CN106199429A - 电机在线监测装置及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机在线监测装置包含依次连接的数据测量模块(10)、数据处理模块(20)、数据采集模块(30)、上位机监测平台(40)、驱动电路模块(50)以及功率电路模块(60)。该装置的监测方法包括：利用数据测量模块实现对电机参数的获取，经数据处理模块处理后由数据采集模块对该数据进行高速采集，同时把采集数据传输到上位机监测平台，实现对电机参数的处理、显示、保存、回放以及报警停机，实现人机交互。本发明改变了传统的检测方法，运用在线监测技术，能够更加准确、实时的掌握电机的运行状态，对于电机调速系统控制策略的研究和故障的分析具有很大的价值，电机在线监测装置以及故障诊断必然成为未来发展的方向。
Description
技术领域
本发明涉及电机测控技术领域，特别涉及电机在线监测装置及其方法。
背景技术
随着电力电子技术、自动化控制技术的不断发展，电机在工业生产以及家用电器中得到了广泛的应用，在市场竞争中正逐步显示自己的优势。传统的电机在线监测装置多采用电流表、电压表、功率表等较为原始的仪表来进行测量，采用人工读数的方式进行数据的测量、记录和分析，这不仅硬件冗余，系统杂乱，而且操作极为不便，更有甚者，读数误差大，测试结果不准确。有些场合需要进行电机多种参数的监测，这样就势必会加大各种测量仪器的使用以及人力资源的投入。传统的监测方法要求监测人员具有较高的技能和水平，但是由于人为误差的不可避免，这种监测方法无法做定量分析，无法更加准确、实时的掌握电机的运行状态和故障。
发明内容
本发明提出了一种电机在线监测装置和方法，通过对扭矩、转速、各相电流、电压、温度、输入、输出功率和效率进行实时动态的监测以及对过电压、过电流、过热进行报警停机，解决现有技术中监测参数不能定量分析以及无法更加准确、实时的掌握电机运行状态和故障的技术问题。
本发明为解决上述技术问题而提供一种电机在线监测装置包括依次连接的数据测量模块、数据处理模块、数据采集模块、上位机监测平台、驱动电路模块以及功率电路模块。数据测量模块包括非热参数测量模块和热参数测量模块，其中非热参数测量模块分别与电机以及数据处理模块相连，热参数测量模块分别与功率电路模块以及数据处理模块相连，数据处理模块分别与数据采集模块以及驱动电路模块相连，驱动电路模块与功率电路模块相连，功率电路模块与电机相连，数据采集模块与上位机监测平台相连并置于上位机监测平台主板卡槽内。
所述的数据测量模块包括扭矩传感器、位置传感器、电流传感器、电压传感器、温度传感器，所述的扭矩传感器、位置传感器与数据处理模块的信号调理电路(a)相连接，所述的电流传感器、电压传感器、温度传感器与数据处理模块的信号调理电路(b)相连接，所述的位置传感器为编码器、旋转变压器或其他测速传感器。
所述的数据处理模块包括信号调理电路(a)、信号调理电路(b)、线性隔离电路、非线性隔离电路、控制器以及DAC输出电路，所述的信号调理电路(a)与非线性隔离电路相连接，非线性隔离电路与控制器相连接，信号调理电路(b)与线性隔离电路相连接，线性隔离电路与控制器相连接，控制器与DAC输出电路相连接以及驱动电路模块相连。
所述的数据采集模块为模拟量采集板卡，线性隔离电路和DAC输出电路与模拟量采集板卡相连接。
所述的上位机监测平台包括数据处理单元、故障报警单元、实时监测单元、数据保存单元、历史数据回放单元。
这种电机在线监测装置的监测方法包括以下步骤：
A.利用数据测量模块实现对电机参数的获取。其中：扭矩信号通过连接在电机轴上的扭矩传感器获取，转速信号通过安装在电机轴上的位置传感器获取，各相电流信号通过电流传感器获取，电压信号通过电压传感器获取，温度信号通过安装在功率变换电路开关管上的温度传感器获取，电机输入功率通过电压与电流计算获取，电机输出功率通过扭矩与转速计算获取，电机效率通过电机输出功率和电机输入功率计算获取；
