CN105738809A - 一种电机温升与振动监测装置及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机温升与振动监测装置及其实现方法，解决了现有监测装置电机振动监测存在缺陷、监测数据不全面等问题。该电机温升与振动监测装置，包括微处理器，负责数据信息的接收及处理；电源处理模块，为装置运行供电；电机电流采集模块，将电流互感器所获得的电流转换成的电压信号进行采集和变换；电机振动与温升采集模块，采集电机振动及温度数据信息；人机交互模块，用于实现人机交互；通讯数据传输模块，将电机的监测情况上传至检测系统。本发明具有电流检测功能，可对电机过载异常，温升异常，振动异常全方位的监测。

Description

一种电机温升与振动监测装置及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种基于电机运行状态的监测装置，具体的说，是涉及一种电机温升与振动监测装置及其实现方法。

背景技术

如图1所示，现有技术中，电机运行状态的监测装置主要包含电源部分，人机交互部分，电机温度与振动监测部分和通讯数据传输。其中，电源部分用于提供电能，人机交互部分用于实现人机交互，电机温度与振动监测部分采用振动传感器和温度传感器，且装置必须在电机的外壳安装，电机的振动信息随着与装置的振动传递，进入到振动传感器；温度传感器用于测量装置的外壳温度，因为装置和电机外壳相接触安装，所以电机表壳的温度会传递到温度传感器。温度传感器测量出电机的外壳温度。

现有监测装置的工作原理如下：装置上电后，用户通过人机界面或者通讯数据传输，设置好电机的参数，装置通过安装在电机的外壳，装置会通过自身的外壳通过振动传感器获得电机振动的数据。电机外壳温度传导到装置外壳上通过温度传感器获得电机温度。微处理器通过比较用户设置的电机参数来比较电机振动是否异常，电机外壳温度是否异常。如果发生异常则会将异常信息通过通讯网络发送到监控系统和显示到人机界面，用户根据电机的振动异常或温度异常来决定是否停机检修。

现有监测装置的主要缺陷如下：电机振动监测存在缺陷，电机过载和启动时振动会自动加大，判断信息不可靠；只能单点监测电机的运行温度，无法监测电机的温升情况，因此，无法对电机温升过高时报警。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术所存在的问题，提供一种结构简单、实现方便的电机温升与振动监测装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电机温升与振动监测装置，包括：

微处理器，负责数据信息的接收及处理；

电源处理模块，为装置运行供电；

电机电流采集模块，将电流互感器所获得的电流转换成的电压信号进行采集和变换；

电机振动与温升采集模块，采集电机振动及温度数据信息；

人机交互模块，用于实现人机交互；

通讯数据传输模块，将电机的监测情况上传至检测系统。

通过上述技术手段，采用电机电流来判断电机的运行状态和振动状态，同时，可全面检测电机的绝对温度是否过高、温升是否过高、电机过载，根据结果综合诊断出电机的异常状态。

进一步的，所述电源处理模块包括整流桥和感应线圈取能处理电路，从取能盒获得到的电能先通过整流桥整流成直流电压，然后经由感应线圈取能处理电路转换。通过上述技术手段，无漏电触电危险，提高了装置的工作安全度。

进一步的，所述电源处理模块还包线性电源LDO，所述线性电源LDO为所述电源处理模块的输出。通过上述技术手段，提高了电流输出的稳定性。

进一步的，所述电机电流采集模块包括运算放大器、低通滤波器和模数转换器；电压信号通过所述运算放大器的跟随后，进入所述低通滤波器，再进入所述模数转换器，所述模数转换器输出信号至所述微处理器。通过上述技术手段，利用采集电流方式判别电机运行状态，结果精准。

进一步的，所述电机振动与温升采集模块包括采集电机工作时环境温度的环境温度传感器，以及振动温度传感器；在电机首尾的转动轴处至少分别安装有一个所述振动温度传感器；所述电机振动与温升采集模块的采集数据输出至所述微处理器。通过上述技术手段，一方面结合采集电流方式判别电机运行状态来综合判断振动异常，使判断电机异常更加符合电机本身特性，判断更可靠，更符合电机实际运行特性；另一方面，采集电机的两侧轴温和对电机工作环境温度采集，不仅可以对电机的运行温度异常情况进行进监测，也可以对电机的温升异常情况进行监测。

进一步的，所述人机交互模块采用OLED屏幕。通过上述技术手段，拓展了人机交互模块的工作温度，提高了其使用寿命。

进一步的，所述通讯数据传输模块包括射频无线通讯电路和/或RS485通讯电路。通过上述技术手段，使得电机监测数据的传输更灵活，实现更方便。

本发明还提供了电机温升与振动监测装置的实现方法，包括：

（1）通过电机电流数据信息，判断电机运行状态；

（2）结合电机运行状态和振动采集，判断电机的振动是否存在异常；

（3）通过电机的温升采集，判断电机工作是否绝对温度过高和/或温升过高；

（4）根据所述（1）—（3）的检测结果，判断电机是否处于异常状态；

其中，异常状态包括以下任意一种或多种：电机过载异常、电机振动异常、电机温度异常、电机温升异常。

通过上述技术手段，采用电机电流采集、温升、温度、振动信号的采集，综合判断电机状态，不仅实现方便，而且判断结果精确。

进一步的，所述（1）的具体方法如下：首先，采集电机运行的三相电流IA,IB,IC；其次，计算三相电流幅值大小；最后，将三相电流幅值与设定或存储的电机参数进行比较，根据比较结果得到电机运行状态；

所述（2）的具体方法如下：首先，根据电机运行状态设置电机振动异常阈值；其次，读取电机振动数据，并计算电机的振动速度；最后，比较电机的振动速度与设置的电机振动异常阈值，根据比较结果判断电机振动是否存在异常；

所述（3）的具体方法如下：首先，读取电机温度数据和环境温度数据；其次，计算温升最大值和绝对温度最大值；将计算得到的温升最大值和/或绝对温度最大值与设定阈值进行比较，若超过设定阈值，则对超过的时间进行累计，若累计时间超过设定的允许运行时间阈值，则判断电机绝对温度过高和/或温升过高。

进一步的，还包括采用电磁隔离式感应取能供电，其具体方法如下：将取能盒获得到的电能先通过整流桥整流成直流电压，然后经由感应线圈取能处理电路转换成工作所需要的电压。通过上述技术手段，无漏电触电危险，提高了装置的工作安全度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明申请采用通过采集电机电流来识别电机运行状态的方式来综合判断电机的振动异常情况，对电机振动异常判断更加准确和更加符合电机振动异常检测标准。

（2）本发明申请对电机的温度判断更合理，除了判断电机两侧轴端的绝对温度外，还通过采集环境温度来计算出两侧的轴温升情况，对电机运行温升和运行温度均进行了监测和判断，由此克服了现有技术存在的监测信息不全面的问题。

（3）本发明采用完全电磁隔离的供电方式工作，不存在和强电回路直接相连，这种供电方式安全可靠，不存在漏电和触电风险。

（4）本发明数据通讯及支持无线数据通讯又支持RS485有线数据通讯，可以根据电机使用环境来灵活的选择通讯方式，充分考虑了电机现场的工作情况。

（5）本发明具有电流检测功能，可对电机过载异常，温升异常，振动异常全方位的监测。

附图说明

图1为现有技术的系统框图。

图2为本发明的系统框图。

图3为本发明的应用方式框图。

图4为本发明的流程示意图。

图5为本发明中电机运行状态的判断逻辑示意图。

图6为本发明中电机振动状态的判断逻辑示意图。

图7为本发明中电机温升状态的判断逻辑示意图。

图8为本发明中电机异常状态的综合判断逻辑示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例1

如图2、3所示，本实施例提供了一种电机温升与振动监测装置，其主要包括五部分：（a）电源处理部分；（b）电机电流采集部分；（c）人机交互部分；（d）通讯数据传输部分；（e）温升与振动采集部分。其中，电源处理部分负责处理电源后给装置运行供电，电机电流采集部分负责将电流互感器所获得的电流转换成的电压信号进行采集和变换，人机交互部分则用于实现人机交互，温升与振动采集部分负责采集电机振动及温度数据信息，通讯数据传输部分负责将电机的监测情况、数据上传上位机、检测系统。上述所有数据的接收和处理均通过微处理器实现。

本实施例所提供的电机温升与振动监测装置相对于现有技术的区别点在：

一、振动监测方式不同

现有技术中仅通过振动信号判断电机振动是否异常，电机的振动信息随着与装置的振动传递，进入到振动传感器，采用该种方式，电机过载和启动时振动会自动加大，判断信息不可靠；本实施例所提供的电机温升与振动监测装置首先通过电机电流来判断电机的运行状态，然后，在电机运行状态已判断的前提下结合电机电流及振动信息，综合判断电机振动情况，由此对电机振动异常判断更加准确和更加符合电机振动异常检测标准。其实现的理论依据如下：电机的运行状态与电机的振动情况有着比较大的关联，如果电机处在启动和过载中，由于电机运行电流大必将导致电机的振动有所增加，因此判断电机的振动是否存在异常时，可以根据电机的运行状态来确定振动预警，其比简单依靠电机固有的振动值（现有技术）来进行判断更加准确和真实。

在本实施例中，实现振动监测由电机电流采集部分和温升与振动采集部分配合完成。其中，电机电流采集部分为电机电流采集模块，其包括运算放大器、低通滤波器和模数转换器；将IA,IB,IC的电压信号通过运算放大器的跟随后，进入到低通滤波器电路，将互感器中的高频干扰信号滤出掉，然后进入到模数转换器（ADC）中，将模拟量转换成数字量，供微处理器采集和计算。如图5所示，电机电流采集模块的工作原理如下：主要是通过采集电机的运行三相电流IA,IB,IC判断电机的运行状态，通过电机电流和存储在装置内的电机参数相比较，分别判断出电机运行状态（电机启动中，电机运行，电机过载三种）。具体的说，首先，采集电机运行的三相电流IA,IB,IC；其次，通过傅里叶算法计算三相电流幅值大小；最后，将三相电流幅值与设定或存储的电机参数进行比较，根据比较结果得到电机运行状态。

在电机运行状态确定（判断）的情况下，对本领域人员而言，就可以得知电机在该运行状态下的各项运行参数，此时，可以根据电机的运行状态设置与之匹配的电机振动的阈值，即电机振动异常预警值。然后，通过温升与振动采集部分对电机的振动进行检测，温升与振动采集部分采用温升与振动采集模块，其包括有采集电机工作时环境温度的环境温度传感器，以及振动温度传感器，其中，环境温度传感器和振动温度传感器还应用于电机温度和温升的检测中，在电机振动检测过程中，应用振动温度传感器对电机的振动信号进行采集。上述传感器均通过传感器接口连接至微处理器，本实施例中，在电机首尾的转动轴处至少分别安装有一个所述振动温度传感器。如图6所示，首先，根据电机运行状态设置电机振动异常阈值；其次，读取电机振动数据（振动温度传感器），并计算电机的振动速度；最后，比较电机的振动速度与设置的电机振动异常阈值，根据比较结果判断电机振动是否存在异常。

通过上述技术手段代替了现有的单依靠电机固有的振动值来进行判断的计算手段，使得对电机振动判断更精确。

二、电机温度监测

现有技术中，温度传感器是测量装置的外壳温度，因为装置和电机外壳相接触安装，所以电机表壳的温度会传递到温度传感器，由此，温度传感器测量出电机的外壳温度，即为电机温度，该种方式导致电机温度的监测不全面，数据不合理、科学。本实施例所提供的电机温升与振动监测装置，采用环境温度传感器和振动温度传感器，其中，环境温度传感器用于检测电机工作时的环境温度，振动温度传感器分别在电机首尾两端转动轴的附近处各安装有一个，根据实际需要，也可以选择安装多个。如图7所示，两个振动温度传感器测得电机首尾传动轴的温度，经过与电机工作环境的温度计算出两处的温升，同时首尾传动轴的绝对温度信息都可以测得。根据首尾传动轴的绝对温度，温升情况可以综合判断出电机工作是否绝对温度过高或温升过高。具体的说，首先，读取电机温度数据和环境温度数据；其次，计算温升最大值和绝对温度最大值；将计算得到的温升最大值和/或绝对温度最大值与设定阈值进行比较，若超过设定阈值，则对超过的时间进行累计，若累计时间超过设定的允许运行时间阈值，则判断电机绝对温度过高和/或温升过高，根据判断结果，装置会通过人机界面或通讯指示出电机存在“电机温度异常”，提醒用户注意电机过热，指示用户是否需要停机检修。

通过上述技术手段，除了判断电机两侧轴端的绝对温度外，还通过采集环境温度来计算出两侧的轴温升情况，对电机温度的监测更合理、科学。

三、综合判断

如图4、8所示，本实施例所提供的电机温升与振动监测装置结合电流采集、振动采集和温度采集对电机的异常情况综合判断。装置通过电机的电流来判断电机电气运行状态，可以识别出电机是否过载，如果过载则进行过载异常工作告警；同时，装置通过电机运行状态和检测到的两处振动信息相结合，判断出电机振动是否异常，如果异常则报振动异常工作告警；装置通过测得环境温度和两处的绝对温度信息，可以计算出电机的两侧温升以及绝对温度，绝对温度和温升分别与电机存储的绝对温度耐受值和温升耐受值相比较，如果超过其耐受值则报温度过高异常或温升异常。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例所提供的电机温升与振动监测装置相对于现有技术的区别点还在于：

电源处理

现有的监测装置点供电方式包括：一种为电池供电方式，一种为市电AC220V输入方式。电池供电一般采用碱性电池对设备进行供电，当电池电量不足时，需要更换电池。市电输入采用开关电源（AC/DC）对装置进行供电。电池供电需要在电池能量不足时更换电池，而采用市电供电存在漏电和触电危险的缺陷。本实施例所提供的电机温升与振动监测装置采用电磁隔离式感应取能供电，通过电源处理模块实现，所述电源处理模块主要包括整流桥和感应线圈取能处理电路，其工作原理如下：将取能盒获得到的电能先通过整流桥整流成直流电压，然后经由感应线圈取能处理电路转换成工作所需要的电压。电源完全采用感应取能工作，采用完全的电磁隔离工作方式，工作安全可靠，无任何触电危险。在进一步的优选方案中，感应线圈取能处理电路采用电压钳制反馈电路，当电压高压设定电压时，自动短接输入端。当电压降低到设定值，则取消短接输入。从而使电压稳定在电压误差范围内。同时为了增加电压的稳定性，增加了线性电源LDO作为电源的最后输出。

实施例3

在实施例1的基础上，本实施例所提供的电机温升与振动监测装置相对于现有技术的区别点还在于：

人机交互部分

现有技术中，人机交互部分采用数码管（LED）方式显示，一般为字母或段码方式，只能显示一般的字母和数字，而无法显示汉字等复杂信息，同时，现有的人机交互模块在低温情况下无法使用。本实施例所提供的人机交互模块主要由按键和OLED屏幕构成，OLED是完全采用LED点阵构成的实现屏幕，具有寿命长和工作温度宽的特点。用户可以通过人机交互界面设置电机的振动、温升以及过载等设置参数，同时，还可以通过OLED查看到电机的异常告警信息，电机运行电流，电机温升数据等。

实施例4

在实施例1的基础上，本实施例所提供的电机温升与振动监测装置相对于现有技术的区别点还在于

通讯数据传输

现有技术采用的是单一的通讯传输方式，实现不便。本实施例所提供的电机温升与振动监测装置的通讯数据传输部分采用无线通讯或者RS485通讯，其中主要作用是将电机的运行电流、振动数据、温升数据以及电机异常告警灯信息通过无线通讯或者RS485输出到检测系统，使用户及时了解电机的运行状况，并可以根据电机的异常信息来决定是否停机检修。本装置采用了无线通讯和RS485两种通讯相结合方式，当电机使用环境允许（比较开阔）时，可以使用无线通讯技术，与装置进行数据通讯。当电机使用环境遮挡物较多或在封闭环境时，则可以使用RS485有线通讯方式进行数据交换。

上述实施例2-4并非仅单一实施例，本领域技术人员在理解本发明申请的前提下，还可以将之进行任一组合使用，如将实施例2-4组合构成一个进一步的优选方案，或者，将实施例2和实施例4组合构成一个进一步的优选方案，或者，将实施例3和实施例4组合构成一个进一步的优选方案。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构或方法基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电机温升与振动监测装置，其特征在于，包括：

微处理器，负责数据信息的接收及处理；

电源处理模块，为装置运行供电；

电机电流采集模块，将电流互感器所获得的电流转换成的电压信号进行采集和变换；

电机振动与温升采集模块，采集电机振动及温度数据信息；

人机交互模块，用于实现人机交互；

通讯数据传输模块，将电机的监测情况上传至检测系统。

2.根据权利要求1所述的电机温升与振动监测装置，其特征在于，所述电源处理模块包括整流桥和感应线圈取能处理电路，从取能盒获得到的电能先通过整流桥整流成直流电压，然后经由感应线圈取能处理电路转换。

3.根据权利要求2所述的电机温升与振动监测装置，其特征在于，所述电源处理模块还包线性电源LDO，所述线性电源LDO为所述电源处理模块的输出。

4.根据权利要求1所述的电机温升与振动监测装置，其特征在于，所述电机电流采集模块包括运算放大器、低通滤波器和模数转换器；电压信号通过所述运算放大器的跟随后，进入所述低通滤波器，再进入所述模数转换器，所述模数转换器输出信号至所述微处理器。

5.根据权利要求1所述的电机温升与振动监测装置，其特征在于，所述电机振动与温升采集模块包括采集电机工作时环境温度的环境温度传感器，以及振动温度传感器；在电机首尾的转动轴处至少分别安装有一个所述振动温度传感器；所述电机振动与温升采集模块的采集数据输出至所述微处理器。

6.根据权利要求1所述的电机温升与振动监测装置，其特征在于，所述人机交互模块采用OLED屏幕。

7.根据权利要求1所述的电机温升与振动监测装置，其特征在于，所述通讯数据传输模块包括射频无线通讯电路和/或RS485通讯电路。

8.根据权利要求1-7任一项所述的电机温升与振动监测装置的实现方法，其特征在于，包括：

（1）通过电机电流数据信息，判断电机运行状态；

（2）结合电机运行状态和振动采集，判断电机的振动是否存在异常；

（3）通过电机的温升采集，判断电机工作是否绝对温度过高和/或温升过高；

（4）根据所述（1）—（3）的检测结果，判断电机是否处于异常状态；

其中，异常状态包括以下任意一种或多种：电机过载异常、电机振动异常、电机温度异常、电机温升异常。

9.根据权利要求8所述的实现方法，其特征在于，所述（1）的具体方法如下：首先，采集电机运行的三相电流IA,IB,IC；其次，计算三相电流幅值大小；最后，将三相电流幅值与设定或存储的电机参数进行比较，根据比较结果得到电机运行状态；

所述（2）的具体方法如下：首先，根据电机运行状态设置电机振动异常阈值；其次，读取电机振动数据，并计算电机的振动速度；最后，比较电机的振动速度与设置的电机振动异常阈值，根据比较结果判断电机振动是否存在异常；

所述（3）的具体方法如下：首先，读取电机温度数据和环境温度数据；其次，计算温升最大值和绝对温度最大值；将计算得到的温升最大值和/或绝对温度最大值与设定阈值进行比较，若超过设定阈值，则对超过的时间进行累计，若累计时间超过设定的允许运行时间阈值，则判定电机绝对温度过高和/或温升过高。

10.根据权利要求8所述的实现方法，其特征在于，还包括采用电磁隔离式感应取能供电，其具体方法如下：将取能盒获得到的电能先通过整流桥整流成直流电压，然后经由感应线圈取能处理电路转换成工作所需要的电压。