用于參數(shù)賦值、故障診斷和生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的fdt/dtm軟件
機(jī)床設(shè)備中的一個(gè)重要電氣參數(shù)就是電動(dòng)機(jī)的有效功率。利用phoenix contact公司的contactron電動(dòng)機(jī)管理器，就可以對(duì)這一參數(shù)進(jìn)行的監(jiān)控，較高的超負(fù)荷和低負(fù)載運(yùn)行狀況能夠馬上被這一儀器察覺(jué)到。由于電動(dòng)機(jī)管理器能夠在電機(jī)發(fā)生故障停機(jī)之前及時(shí)發(fā)出報(bào)警和維護(hù)保養(yǎng)的提示，從而能夠有效地對(duì)機(jī)床設(shè)備起到保護(hù)作用，使機(jī)床設(shè)備的可用性明顯提高。
在工業(yè)應(yīng)用中，一般都用電動(dòng)機(jī)來(lái)啟動(dòng)生產(chǎn)。一般情況下，它都由按照過(guò)電流時(shí)間長(zhǎng)短而發(fā)揮保護(hù)作用的電動(dòng)機(jī)電流保護(hù)器進(jìn)行保護(hù)；或者由根據(jù)負(fù)載大小進(jìn)行過(guò)載保護(hù)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)開關(guān)進(jìn)行保護(hù)。但是，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的冷卻風(fēng)扇反轉(zhuǎn)時(shí)，或者冷卻器堵塞、無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常的冷卻時(shí)，電動(dòng)機(jī)又會(huì)如何？
電流監(jiān)控往往不足
毫無(wú)疑問(wèn)：當(dāng)電動(dòng)機(jī)的溫度升高到一定的臨界值之后，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的失效損壞。作為解決方法，可以在電動(dòng)機(jī)的繞組中安裝一個(gè)熱敏電阻，并將這一熱敏電阻與能夠在電動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高時(shí)切斷電動(dòng)機(jī)電流的控制開關(guān)連接在一起。熱敏電阻和溫控開關(guān)兩者共同構(gòu)成了電動(dòng)機(jī)的全面保護(hù)。然而，這一保護(hù)方案對(duì)其后續(xù)的機(jī)械設(shè)備或者機(jī)械結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有一點(diǎn)保護(hù)作用，不能避免它們?cè)趜ui糟糕的工作情況下仍然出現(xiàn)失效的情況。
圖1 帶有運(yùn)行功率檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)管理器：對(duì)電動(dòng)機(jī)和機(jī)床設(shè)備進(jìn)行保護(hù)
電動(dòng)機(jī)失效的主要原因是：許多用戶為減少庫(kù)存，儲(chǔ)備的電動(dòng)機(jī)變型品種太少。在實(shí)踐中，大約90%的電動(dòng)機(jī)的工作負(fù)荷只達(dá)到了額定功率的40%～60%，都不在其*工作特性范圍內(nèi)工作。而這些電動(dòng)機(jī)的過(guò)電流保護(hù)裝置是按照電動(dòng)機(jī)銘牌上的額定功率進(jìn)行設(shè)置的，是按照電動(dòng)機(jī)在*工作特性范圍內(nèi)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置的。當(dāng)負(fù)載有所變化時(shí)，即使是很小的變化，也會(huì)在功率因數(shù)和效率中反映出來(lái)；電動(dòng)機(jī)電流的變化幾乎保持不變。盡管如此，機(jī)械裝置仍然可能過(guò)載，而純電流監(jiān)控系統(tǒng)中卻不會(huì)顯示問(wèn)題。這就會(huì)給機(jī)床設(shè)備帶來(lái)嚴(yán)重的后果：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械裝置嚴(yán)重受損，代價(jià)昂貴。
檢測(cè)有效功率以提高對(duì)機(jī)床設(shè)備的保護(hù)
