華業(yè)云電機運行無憂應用平臺
電機運行無憂應用平臺系統(tǒng)簡介
電機驅(qū)動產(chǎn)業(yè)鏈的價值遠遠高于自身的價值。電機的健康狀態(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(tǒng)由此而生。
華業(yè)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(tǒng)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)智能電機傳感器ADI Smart Motor Sensor – SMS，連接華業(yè)云電機運行無憂應用平臺（國產(chǎn)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(zhuǎn)子異常，機軸平衡，定轉(zhuǎn)子對稱，軸承異常，軸心偏移，散熱異常，固定異常，性能問題等進行實時監(jiān)測、診斷、預警、報警、運行健康狀態(tài)評價?？捎行Ъ傻讲煌瑧脠鼍?，比如泵及泵站監(jiān)管系統(tǒng)，風機TCM系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)字化巡檢，主動運維，減少停機事件。華業(yè)云電機運行無憂應用平臺目前適用于500KW以下三相異步電機2。風力發(fā)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(shù)據(jù)采集物聯(lián)網(wǎng)傳感器（IoT）。SMS同時采集電機旋轉(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，不觸及電機系統(tǒng)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(jié)構(gòu)件）。另一個特點是采集磁場，通過對磁場的解析換算獲得轉(zhuǎn)速、頻率等信息，配合振動進行診斷。同時其磁場的高次諧波結(jié)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(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)推送到華業(yè)云電機運行無憂應用平臺中的ADI OtoSense™ AI專家系統(tǒng)。輸入電機銘牌信息和軸承規(guī)格型號，專家系統(tǒng)可以監(jiān)測，診斷電機常見故障，實時評估電機系統(tǒng)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(yè)云電機運行無憂應用平臺可結(jié)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(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(shù)據(jù)管理，遠程監(jiān)測，和故障診斷為基礎，根據(jù)應用場景客戶需求搭建包括結(jié)合客戶專家系統(tǒng)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(tǒng)（源于ADI信息）
智能化電機故障診斷系統(tǒng)構(gòu)架如上圖所示?；谖锫?lián)網(wǎng)技術，通過數(shù)據(jù)采集（感知），模型算法數(shù)據(jù)處理（學習），根據(jù)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(gòu)架如下圖所。
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圖3 華業(yè)云電機運行無憂應用平臺系統(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)云電機運行無憂應用平臺。華業(yè)云電機運行無憂應用平臺由三個子系統(tǒng)部分組成。運營平臺根據(jù)應用場景進行中心化和個性化平臺搭建、添加機構(gòu)、配置設備，是后臺運營系統(tǒng)和工具。中心化多租戶平臺，，通過終端用戶可監(jiān)測設備的運行狀況。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(jiān)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(tài)頁面。包括設備電機異常或故障區(qū)域，電機銘牌及基礎信息，故障報警，預警，以及監(jiān)測點（功能）。③ 設備電機運行數(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點擊故障報警紅色數(shù)據(jù)指標，應用云平臺進入圖4-④風機發(fā)電機出現(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）應用軟件
①微信小程序“OtoSense SMS”登錄頁面。只有人員手機可以登錄。需要手機驗證碼確認。人只能看到自己被監(jiān)管的設備。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(jiān)控設備的健康狀態(tài)。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(jiān)測功能內(nèi)容顯示。④ 點擊故障信息框（紅色方框），進入風機發(fā)電機出現(xiàn)故障前時間段的健康狀態(tài)數(shù)據(jù)?？晒┈F(xiàn)場維修人員參考。OtoSense SMS移動手機應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（泵及泵站智能化應用云平臺案例）
個性化應用云平臺是根據(jù)客戶應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(jiān)測，狀態(tài)評價，運行優(yōu)化，故障診斷，維保服務和升值服務七大功能模塊。其中狀態(tài)評價和故障診斷集成了ADI OtoSense智能電機故障診斷系統(tǒng)。個性化應用云平臺采用分布式云平臺結(jié)構(gòu)，可提供客戶標準化或個性化配置。也可根據(jù)客戶需求嵌入到客戶已有的平臺體系。個性化應用云平臺的其中一個特點是滿足原始數(shù)據(jù)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(tài)提供早期預警，使數(shù)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(tǒng)和運營效率。
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)過處理的電機運行信息可作為結(jié)合客戶應用場景的二次開發(fā)數(shù)據(jù)。
3. SMS傳感器與ADI OtoSense™專家系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)對電機設備實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，電機固定異常等。
4. 具有快速實施，不受已經(jīng)安裝，系統(tǒng)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(lián)線方式無限制（Star, Delta）。高壓電機（雙饋）需要結(jié)合應用場景的數(shù)據(jù)，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。
SMS | 智能電機故障診斷傳感器（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種自主檢測電機異常的診斷能力，可對電機運行狀態(tài)進行監(jiān)測。 （3）適用電機范圍：0.37kw-500kw。 （4）數(shù)據(jù)采集頻率：實時采集。 （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、斷線重撥等功能。 （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端輸入相應賬號密碼進行查詢。 （17）產(chǎn)品認證：CE認證。 |
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(shù)據(jù)傳輸?shù)?/span>華業(yè)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(tǒng)配合，根據(jù)被監(jiān)測電機參數(shù)和軸承型號和系統(tǒng)已有電機模型擬合。學習期結(jié)束后，華業(yè)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(fā)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(yè)云電機運行無憂應用平臺的ADI OtoSense™專家系統(tǒng)發(fā)送被監(jiān)測電機數(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學習狀態(tài)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(shù)據(jù)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(fā)生的電機故障（圖9）有關10個關鍵電機屬性，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移動應用軟件和系統(tǒng)平臺的中心化和個性化應用軟件平臺獲得。
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(xiàn)。
華業(yè)云電機運行無憂應用平臺的一個主要功能是結(jié)合應用場景的原始數(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)測電機設備轉(zhuǎn)速
1.電機轉(zhuǎn)速可視化，隨時間變化的電機轉(zhuǎn)速，參考上圖，反應電機在該時間段運行工況頻率，根據(jù)應用場景可以反映系統(tǒng)效率。比如水泵高效工況區(qū)和電機轉(zhuǎn)速（頻率）直接相關。電機轉(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)測電機設備徑向（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)測電機設備徑向（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傳感器從電機外殼采集獲取電機邊緣旋轉(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)攜帶了電機機電信息，結(jié)合振動和溫度采集數(shù)據(jù)，ADI OtoSense™ 專家系統(tǒng)可以推測電機運行狀態(tài)，計算出轉(zhuǎn)速和電流。
圖13 被監(jiān)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(yè)云電機運行無憂應用平臺將采集的磁場原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成磁場相關的電機性能信息。如下圖所示。結(jié)合其他采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成的電機性能信息，ADI OtoSense™ 專家系統(tǒng)可以對電機轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)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(tài)。
圖14 被監(jiān)測電機設備由磁場原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)，以及數(shù)據(jù)信息化轉(zhuǎn)換，ADI OtoSense™ 專家系統(tǒng)通過對應模型，經(jīng)驗參數(shù)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(jù)嚴重程度發(fā)出預警或報警，并出具可能的原因以及解決方案（結(jié)合實際應用場景），如下圖。以點的形式表示運行狀態(tài)，方便系統(tǒng)統(tǒng)計分析和優(yōu)化衡量。電機狀態(tài)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(jiān)視（預警），‘0-5’表示即將發(fā)生電機故障（報警）。
圖15被監(jiān)測電機設備故障診斷預警報警可視化
華業(yè)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(tǒng)信息集成到其應用場景，解決問題，體現(xiàn)價值。