B.获取的数据通过数据处理模块进行处理，处理后的数据通过数据采集模块进行高速采集，并把采集数据传输到上位机监测平台。其中：获取的扭矩、转速信号通过信号调理电路(a)转换成控制器可捕获的数字脉冲信号，数字量信号通过非线性隔离电路的非线性光耦实现隔离，消除干扰，隔离后的脉冲信号经控制器处理后输出到DAC输出电路；获取的各相电流、电压、温度信号通过信号调理电路(b)的信号转换，变成数据采集卡可采集的模拟电压信号，模拟电压信号通过线性隔离电路中的线性光耦实现隔离，消除干扰；数据采集模块通过采集DAC输出电路以及线性隔离电路输出的模拟电压信号来获得电机的扭矩、转速、各相电流、电压和功率变换电路上开关管的温度；
C.上位机监测平台通过调用板卡驱动程序将采集的数据由板卡FIFO缓存区传输到用户缓存区并还原成模拟电压信号，再经过故障报警单元进行故障检测，检测无故障后通过数据处理单元的相应中值滤波器进行滤波并计算出电机的输入、输出功率和效率，再通过实时监测单元、数据保存单元实现数据的在线显示和保存，保存的数据通过历史数据回放单元实现对数据的回放；
在处理电机各相电流、电压、开关管温度信号时存在过电流、过电压、过热的问题，通过在控制器中设置过电流、过电压、过热阀值，当线性隔离处理的电流、电压、温度信号超过阀值后，控制器控制DAC输出电路输出报警信号，上位机故障报警单元利用采集板卡采集来实现故障报警并停止采集。同时，控制器也立即发出关断信号，通过驱动电路的驱动来实现对功率电路的关断，从而使电机停止运行。
本发明改变了传统的检测方法，运用在线监测技术，能够更加准确、实时的掌握电机的运行状态，对于电机调速系统控制策略的研究和故障的分析具有很大的价值，电机在线监测装置以及故障诊断必然成为未来发展的方向。
附图说明
图1是本发明电机在线监测装置的结构示意图。图2是本发明电机在线监测方法的流程图。
具体实施方法
结合上述附图说明本发明的具体实施例。
本发明的电机在线监测装置如图1所示，包括依次连接的数据测量模块10、数据处理模块20、数据采集模块30、上位机监测平台40、驱动电路模块50以及功率变换模块60。数据测量模块包括非热参数测量模块和热参数测量模块，其中非热参数测量模块分别与电机以及数据处理模块相连，热参数测量模块分别与功率电路模块以及数据处理模块相连，数据处理模块分别与数据采集模块以及驱动电路模块相连，驱动电路模块与功率电路模块相连，功率电路模块与电机相连，数据采集模块与上位机监测平台相连并置于上位机监测平台主板卡槽内。
所述的数据测量模块10包括扭矩传感器11、位置传感器12、电流传感器13、电压传感器14、温度传感器15。所述的扭矩传感器11、位置传感器12与数据处理模块20的信号调理电路(a)21相连接，所述的电流传感器13、电压传感器14、温度传感器15与数据处理模块20的信号调理电路(b)22相连接，所述的位置传感器12为编码器、旋转变压器或其他测速传感器。
所述的数据处理模块20包括信号调理电路(a)21、信号调理电路(b)22、非线性隔离电路23、线性隔离电路24、控制器25以及DAC输出电路26，所述的信号调理电路(a)21与非线性隔离电路23相连接，非线性隔离电路23与控制器25相连接，信号调理电路(b)22与线性隔离电路24相连接，线性隔离电路24与控制器25相连接，控制器25与DAC输出电路26以及驱动电路模块50相连接。
所述的数据采集模块30为模拟量采集板卡31，线性隔离电路24和DAC输出电路26与模拟量采集板卡31相连接。
