淺談電機傳感器信號的轉換

錢曉駿

摘 要：以供水企業的大型電機作為研究對象，針對大型電機自有的傳感器，闡述電機傳感器檢測的存在意義；針對自動化泵站的推進，利用大型電機自有傳感器進行PLC采樣存在的問題，提出傳感器信號轉換的設想，對方案進行對比，分析，并結合實際使用狀況進行方案優化。

關鍵詞：電機；傳感器；PLC采樣

中圖分類號：TM921 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）32-0074-02

1 概 述

隨著城市集約化供水的推進和水廠無人值班或少人值守工作的展開，對水廠的生產運行和管理提出了新的要求，也對水廠自動化技術提出了更高的要求。泵站自動化主要由數據采集、數據分析、控制執行、數據刷新等四部分組成，其中數據采集是自動化系統提供泵站所有基礎數據，諸如溫度、壓力等；作為PLC系統分析判斷的依據，需要把原有設備檢測數據提供轉換給計算機監控系統并用于分析，尤其是提供城市供水管網壓力的大型機泵。

2 檢測的意義

2.1 概 況

三相異步電機在對稱三相定子繞組中通入對稱的三相交流電，建立有一定極數、一定大小、空間分布接近正弦波的旋轉磁場；電機在運行過程中需通入適當的電流，則電機定子溫度將上升最終達到一個穩定值，但若通過的定子電流長時間過高或超過額定值易造成定子絕緣損壞，定子溫度急劇升高將縮短電機使用壽命，因此電機定子溫度關系著大型異步電機正常運行。

對旋轉電機來說，軸承是電機不可或缺的部分，其一為支承軸及轉子組件并保持其軸線的旋轉精度，其二為減少轉子與定子支承件之間的摩擦和磨損。軸承性能和壽命直接影響到電機的性能和壽命，而其溫度反映著電機機械部分在運行過程中軸承配合度與偏心、潤滑油狀況。

在運行過程中大型異步電機會產生大量的熱量，尤其是電機定子、軸承。定子繞組的散熱通過電機外加空空冷卻器來降溫，由空空冷卻器吸入冷空氣來幫助定子繞組降低溫度；對于軸承的散熱是通過間接散熱的方式，使軸承浸入裝填潤滑油的油缸內且在油缸內壁添加冷卻水盤向管，把軸承的熱量傳遞給油缸內的潤滑油，再由盤向管內的冷卻水幫助潤滑油降溫。

2.2 檢測的必要性

為了確保電機能正常運行，保證在降溫措施下定子與軸承的溫度在合理的范圍內，需要對定子與軸承進行實時溫度檢測。定子與軸承監測是通過電機出廠配置的Pt100熱電阻輸出，Pt100的阻值跟溫度的變化成正比，當Pt100溫度為0℃時它的阻值為100歐姆，在100℃時它的阻值約為138.5歐姆。金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關系式表示，即

Rt=Rt0[1+α（t-t0）]

式中，Rt為溫度t時的阻值；

Rt0為溫度t0（通常t0=0 ℃）時對應電阻值；

α為溫度系數。

基于熱電阻的阻值低，為了避免測量誤差，確保精度采取了溫度補償措施，使用了三線制的鉑熱電阻，然后在溫度數顯表上顯示定子與軸承的溫度，通過人工觀察記錄溫度。

軸承的降溫是通過潤滑油的熱交換來進行的，電機內的潤滑油不僅起軸承降溫作用，還能減小電機運行中軸承的摩擦，但加注過多的潤滑油會導致軸承散熱效果不佳，加注過少會導致軸承磨損加劇，因此軸承油位也是決定軸承溫度大型電機運行正常的參考數據，通過人工定時定點檢測油杯液面位置。

3 數據采樣

3.1 PLC采樣存在的問題

泵站自動化意味著盡可能少的人工介入設備采樣分析，能極大節省勞動力和減少人為的感官誤差，而以往通過人工觀察檢測各檢測點已不合適，應運用PLC相關模塊或通過轉換使PLC能采集數據。

在定子與軸承的溫度采集上，完全可由PLC的溫度輸入模塊來采集，提供給PLC監控系統分析判斷。在電機軸承油缸油位取樣采集上，電機無信號線以供儀表輸出，無法直接通過PLC模塊來采集油缸油位數據，需要通過改造把油缸油位數據直接轉換成PLC能采集的數據。

