浅谈电机传感器信号的转换

钱晓骏

摘 要：以供水企业的大型电机作为研究对象，针对大型电机自有的传感器，阐述电机传感器检测的存在意义；针对自动化泵站的推进，利用大型电机自有传感器进行PLC采样存在的问题，提出传感器信号转换的设想，对方案进行对比，分析，并结合实际使用状况进行方案优化。

关键词：电机；传感器；PLC采样

中图分类号：TM921 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）32-0074-02

1 概 述

随着城市集约化供水的推进和水厂无人值班或少人值守工作的展开，对水厂的生产运行和管理提出了新的要求，也对水厂自动化技术提出了更高的要求。泵站自动化主要由数据采集、数据分析、控制执行、数据刷新等四部分组成，其中数据采集是自动化系统提供泵站所有基础数据，诸如温度、压力等；作为PLC系统分析判断的依据，需要把原有设备检测数据提供转换给计算机监控系统并用于分析，尤其是提供城市供水管网压力的大型机泵。

2 检测的意义

2.1 概 况

三相异步电机在对称三相定子绕组中通入对称的三相交流电，建立有一定极数、一定大小、空间分布接近正弦波的旋转磁场；电机在运行过程中需通入适当的电流，则电机定子温度将上升最终达到一个稳定值，但若通过的定子电流长时间过高或超过额定值易造成定子绝缘损坏，定子温度急剧升高将缩短电机使用寿命，因此电机定子温度关系着大型异步电机正常运行。

对旋转电机来说，轴承是电机不可或缺的部分，其一为支承轴及转子组件并保持其轴线的旋转精度，其二为减少转子与定子支承件之间的摩擦和磨损。轴承性能和寿命直接影响到电机的性能和寿命，而其温度反映着电机机械部分在运行过程中轴承配合度与偏心、润滑油状况。

在运行过程中大型异步电机会产生大量的热量，尤其是电机定子、轴承。定子绕组的散热通过电机外加空空冷却器来降温，由空空冷却器吸入冷空气来帮助定子绕组降低温度；对于轴承的散热是通过间接散热的方式，使轴承浸入裝填润滑油的油缸内且在油缸内壁添加冷却水盘向管，把轴承的热量传递给油缸内的润滑油，再由盘向管内的冷却水帮助润滑油降温。

2.2 检测的必要性

为了确保电机能正常运行，保证在降温措施下定子与轴承的温度在合理的范围内，需要对定子与轴承进行实时温度检测。定子与轴承监测是通过电机出厂配置的Pt100热电阻输出，Pt100的阻值跟温度的变化成正比，当Pt100温度为0℃时它的阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即

Rt=Rt0[1+α（t-t0）]

式中，Rt为温度t时的阻值；

Rt0为温度t0（通常t0=0 ℃）时对应电阻值；

α为温度系数。

基于热电阻的阻值低，为了避免测量误差，确保精度采取了温度补偿措施，使用了三线制的铂热电阻，然后在温度数显表上显示定子与轴承的温度，通过人工观察记录温度。

轴承的降温是通过润滑油的热交换来进行的，电机内的润滑油不仅起轴承降温作用，还能减小电机运行中轴承的摩擦，但加注过多的润滑油会导致轴承散热效果不佳，加注过少会导致轴承磨损加剧，因此轴承油位也是决定轴承温度大型电机运行正常的参考数据，通过人工定时定点检测油杯液面位置。

3 数据采样

3.1 PLC采样存在的问题

泵站自动化意味着尽可能少的人工介入设备采样分析，能极大节省劳动力和减少人为的感官误差，而以往通过人工观察检测各检测点已不合适，应运用PLC相关模块或通过转换使PLC能采集数据。

在定子与轴承的温度采集上，完全可由PLC的温度输入模块来采集，提供给PLC监控系统分析判断。在电机轴承油缸油位取样采集上，电机无信号线以供仪表输出，无法直接通过PLC模块来采集油缸油位数据，需要通过改造把油缸油位数据直接转换成PLC能采集的数据。