所述的上位机监测平台40包括数据处理单元41、故障报警单元42、实时监测单元43、数据保存单元44、历史数据回放单元45，模拟量采集板卡31与数据处理单元41和故障报警单元42相连接，数据处理单元41与实时监测单元43和数据保存单元44相连接，数据保存单元44与历史数据回放单元45相连接。
本发明的电机在线监测方法的流程图如图2所示：
步骤1：通过数据测量模块中的各传感器获取电机的在线参数。包括：扭矩、转速、各相电流、电压和开关管温度。
步骤2：将所获取的扭矩、转速信号和各相电流、电压、温度信号分别通过信号调理电路(a)和信号调理电路(b)进行滤波和信号转换。
步骤3：非线性隔离电路和线性隔离电路分别使用非线性光耦和线性光耦来隔离处理的扭矩、转速和各相电流、电压、温度信号，消除干扰。
步骤4：控制器中设置过电流、过电压、过热的阀值，当处理的电机各相电流、电压、开关管温度信号超过阀值后，控制器控制DAC输出电路输出报警信号，上位机利用模拟量采集板卡采集来实现故障报警并停止采集。同时，控制器也立即发出关断信号，通过驱动电路的驱动来实现对功率电路的关断，从而使电机停止运行。当处理的信号未超过阀值后，控制器实时计算电机的扭矩和转速，并通过DAC输出电路输出与扭矩和转速匹配的模拟电压信号。
步骤5：数据采集模块利用模拟量采集卡采集线性隔离电路以及DAC输出电路输出的模拟电压信号，并将所采集的模拟电压信号转换成数字量信号高速传输到上位机监测平台。
步骤6：上位机监测平台通过调用板卡驱动程序将采集的数据由板卡FIFO缓存区传输到用户缓存区并还原成模拟信号，再经过故障报警单元进行故障检测，检测无故障后通过数据处理单元的相应中值滤波器进行滤波并计算出电机的输入、输出功率和效率，再通过实时监测单元、数据保存单元实现数据的在线显示和保存，保存的数据通过历史数据回放单元实现对数据的回放。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有局限性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一。所以如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的同类部件或其它形式的各部件布局方式，不经创造性的设计出与该技术方案相似的技术方案与实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电机在线监测装置及其监测方法，其特征在于该监测装置包括数据测量模块(10)、数据处理模块(20)、数据采集模块(30)、上位机监测平台(40)、驱动电路模块(50)、功率电路模块(60)以及监测方法，数据测量模块包括非热参数测量模块和热参数测量模块，其中非热参数测量模块分别与电机以及数据处理模块相连，热参数测量模块分别与功率电路模块以及数据处理模块相连，数据处理模块分别与数据采集模块以及驱动电路模块相连，驱动电路模块与功率电路模块相连，功率电路模块与电机相连，数据采集模块与上位机监测平台相连并置于上位机监测平台主板卡槽内。
2.根据权利要求1所述的电机在线监测装置，其特征在于所述的数据测量模块(10)包括扭矩传感器(11)、位置传感器(12)、电流传感器(13)、电压传感器(14)、温度传感器(15)，所述的扭矩传感器(11)、位置传感器(12)与数据处理模块(20)的信号调理电路(a)(21)相连接，所述的电流传感器(13)、电压传感器(14)、温度传感器(15)与数据处理模块(20)的信号调理电路(b)(22)相连接，所述的位置传感器(12)为编码器、旋转变压器或其他测速传感器。