3.2 原因分析及相應對策

PLC輸入模塊有開關量輸入與模擬量輸入模塊，模擬量是表示在一定范圍內連續變化的任意取值，通常用于采集和表示電壓電流、頻率或液位等參數。

針對電機油缸油位的變化，可運用模擬量輸入模塊能詳細體現油缸油位及其連續變化，但在具體使用中需要對大型電機加裝液位傳感器和變送器、更換雙絞線屏蔽線路，使用性價比不高；在實際使用中，針對電機油缸油位在合理區間內即可，無需過程中的油位數據輸入，而使用開關量輸入模塊，只需設定油缸油位的上下兩極限位置，當油缸油位到達極限位置向PLC輸入信號即可，因此選用開關量輸入模塊向PLC提供采樣數據。

基于電機軸承油缸油位取樣采集上，電機無信號線以供輸入，我們應用ZWX型軸承油位信號器來轉換，其中軸承油位信號器有呼吸孔，使油位信號器內外通氣、氣壓相同，確保信號器內的油位與電機軸承油缸油位基準高度保持一致；其次還有高油位限位與低油位限位信號兩組信號輸出接點，可提供給PLC開關量輸入模塊。

軸承油位信號器是由接線盒、磁控開關及磁性浮子等組成；高、低限位磁控開關置于測桿內部，磁性浮子以測桿為軸，隨液面上下移動。

根據磁控開關的特性，當遇到磁性物質，磁控開關內的常開觸點閉合形成導通狀態；遠離磁性物質，則磁控開關恢復常開狀態。由于磁性浮子具有永久磁環帶強磁性，磁性浮子浮于軸承油杯液面；當軸承油位液面逐漸升高，浮子也隨液面向上升高，當接近高油位限位時，高油位限位磁控開關受磁性浮子磁性作用而閉合，高油位限位接點導通，軸承油位信號器輸出高油位限位信號；

反之，當軸承油位液面逐漸降低，浮子也隨液面向下降低，當接近低油位限位時，低油位限位磁控開關受磁性浮子磁性作用而閉合，低油位限位接點導通，軸承油位信號器輸出低油位限位信號；當軸承油位液面處于高低油位限位區間內時，磁性浮子遠離磁控開關，軸承油位信號器無信號輸出；當軸承油位液面處于高于油位高限位、低于油位低限位時，由于磁性浮子遠離磁控開關，導致磁控開關復位斷開，則軸承油位信號器會無信號輸出。

因磁控開關不能自保持的特性及軸承信號器接點輸出為有源信號，不能直接供PLC開關量輸入模塊使用，需要使信號器輸出能保持的無源接點輸出。

大型異步電機有上、下軸承油缸一組，使用兩個軸承油位信號器分別監控上、下軸承油位，通過軸承油位信號器輸出信號來驅動外接信號繼電器并保持信號不變，運用信號繼電器的電氣隔離轉換，把油位信號器有源信號轉變為PLC采集需要的無源信號，經過PLC監控系統采樣、分析、判斷，給值守人員相應的警告提示；同時外接信號繼電器得到油位報警信號也能運用自帶的常開觸點來驅動機旁控制箱上的油位故障警示燈，以供值守人員在現場也能發現、操作處置軸承油位問題。

3.3 完善方案

結合泵站無人或少人化值守與實際工況環境，我們把軸承油位狀態作為允許開啟機泵的必要條件之一，把軸承油位報警信號接入機泵控制回路中，如圖1所示。為機泵安全運行作出堅實的保障。

若在開啟機泵過程中出現任意軸承油位報警的信號，則在手動、自動啟動機泵模式都無法啟動機泵，必須人工詳細檢查電機軸承油位后確認處于正常狀態下方可開啟機泵。若在機泵運行過程中出現高油位限位或低油位限位報警，則在PLC主控界面出現詳細油位點報警及在相應機旁控制箱指示燈顯示報警點，運行值班人員可根據軸承油位實際情況繼續運行或關停機泵。

參考文獻：

[1] 張振國，方承遠.工廠電氣與PLC控制技術[M].北京：機械工業出版社，

2012.

[2] 嚴鐘豪，譚祖根.非電量電測技術[M].北京：機械工業出版社，2012.