phoenix contact公司研發(fā)生產(chǎn)的contactron系列電動(dòng)機(jī)管理器帶有有效功率采集器，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)和機(jī)床設(shè)備進(jìn)行保護(hù)（圖1）。由于在電動(dòng)機(jī)的整個(gè)功率范圍內(nèi)只有有效功率是線性變化的，因此可以通過(guò)這種線性變化隨時(shí)獲知電動(dòng)機(jī)輸出扭矩的大小。另一方面，只有在過(guò)電流和低負(fù)載時(shí)的功率因數(shù)這兩個(gè)參數(shù)能夠?qū)﹄妱?dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)。電動(dòng)機(jī)管理器對(duì)所有的變量參數(shù)都進(jìn)行監(jiān)控，例如：電流、電壓和功率因數(shù)；并在6.6ms后根據(jù)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)計(jì)算出有效功率，從而也能夠確定那些時(shí)間很短的負(fù)載變化情況。
圖2 有效管理p適合于識(shí)別各種工況下的負(fù)載
按照這種監(jiān)控方法，能夠很快地發(fā)出報(bào)警信息，或者切斷機(jī)床設(shè)備的動(dòng)力電源。檢測(cè)到的、可以繪制出電動(dòng)機(jī)運(yùn)行曲線的數(shù)據(jù)，真實(shí)地反映了機(jī)床設(shè)備的工作狀況；清楚地顯示了與理論觀察數(shù)據(jù)或者理論計(jì)算數(shù)據(jù)之間的差異。利用這種contactron電動(dòng)機(jī)管理器，所有安裝在電動(dòng)機(jī)之后的機(jī)床設(shè)備部件和儀器，例如軸承、機(jī)械部件等的有效功率都能被一同考慮在內(nèi)并顯示出來(lái)，并能夠快速地給予安全保護(hù)（圖2）。與純粹的電流保護(hù)相比較，基于有效功率的監(jiān)控也能夠在低負(fù)荷時(shí)起到安全保護(hù)的作用，例如泵的失油運(yùn)行等，完成長(zhǎng)期以來(lái)需要輔助使用有效功率監(jiān)控器才能完成的任務(wù)。
保存下來(lái)的啟動(dòng)運(yùn)行曲線屬于設(shè)備運(yùn)行狀況的重要資料，因?yàn)榭梢宰鳛樵O(shè)備老化、污垢程度或者磨損狀況的參考資料使用。利用這一曲線，可以準(zhǔn)確地確定所有的監(jiān)控參數(shù)、監(jiān)控的上下極限值以及與這些極限值對(duì)應(yīng)的報(bào)警、提示或者切斷供電、參數(shù)賦值等信息。該管理器的參數(shù)賦值是利用dtm（設(shè)備類型管理器）軟件進(jìn)行的，利用這一電動(dòng)機(jī)管理器可以與fdt（現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工具），例如phoenix contact公司的自動(dòng)化管理軟件automationxplorer兼容。利用這種方式，電動(dòng)機(jī)管理器就可以統(tǒng)一、穩(wěn)定地集成到各種工程技術(shù)工具或者控制系統(tǒng)之中。
圖3 簡(jiǎn)單而又快速地在t-bus連接件卡槽中實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的連接
只有有效功率允許對(duì)機(jī)床設(shè)備的上、下極限負(fù)載的整個(gè)范圍進(jìn)行監(jiān)控。作為機(jī)床設(shè)備的保護(hù)開關(guān)，它保障了機(jī)床設(shè)備具有很高的可用性，從而也保障了很高的生產(chǎn)能力。利用其有效功率監(jiān)控功能，使其能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)使用過(guò)程中的故障和干擾，從而避免設(shè)備停機(jī)故障。作為技術(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算的基礎(chǔ)，依據(jù)的都是電氣數(shù)據(jù)：把電動(dòng)機(jī)兼做傳感器使用而得到的電氣數(shù)據(jù)。費(fèi)時(shí)費(fèi)力的附加傳感器，甚至是價(jià)格昂貴的傳感器，例如壓力傳感器、流量傳感器或者壓差傳感器等都可以省略。其他的電氣參數(shù)，例如不同檔位的工作時(shí)間、機(jī)床設(shè)備的總工作時(shí)間以及使用的能源等，都可以在優(yōu)化維護(hù)保養(yǎng)的同時(shí)進(jìn)行采集。
利用電動(dòng)機(jī)供電電纜輕松方便進(jìn)行補(bǔ)裝
利用集成電流轉(zhuǎn)換器的電動(dòng)機(jī)管理器，可以直接對(duì)16a電流的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，無(wú)需占用太多空間就能完成安裝。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的電流更大時(shí)，可以使用一個(gè)專門的模塊，結(jié)合外置式的電流轉(zhuǎn)換器就能對(duì)各個(gè)功率檔次的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)控了。因此，利用這一儀器對(duì)電動(dòng)機(jī)和機(jī)床設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控就變得非常簡(jiǎn)單了：所利用的僅僅是給電動(dòng)機(jī)供電的電纜。這樣，在現(xiàn)有設(shè)備中補(bǔ)充裝配這種電動(dòng)機(jī)管理器也是有可能的，今后也就能為用戶提供的機(jī)床設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)了。
三相電負(fù)載的切斷由專門的機(jī)械繼電器或者由contactron系列無(wú)磨損并利用電機(jī)管理器模塊數(shù)字輸出端進(jìn)行供電、斷電控制的半導(dǎo)體繼電器來(lái)完成。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)管理器提供了對(duì)泵、控制臺(tái)或者切削加工機(jī)床的安全監(jiān)控和保護(hù)，并對(duì)各個(gè)設(shè)備所需的電力能源進(jìn)行評(píng)估。在這一監(jiān)控過(guò)程中，無(wú)論電機(jī)管理器是自主供電還是利用現(xiàn)場(chǎng)總線供電，都能很好地完成這一任務(wù)。
在phoenix contact公司研發(fā)生產(chǎn)的、符合dpv1技術(shù)規(guī)范（en 50170）認(rèn)證的profibus現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)關(guān)的幫助下，可以將zui大32個(gè)電動(dòng)機(jī)管理器模塊簡(jiǎn)單方便地安裝在連接件t-bus的卡槽上就可以實(shí)現(xiàn)相互間的通訊了（圖3），無(wú)需繁雜的布線。與市場(chǎng)上常見的其他解決方案相比，這一方案能夠明顯減少投資費(fèi)用，節(jié)約電氣柜中的安裝空間。所有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)都可通過(guò)fdt/dtm傳輸?shù)缴弦患?jí)的控制系統(tǒng)，由上一級(jí)控制系統(tǒng)進(jìn)行處理。除此以外，profibus現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)關(guān)還支持故障-安全功能：通過(guò)dtm的參數(shù)賦值可以對(duì)profibus現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中的故障和錯(cuò)誤施加影響，進(jìn)行安全保護(hù)性的斷電控制。另外，這種儀器設(shè)備還帶有數(shù)字式i/o端子，可以與其他元器件進(jìn)行。在profibus dpv1系統(tǒng)中進(jìn)行的網(wǎng)關(guān)集成可通過(guò)gsd儀器描述方法進(jìn)行賦值，所采用的fdt/dtm在電動(dòng)機(jī)管理器以及整個(gè)機(jī)床設(shè)備的參數(shù)賦值、監(jiān)控和故障診斷方面的靈活性大大提高。
contactron電動(dòng)機(jī)管理器
phoenix contact公司研發(fā)生產(chǎn)的電動(dòng)機(jī)能夠根據(jù)維護(hù)保養(yǎng)周期的要求，實(shí)現(xiàn)8種工作模式和供電狀態(tài)的轉(zhuǎn)換；結(jié)合連續(xù)的狀態(tài)監(jiān)控和很高的采樣率，保障了機(jī)床設(shè)備很高的可用性。通過(guò)簡(jiǎn)單地在電動(dòng)機(jī)供電電纜上的連接，使得電動(dòng)機(jī)也變成了一個(gè)傳感器，能夠提供各種有用的電氣參數(shù)，例如視在功率、無(wú)功功率和有效功率，電流、電壓，功率因數(shù)，開關(guān)時(shí)間，工作時(shí)間以及能源消耗等。價(jià)格昂貴的探測(cè)器、傳感器都不是必須安裝使用的元器件了。