电机振动在线监测系统解决方案

钛能科技根据多年来的状态监测实践，针对电机故障研发出了一套电机振动在线监测系统解决方案，对全面推动我司电机状态监测工作深入开展发挥了重要作用。

1. 引言

电机是现代工业生产中的重要电气设备，是现代工业生产的重要物质和技术基础，广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保等各个行业。各种电机设备的技术水平和运行状况是影响一个工业企业各项经济技术指标的重要因素，电机故障会对企业生产运营造成严重影响。一般说来，电机故障约有 60%-70%是通过振动和由振动辐射出的噪声反映出来的，因此现场应用中，振动监测技术是应用比较普遍的故障诊断方法。

电机振动主要由电枢不平衡、电磁力、轴承磨损、转轴弯曲和安装不良使电机与负载机械的轴心线不对中或倾斜等原因引起的。电机振动三个基本参数，分别是振幅、频率和相位。其中振幅可用位移、速度和加速度来表示。在测量过程中我们一般对高频故障（如滚动轴承、齿轮箱故障等）或高速设备进行测量时，应选加速度为参考量；在对低频故障（如不平衡、不对中等）或低速设备测量时，应选位移为参考量；而在进行振动的总体状态测量时，选速度为参考量。电机振动大小必须要满足国家的电机振动标准，否则会造成很严重的后果。

要做好电机振动的监测诊断，首先要对诊断对象做全面的了解以及必要的机理分析，比如: 机器的结构和动态特性（齿轮与轴承规格、特征频率等），机器的相关机件连接情况（如动力源、基座等），机器的运行条件（如温度、压力、转速）及维修技术（如故障、维修、润滑、改造），异常振

动的形态和特性。

2. 解决方案

2.1 方案概述

钛能科技根据已有的技术规范，在对钢铁、石化、水泥客户广泛深入调研的基础之上，结合自身多年来的技术积累，精心开发了电机振动在线监测系统，受到了客户的肯定和好评。

钛能科技电机振动在线监测系统依托先进的物联网传感技术，通过测定电机设备特征参数（如振动加速度、速度、位移等），计算并存储设备的运行参数，自动生成日数据库、历史数据库及报警库。将特征参数值与设定值进行比较，来确定设备当前是处于正常、异常还是故障状态，设备一旦出现异常或者故障，及时报警通知运行管理人员。尽可能多的采集故障信息，从而获得设备的状态变化规律，预测设备的运行发展趋势，帮助用户查找产生故障的原因，识别、判断故障的严重程度，

为科学检修提供指导。

2.2 引用标准

1) GB/T 29531-2013《泵的振动测量与评价方法》

2) GB 4832-1984《大电机振动测定方法》

3) GB/T 10068.2-1988《旋转电机振动测定方法及限值振动限值》

4) GB14711-93《中小型旋转电机安全通用要求》

5) GB/T 33904-2017《工业物联网仪表服务协议》

6) GB/T 34072-2017《物联网温度变送器规范》

2.3 方案介绍

钛能科技电机振动在线监测系统，采用了模块化设计，包括数据采集单元、通讯单元（无线、有线）、数据计算与存储单元、状态显示与报警单元和诊断分析与报表单元。这些模块既可以组建全程无线监测系统、也可以组建无线＋有线监测系统，由用户根据现场环境和自身需求灵活选用。系统具有标准的网络接口，传输距离无限扩展，支持跨平台操作系统，设计界面友好，数据文件管理科学有效。

图 1 系统架构图

数据采集

电机振动在线监测系统的关键在于数据采集获取，为此我们选用动态特性好、频响范围宽、工

作温度量程大、多场合使用、测量范围宽、信号分辨率高、响应速度快、抗干扰能力强、不受油污介质影响的传感器，为电机振动在线监测系统可靠运行打下了坚实的基础。

●通讯层

电机监测点传感器采集的信息，在通讯层通过状态变送器、中继器（可选）、接收器上传数据。变送器数据无线传输到中继器，经过中继器（可选）接力到接收器，接收器通过 2G/4G 网络上传数据到服务器，整体架构完全无需布线，降低用户通讯组网的施工成本与改造时间。

