- moneo：IIoT平台
- 应用案例
基于电流消耗的风扇状态监测
生产大厅的中央排气系统有多个风扇。这些风扇的功率是整个生产大厅排气过程质量的决定性因素。
许多生产过程都需要排气系统。该系统可用于排放焊接蒸汽和激光打标机的蒸汽、确保机器可用性，从而实现整个生产过程的顺利运行。因此，对其实施按需维护非常必要。
为了实现这一点，除了已经集成的振动监测外，还将对其中一个风扇的所有三相的电流值进行监测。通过测量相位差，可以提供关于风扇电机状态的额外信息。
最初情况
该工厂的压缩机故障带来了影响深远的后果：
- 由于余热未完全排放导致机器停机
- 由于生产损失造成额外成本
- 可能导致高昂的维修成本
- 由于焊接蒸汽未排出，造成生产人员健康风险
- 由于未完全排出粉尘，导致激光打标质量问题
在最坏情况下，这可能导致整个生产区域完全失效。
通过进行风扇振动监测并将监测数据发送到moneo，可以提供相关信息来检测可能的损坏。
但为了进行全面评估，还需要关于风扇和上游变频器的电气状态方面的额外数据。
项目目标
通过测量相位差，扩展风扇的状态监测
目标是通过监测以下方面确保风扇的可工作性：
- 电机绕组
- 旋转组件的自由运动
- 变频器中的电子元器件
实施
moneo|RTM安装在服务器上。IO-Link主站通过内部VLAN连接至服务器。
ifm拥有广泛的自动化组件。该应用选用了3个ZJF055电流转换器和AL2605 IO-Link输入/输出模块。
其中，电流转换器用于变频器和风扇连接端子之间的三个交流相U/V/W的所有供电线路。转换器的测量值在信号输出端以4...20 mA模拟量信号的形式提供。这些值将通过AL2605从4...20 mA信号转换为IO-Link信号。
数据通过AL1352系列IO-Link主站发送至moneo|RTM。
三个供电线路U/V/W的电流消耗值借助三个电流转换器进行测量。
为了获取有用的过程值，必须将电流转换器的测量值转换为转换器的实际电流值（4 mA ≙ 0 A，20 mA ≙ 50 A）。这在moneo RTM中通过“计算值”功能完成。
可以检测以下电气和机械损坏类型：
- 电机绕组短路
- 旋转组件松动
- 变频器故障
确定的电流值可用于：
- 计算三相之间的差异
- 确定所有三相的平均电流
- 相互之间的数值比较
结果
实现从基于时间的维护转变为基于状态的维护的过程优化
凭借全面的数据记录，可以尽早检测到即将发生的故障，从而根据需要来计划和实施维护工作。这为整个工厂的过程可靠性提供了额外的决定性保障。
利用电流值可以得出关于电机绕组短路、旋转组件松动以及变频器故障方面的结论。
操作界面
在moneo操作界面上可以了解过程概况。
操作界面可方便用户浏览该工厂的相关过程值。
- 电流测量值U | V | W（mA）
- 相位差U-V | V-W | W-U
- 电流不对称性U-V | V-W | W-U
- 所有三相的平均电流
分析
分析功能可用于访问历史数据和比较不同的过程值。示意图显示了U、V和W的电流值（mA）。
在这里可以清楚地看到：在启动阶段①存在过冲；在正常运行阶段②电流值保持不变；在关闭时刻③电机中的电感导致有个小峰值。
- 启动阶段
- 正常运行
- 关闭时刻
设置和规则：管理阈值
静态阈值
对于三相机器而言，所谓的电流不对称性不应超过10%。对于每个差异值，当其≥10%时，都会生成警报。
- 当U-V偏差超过10%时发出警报
- 当V-W偏差超过10%时发出警报
- 当W-V偏差超过10%时发出警报
由于当风扇电机启动或突然发生负载变化时可能使用高达10%的公差带，因此未实施警告限值方面的监测。
- 警报上限
- 警报阈值的延迟时间
工单处理规则
计算值
“计算值”功能用于进一步处理过程数据。在该应用案例中，进行了多种不同的进一步处理：
- 将4...20 mA模拟量信号转换为电流转换器的电流值以计算电机电流
- 计算相位差
- 计算三相的平均电流
- 计算电流不对称性
在该应用案例中，对驱动电机的所有三相进行监测，因此有时需要进行多次计算。
将4...20 mA模拟量信号转换为电流转换器的电流值以计算电机电流
所用的电流转换器可提供4...20 mA模拟量信号，该信号必须首先转换为单位为mA的过程值。所有三相都须完成这一操作。
电机电流 = (AIN-4,000) * ((AEP-ASP)/(16,000)) + ASP
Dataflow Modeler
- 电流转换器的模拟量电流值（4...20 mA）
- 常数：模拟量起点（0 mA = 4 mA）
- 常数：模拟量终点（10,000 mA = 20 mA）
- 电流变化幅度：模拟量值（20,000 – 4,000 = 16,000）
- 模拟量值偏差（4...20 mA到0...16 mA）
- 计算：起点到终点的差值（AEP – ASP = ∆A）
- 计算：电流与mA电流的因子（∆A / 16 mA = 因子）
- 将电流值（0...16 mA）乘以因子
- 得到mA电流值
计算相位差
如要计算电流不对称性，必须首先计算各相之间的电流差（U-V、V-W和W-U）。
∆电机电流 = 电机电流U – 电机电流V
- 电流转换器的电流值1（mA，例如U）
- 电流转换器的电流值2（mA，例如V）
- 计算U相与V相之间的绝对差值
- 得到电流差（mA）
计算三相的平均电流
为了能够指示电流不对称性的百分比%，需要首先通过确定三相的平均值来得到100%的基础值。
平均电流 = （电机电流U + 电机电流V + 电机电流W）/3
- 电流值U（mA）
- 电流值V（mA）
- 电流值W（mA）
- 将电流值U和V相加
- 再加上电流值W
- 相数（常数）= 3
- 将总电流除以相数
- 得到平均电流（mA）
计算电流不对称性
电流不对称性百分比根据电流差（U-V、V-W和W-U）和所有三相的平均电流推导而来。在该应用案例中，创建限值时需要用到该值。
电流不对称性 = （∆电机电流）/（平均电流）* 100%
- 电流差U – V（单位为mA）
- 平均电流U - V – W
- 将电流差除以平均电流
- 常数100%
- 将电流差与平均电流的比值乘以100%
- 将结果四舍五入到小数点后一位
- 得到电流不对称性的百分比值