3.2 原因分析及相应对策

PLC输入模块有开关量输入与模拟量输入模块，模拟量是表示在一定范围内连续变化的任意取值，通常用于采集和表示电压电流、频率或液位等参数。

针对电机油缸油位的变化，可运用模拟量输入模块能详细体现油缸油位及其连续变化，但在具体使用中需要对大型电机加装液位传感器和变送器、更换双绞线屏蔽线路，使用性价比不高；在实际使用中，针对电机油缸油位在合理区间内即可，无需过程中的油位数据输入，而使用开关量输入模块，只需设定油缸油位的上下两极限位置，当油缸油位到达极限位置向PLC输入信号即可，因此选用开关量输入模块向PLC提供采样数据。

基于电机轴承油缸油位取样采集上，电机无信号线以供输入，我们应用ZWX型轴承油位信号器来转换，其中轴承油位信号器有呼吸孔，使油位信号器内外通气、气压相同，确保信号器内的油位与电机轴承油缸油位基准高度保持一致；其次还有高油位限位与低油位限位信号两组信号输出接点，可提供给PLC开关量输入模块。

轴承油位信号器是由接线盒、磁控开关及磁性浮子等组成；高、低限位磁控开关置于测杆内部，磁性浮子以测杆为轴，随液面上下移动。

根据磁控开关的特性，当遇到磁性物质，磁控开关内的常开触点闭合形成导通状态；远离磁性物质，则磁控开关恢复常开状态。由于磁性浮子具有永久磁环带强磁性，磁性浮子浮于轴承油杯液面；当轴承油位液面逐渐升高，浮子也随液面向上升高，当接近高油位限位时，高油位限位磁控开关受磁性浮子磁性作用而闭合，高油位限位接点导通，轴承油位信号器输出高油位限位信号；

反之，当轴承油位液面逐渐降低，浮子也随液面向下降低，当接近低油位限位时，低油位限位磁控开关受磁性浮子磁性作用而闭合，低油位限位接点导通，轴承油位信号器输出低油位限位信号；当轴承油位液面处于高低油位限位区间内时，磁性浮子远离磁控开关，轴承油位信号器无信号输出；当轴承油位液面处于高于油位高限位、低于油位低限位时，由于磁性浮子远离磁控开关，导致磁控开关复位断开，则轴承油位信号器会无信号输出。

因磁控开关不能自保持的特性及轴承信号器接点输出为有源信号，不能直接供PLC开关量输入模块使用，需要使信号器输出能保持的无源接点输出。

大型异步电机有上、下轴承油缸一组，使用两个轴承油位信号器分别监控上、下轴承油位，通过轴承油位信号器输出信号来驱动外接信号继电器并保持信号不变，运用信号继电器的电气隔离转换，把油位信号器有源信号转变为PLC采集需要的无源信号，经过PLC监控系统采样、分析、判断，给值守人员相应的警告提示；同时外接信号继电器得到油位报警信号也能运用自带的常开触点来驱动机旁控制箱上的油位故障警示灯，以供值守人员在现场也能发现、操作处置轴承油位问题。

3.3 完善方案

结合泵站无人或少人化值守与实际工况环境，我们把轴承油位状态作为允许开启机泵的必要条件之一，把轴承油位报警信号接入机泵控制回路中，如图1所示。为机泵安全运行作出坚实的保障。

若在开启机泵过程中出现任意轴承油位报警的信号，则在手动、自动启动机泵模式都无法启动机泵，必须人工详细检查电机轴承油位后确认处于正常状态下方可开启机泵。若在机泵运行过程中出现高油位限位或低油位限位报警，则在PLC主控界面出现详细油位点报警及在相应机旁控制箱指示灯显示报警点，运行值班人员可根据轴承油位实际情况继续运行或关停机泵。

参考文献：

[1] 张振国，方承远.工厂电气与PLC控制技术[M].北京：机械工业出版社，

2012.

[2] 严钟豪，谭祖根.非电量电测技术[M].北京：机械工业出版社，2012.