故障進(jìn)行診斷，評價健康狀態(tài)。
圖14 被監(jiān)測電機(jī)設(shè)備由磁場原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成磁場相關(guān)電機(jī)性能信息
5.故障診斷預(yù)警，基于上述SMS采集的原始數(shù)據(jù)，以及數(shù)據(jù)信息化轉(zhuǎn)換，ADI OtoSense™ 專家系統(tǒng)通過對應(yīng)模型，經(jīng)驗(yàn)參數(shù)及實(shí)況分析計算出當(dāng)前被檢測電機(jī)進(jìn)行狀況。是確有故障還是運(yùn)行不合理。確有故障則根據(jù)嚴(yán)重程度發(fā)出預(yù)警或報警，并出具可能的原因以及解決方案（結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場景），如下圖。以點(diǎn)的形式表示運(yùn)行狀態(tài)，方便系統(tǒng)統(tǒng)計分析和優(yōu)化衡量。電機(jī)狀態(tài)的額定值為0-10，其中‘7-10’表示正常運(yùn)行，‘5-7’ 表示建議進(jìn)行監(jiān)視（預(yù)警），‘0-5’表示即將發(fā)生電機(jī)故障（報警）。
圖15被監(jiān)測電機(jī)設(shè)備故障診斷預(yù)警報警可視化
華業(yè)云電機(jī)運(yùn)行無憂應(yīng)用平臺由一組功能模塊組成，每一個模塊都具備和不同應(yīng)用場景平臺體系進(jìn)行對接集成，有效的將智ADI OtoSense™ 專家系統(tǒng)信息集成到其應(yīng)用場景，解決問題，體現(xiàn)價值。