●应用平台系统

将数据采集体系采集到的数据，输入至系统进行结果分析和推算。分析中需要用到的行业经验数据等参考数据，系统自动从专家数据库提取，最后形成用户使用数据。需要指出的是，对于关键重要设备，为了及时发现机组的突发故障和潜在隐患，必须采用实时监测分析系统。利用每个通道内置的 DSP 实时处理系统，实时不丢点的对所有数据进行分析处理。

2.4 基本功能

电机振动在线监测系统，可以实现电机设备的温度、振动、轴承状态进行自动监测，运行可靠、使用便捷，实时反映设备的运行状态，为异常设备的故障诊断提供可靠的数据和方便的分析手段，其技术性、可靠性、经济性取代了传统的人工巡检方式，实现了工业企业大量电机设备的在线监测，将企业的设备管理水平提升到新的高度。

●设备监测

设备监测图，显示设备测点名称、测点位置、当前监测数据。

图 2 设备监测图

●趋势分析

趋势分析包括振动、包络、轴位移或者其他参数随时间的变化趋势。可以切换显示振动的通频、1 倍频幅值相位、2 倍频幅值相位等特征值的趋势。可同时显示单个测点或者多个测点的振动趋势。

图 3 测点趋势图

●波形分析

可设定任意时间段的趋势图，波形图显示趋势图光标所在位置的振动波形，以趋势为导航，定位到需要分析的数据，趋势导航可打开或者关闭。

图 4 振动波形图

●波形频谱分析

可设定任意时间段的趋势图，同时显示光标所在位置的波形图和频谱图，以趋势为导航，定位到需要分析的数据组，趋势导航可关闭或者打开。

图 5 振动波形与频谱图

3. 应用案例

案例 1：某油田采油厂 2#离心泵泵端振动超标，日常运行振动在 6 个烈度以上，对应频谱图如图 6 所示，分析认为存在“跑套”现象，与现场负责人员交流，得出结论：泵长期运行，导致泵轴磨损，与轴承配合间隙严重超标导致。

图 6 采油厂振动烈度频谱图

案例 2：离心泵振动值逐渐上升，趋势图信息如图 7、8 所示，主要频率为 125Hz，对应叶片通过频率，检查为管道堵塞，流通不畅。

图 7 离心泵振动值超标设备图

图 8 离心泵振动值超标波形图

案例 3：螺杆压缩机，2985rpm,垂直方向振动大，主要频率成分为 200Hz，对应螺杆啮合频率，现场诊断发现为基础共振。如图 9、10 所示。

图 9 螺杆压缩机垂直方向振动案例

图 10 螺杆压缩机垂直方向振动案例

案例 4：多级离心泵，2985rpm,电机垂直方向振动大，主要频率成分为 50Hz 工频，泵端振动正常，分析认为电机部分基础刚度不足，现场检查为支撑框架开裂，如图 11、12 所示。

图 11 多级离心泵垂直方向振动案例

图 12 多级离心泵垂直方向振动案例

4. 客户价值

1) 通过对电机振动的基本参数（比如振幅、频率和相位等）进行采集、分析，用户能够远程实时掌握电机设备的状态信息。系统界面友好，操作方便，注重用户体验，电机状态信息一目了然，能够帮助用户提高电机的运维管理水平。

2) 当生产设备有突发状况或者异常时，系统能够及时有效的回应，并根据系统设置决定停机或者报修，有效延长机器寿命，大幅减少维护成本。

3) 完整记录各种生产信息，不但可以提供生产效能及过程分析，还可以为制造执行系统提供有效的信息，优化生产调度管理过程，提高企业生产效益。

4) 根据即时的设备运行状况，构建有效的动态预防保养策略，可以确保良好的设备运行状态，保证设备的可靠性。