3.根据权利要求1所述的电机在线监测装置，其特征在于所述的数据处理模块(20)包括信号调理电路(a)(21)、信号调理电路(b)(22)、非线性隔离电路(23)、线性隔离电路(24)、控制器(25)以及DAC输出电路(26)，所述的信号调理电路(a)(21)与非线性隔离电路(23)相连接，非线性隔离电路(23)与控制器(25)相连接，信号调理电路(b)(22)与线性隔离电路(24)相连接，线性隔离电路(24)与控制器(25)相连接，控制器(25)与DAC输出电路(26)以及驱动电路模块(50)相连接。
4.根据权利要求1所述的电机在线监测装置，其特征在于所述的数据采集模块(30)为模拟量采集板卡(31)，线性隔离电路(24)和DAC输出电路(26)与模拟量采集板卡(31)相连接。
5.根据权利要求1所述的电机在线监测装置，其特征在于所述的上位机监测平台(40)包括数据处理单元(41)、故障报警单元(42)、实时监测单元(43)、数据保存单元(44)、历史数据回放单元(45)。
6.根据权利要求1所述的电机在线监测方法，其特征在于所述的监测方法包括以下步骤：A.利用数据测量模块实现对电机参数的获取；B.获取的数据通过数据处理模块进行处理，处理后的数据通过数据采集模块进行高速采集，并把采集数据传输到上位机监测平台；C.上位机监测平台通过数据处理单元、实时监测单元、实时保存单元、历史数据回放单元和故障报警单元实现对模拟量采集板卡采集的电机参数的处理、显示、保存、回放以及报警停止采集。同时，控制器发出关断信号，使电机停止运行。
7.根据权利要求6所述的电机在线监测方法，其特征在于步骤A所获取的电机参数包括：扭矩、转速、各相电流、电压、温度、输入、输出功率和效率；
所述的扭矩信号通过连接在电机轴上的扭矩传感器获取；
所述的转速信号通过安装在电机轴上的位置传感器获取；
所述的各相电流信号通过电流传感器获取；
所述的电压信号通过电压传感器获取；
所述的温度信号通过安装在功率变换电路开关管上的温度传感器获取；
所述的电机输入功率通过电压与电流计算获取；
所述的电机输出功率通过扭矩与转速计算获取；
所述的电机效率通过电机输出功率与输入功率计算获取。
8.根据权利要求6所述的电机在线监测方法，其特征在于步骤B所述的数据处理模块通过信号调理电路(a)将所获取的扭矩、转速信号转换成控制器可捕获的数字脉冲信号，数字量信号通过非线性隔离电路的非线性光耦实现隔离，消除干扰，隔离后的脉冲信号经控制器捕获计算处理后输出到DAC输出电路；通过信号调理电路(b)将所获取的各相电流、电压、温度信号经过信号转换，变成数据采集卡可采集的模拟电压信号，模拟电压信号通过线性隔离电路中的线性光耦实现隔离，消除干扰；数据采集模块通过采集DAC输出电路以及线性隔离电路输出的模拟电压信号来获得电机的扭矩、转速、各相电流、电压和功率变换电路上开关管的温度。
9.根据权利要求6所述的电机在线监测方法，其特征在于步骤C中所述的上位机监测平台通过调用板卡驱动程序将采集的数据由板卡FIFO缓存区传输到用户缓存区并还原成模拟电压信号，再经过故障报警单元进行故障检测，检测无故障后通过数据处理单元的相应中值滤波器进行滤波并计算出电机的输入、输出功率和效率，再通过实时监测单元、数据保存单元实现数据的在线显示和保存，保存的数据通过历史数据回放单元实现对数据的回放。
10.根据权利要求7和8所述的电机在线监测方法，其特征在于步骤B所处理的电机各相电流、电压、开关管温度信号存在过电流、过电压、过热的问题，通过在控制器中设置过热、过电压、过电流阀值，当线性隔离处理的电压、电流、温度信号超过阀值后，控制器控制DAC输出电路输出报警信号，上位机利用模拟量采集板卡采集来实现电机故障报警并停止采集。同时，控制器也立即发出关断信号，通过驱动电路的驱动来实现对功率电路的关断，从而使电机停止运行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20161207 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |