CN109032025A - 基于低功耗广域网的电机软起动器控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于低功耗广域网的电机软起动器控制系统及控制方法，所述控制系统包括电机，电机软起动器和监控云平台，电机软起动器与监控云平台通过无线网络连接；电机软起动器本体包括NB‑IoT通信模块、采集模块、保护模块、综合控制器、监测控制器、触发模块、高频恒流源、功率器件以及人机交互模块，其中，综合控制器分别与NB‑IoT通信模块、人机交互模块、监测控制器和保护模块连接，采集模块连接保护模块，触发模块连接监测控制器和功率器件，高频恒流源连接触发模块，功率器件连接电机。采用本技术方案能够实现对电机软起动器的远程维护。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机软起动器，特别涉及一种基于低功耗广域网的电机软起动器控制系统及控制方法。
背景技术
电机软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置。软启器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路。使用软起动器起动电机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑起动，降低起动电流，避免起动过流跳闸。待电机达到额定转数时，起动过程结束，软起动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电机正常运转提供额电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软起动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。
现有的电机软起动器出现故障后主要是通过本地维护的方式进行维护，往往耽误很多时间，严重影响企业的生产。现有技术中已有通过NFC连接的方式使用智能终端对电机软起动器进行维护，或者使用NFV管理模块通过局域网传输数据进行维护，但是NFC存在工作距离短、能耗高，通过NFV管理模块和局域网进行传输数据存在安全性差，时延较高的问题。而电机软起动器对时延要求较高，现在需要一种能够安全有效、低时延的远程管理控制电机软起动器的控制系统。
而且现有技术中对于电机软起动器中晶闸管的判断只是在本地进行判断，无法进行统一集中管理，当需要维护的电机软起动器数量较多时，难免会有遗漏，会对生产造成严重的损失。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种基于低功耗广域网的电机软起动器控制系统及控制方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是，控制系统包括电机软起动器本体和监控云平台，电机软起动器与监控云平台通过无线网络连接；
电机软起动器本体包括NB-IoT通信模块、采集模块、保护模块、综合控制器、监测控制器、触发模块、高频恒流源、功率器件以及人机交互模块，其中，所述综合控制器分别与所述NB-IoT通信模块、人机交互模块、监测控制器和所述保护模块连接，所述采集模块连接所述保护模块，所述触发模块连接所述监测控制器和所述功率器件，所述高频恒流源连接所述触发模块，所述功率器件连接电机；其中，所述监测控制器，用于监控电机的运转状态，当出现故障时，向综合控制器报警，还用于定期通过触发模块采集功率器件中多个晶闸管的电压信号，生成监测信息并通过NB-IoT通信模块发送给监控云平台；监控云平台包括通信模块、判断模块、存储模块以及预警模块，其中，
通信模块，用于接收和发送数据，将电机软起动器发送的包含功率器件中多个晶闸管的电压信号的监测信息发送给判断模块；
判断模块，连接所述通信模块，接收所述监测信息，对监测信息进行解析，计算功率器件的性能参数的不平衡度，判断是否需要发送预警信息，当功率器件的不平衡超过预先设定的阈值时，向预警模块发送预警指令；
预警模块，接收判断模块发送的预警指令，从所述存储模块读取相关信息，并根据相关信息发送预警，通知维护人员对电机软起动器进行维护；
存储模块，存储有电器起动器的相关信息，所述相关信息包括电机软起动器的型号信息、位置信息、维护人员信息以及维护历史记录；
进一步地，所述NB-IoT通信模块还连接移动设备，用于进行本地监测和维护。
进一步地，所述监控云平台还通过网络连接监控计算机或移动设备，所述网络包括有线网络、无线网络。
进一步地，所述判断模块包括，
采样单元，用于对多个晶闸管的电压信号进行切割获得采样电压信号；
角斜率单元，用于计算多个晶闸管的采样电压信号的角斜率；
不平衡度单元，根据多个晶闸管的角斜率计算功率器件的不平衡度；
比较单元，预先存储有阈值，当不平衡度超过阈值时向所述预警模块发送预警指令。
进一步地，所述无线网络为低功耗广域网LPWAN。
本发明还提供一种基于低功耗广域网的电机软起动器控制方法，包括步骤：
S1、监测控制器监测电机的起动和运行，当发现电机起动或运行过程中发生故障，通知综合控制器，综合控制器发送指令到采集模块，采集模块根据指令采集故障信息并发送给保护模块；
S2、保护模块根据故障信息采取对应的保护功能，并将故障信息及保护功能信息发送给综合控制器；
S3、综合控制器根据收到的故障信息和保护功能信息生成控制信息，NB-IoT通信模块通过无线网络将所述控制信息发送到监控云平台；
S4、监控云平台对收到的控制信息进行解析，根据获取到的电机故障信息和保护功能信息采取相应操作，相应操作包括在线维护和本地维护，其中，
在线维护为维护人员通过监控计算机或第二移动设备连接监控云平台，远程对电机软起动器进行维护；
本地维护为维护人员通过第一移动设备无线连接电机软起动器，在本地对电机软起动器进行维护。
进一步地，所述步骤S1中，故障信息包括电机型号，故障发生时间，故障代码，电机的电流信息。
进一步地，所述步骤S1中，保护功能信息包括所述采取对应的保护功能。
进一步地，所述步骤S3中，控制信息包括故障信息、保护功能信息，还包括电机的位置信息。
进一步地，所述步骤S1中，监测控制器还定期通过触发模块采集功率器件中晶闸管的电压信号，生成监测信息，并通过NB-IoT通信模块将监测信息发送给监控云平台；监控云平台根据监测信息计算功率器件的性能参数的不平衡度，如果超出预定范围则进行预警，通知维护人员对电机软起动器进行维护。
本发明由于采用以上技术方案，其达到的技术效果为：
1.能够根据故障的严重程度灵活选择是远程维护还是本地维护；
2.使用NB-IoT技术，能够安全的、低功耗、低时延的传输控制数据；
3.通过监控云平台的统一管理，可以更好的对电机软起动器的状态进行管理，可以及时进行维护，保证正常运转，避免企业的损失。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明电机软起动的结构图；
图3是本发明监控云平台的结构图；
图4是本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，一种基于低功耗广域网的电机软起动器控制系统包括电机1，电机软起动器2和监控云平台3，电机软起动器与监控云平台通过无线网络4连接，其中无线网络为低功耗广域网LPWAN。
如图2所示，电机软起动器包括NB-IoT通信模块21、采集模块22、保护模块23、综合控制器24、监测控制器25、触发模块26、高频恒流源27、功率器件28以及人机交互模块29，其中，所述综合控制器24分别与所述NB-IoT通信模块21、人机交互模块29、监测控制器25和所述保护模块23连接，所述采集模块22连接所述保护模块23，所述触发模块26连接所述监测控制器25和所述功率器件28，所述高频恒流源27连接所述触发模块26，所述功率器件28连接电机1，功率器件28包括多个晶闸管，通常由多组晶闸管串构成。
在本实施方式中，NB-IoT通信模块21用于发送和接收数据；采集模块22用于采集电机的运转情况，采集电机的电流、温度等信息；保护模块23用于当电机过热、过流、过载、缺相时提供相应的保护功能；综合控制器24用于进行驱动控制，收到电机报警时，向采集模块22、保护模块23发送指令，接收故障信息以及保护功能信息生成控制信息发送给监控云平台3；监测控制器25用于监控电机的运转状态当出现过热、过流、过载、缺相等故障时，向综合控制器24报警，还用于定期通过触发模块26采集功率器件28中多个晶闸管的电压信号，并通过NB-IoT通信模块21发送给监控云平台；触发模块26用于采集功率器件28中多个晶闸管的电压信号；高频恒流源27用于供电；功率器件28用于控制电机的起动电压、电流，本实施方式中功率器件28由3组晶闸管串组成，每组晶闸管串包括3个晶闸管；人机交互模块29用于对电机软起动器2进行维护和设置。
在本实施方式中，如图1所示，NB-IoT通信模块还可以连接第一移动设备6，当需要进行本地维护时可以有维护人员使用手机或笔记本电脑直接连接电机软起动器2进行维护。
在本实施方式中，监控云平台还可以通过有线网络或无线网络连接监控计算机5或第二移动设备7，维护人员通过使用监控计算机或移动设备进行远程维护。当因为参数设置不当引起的故障，适合使用在线维护的方式进行远程维护。
在本实施方式中，监控云平台包括通信模块、计算模块、存储模块以及预警模块，
其中通信模块，用于接收和发送数据，将电机软起动器发送的监测信息发送给判断模块。通信模块支持有线或无线网络，其中无线网络支持NB-IoT、WIFI技术，由于对时延要求较高，优选NB-IoT技术。
判断模块，连接所述通信模块，接收所述监测信息，对监测信息进行解析，计算功率器件的性能参数的不平衡度，判断是否需要发送预警信息，当功率器件的不平衡超过预先设定的阈值时，向预警模块发送预警指令。
本实施方式中，判断模块包括，
采样单元，用于对多个晶闸管的电压信号进行切割获得采样电压信号；
角斜率单元，用于计算多个晶闸管的采样电压信号的角斜率，其中角斜率K的计算公式为：，其中T1、T2表示采样时间，v1、v2为T1、T2时刻对应的电压值。
不平衡度单元，根据多个晶闸管的角斜率计算功率器件的不平衡度。随着使用时间的增长，功率器件中晶闸管的性能会发生蜕变，但如果所有晶闸管的性能蜕变一致并不会出现问题，但是当性能蜕变不一致时，会导致功率器件出现故障影响电机的，严重时会导致电机的损坏。角斜率是判断晶闸管性能蜕变的一种方式，不平衡度是用于计算多个晶闸管的角斜率是否一致，通过计算不平衡度来判断晶闸管性能蜕变是否一致。不平衡度λ计算公式为：
，其中n为晶闸管数量，K为角斜率。
判定单元，预先存储有阈值，当不平衡度超过阈值时向所述预警模块发送预警指令。阈值的取值范围在2%-8%，在本实施方式中，不平衡度的阈值设定为4%，当不平衡度超过4%时，判定单元通知预警模块进行预警操作。
预警模块，接收判断模块发送的预警指令，从所述存储模块读取相关信息，并根据相关信息发送预警，通知维护人员对电机软起动器进行维护；
存储模块，存储有电器起动器的相关信息，所述相关信息包括电机软起动器的型号信息、位置信息、维护人员信息以及维护历史记录。
每一个电机软起动器出厂时都有一个唯一的ID序列号，存储模块存储相关信息时与电机软起动器的ID序列号一一对应的进行存储，监测控制器生成的监测信息中也包含ID序列号。预警模块根据ID序列号读取对应的相关信息，将预警信息发送给相对应的维护人员，预警信息包括电机软起动器的型号信息以及位置信息。维护历史记录用于系统进行分析，总结故障原因。
本实施方式还包括一种基于低功耗广域网的电机软起动器的控制方法，其特征在于，包括步骤：
S1、监测控制器监测电机的起动和运行，当发现电机起动或运行过程中发生故障，通知综合控制器，综合控制器发送指令到采集模块，采集模块根据指令采集故障信息并发送给保护模块；
S2、保护模块根据故障信息采取对应的保护功能，并将故障信息及保护功能信息发送给综合控制器；
S3、综合控制器根据收到的故障信息和保护功能信息生成控制信息，NB-IoT通信模块通过无线网络将所述控制信息发送到监控云平台；
S4、监控云平台对收到的控制信息进行解析，根据获取到的电机故障信息和保护功能信息采取相应操作，相应操作包括在线维护和本地维护，其中，
在线维护为维护人员通过监控计算机或第二移动设备连接监控云平台，远程对电机软起动器进行维护。比如，当参数设置存在错误，尤其是人为设置上的错误时，通过在线维护的方式进行维护。利用NB-IoT的低时延特性，对电器软起动器进行调整，保证企业生产的顺利进行。
本地维护为维护人员通过第一移动设备无线连接电机软起动器，在本地对电机软起动器进行维护。当故障较为严重时，监控云平台根据控制信息中的位置信息派遣维护人员上门进行本地维护。
在本实施方式中，所述步骤1中，故障信息包括电机型号，故障发生时间，故障代码，电机的电流信息。
在本实施方式中，所述步骤1中，保护功能信息包括所述采取对应的保护功能。
在本实施方式中，所述步骤3中，控制信息包括故障信息、保护功能信息，还包括电机的位置信息。
在本实施方式中，所述步骤1中，监测控制器还定期通过触发模块采集功率器件中晶闸管的电压信号，生成监测信息。监测信息中包括电机软起动器的ID序列号以及多个晶闸管的电压信号。
通过NB-IoT通信模块将监测信息发送给监控云平台，利用NB-IoT的低时延特性进行数据传输。
监控云平台根据监测信息计算功率器件的性能参数的不平衡度，如果超出预定范围则进行预警，通知维护人员对电机软起动器进行维护。监控云平台中的判断模块通过对多个晶闸管的电压信号进行切割，计算切割后的电压信号的角斜率，通过计算多个晶闸管角斜率的不平衡度判断是否需要进行预警。在本实施方式中阈值设为4%，当不平衡度超过4%时，向维护人员发送预警信号。
上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于低功耗广域网的电机软起动器控制系统，其特征在于，系统包括电机，电机软起动器和监控云平台，所述电机软起动器与监控云平台通过无线网络连接；
电机软起动器包括NB-IoT通信模块、采集模块、保护模块、综合控制器、监测控制器、触发模块、高频恒流源、功率器件以及人机交互模块，所述综合控制器分别与所述NB-IoT通信模块、人机交互模块、监测控制器和所述保护模块连接，所述采集模块连接所述保护模块，所述触发模块连接所述监测控制器和所述功率器件，所述高频恒流源连接所述触发模块，所述功率器件连接电机，所述功率器件包括多个晶闸管；其中，所述监测控制器，用于监控电机的运转状态，当出现故障时，向综合控制器报警，还用于定期通过触发模块采集功率器件中多个晶闸管的电压信号，生成监测信息并通过NB-IoT通信模块发送给监控云平台；
监控云平台包括通信模块、判断模块、存储模块以及预警模块，其中，
通信模块，用于接收和发送数据，将电机软起动器发送的包含功率器件中多个晶闸管的电压信号的监测信息发送给判断模块；
判断模块，连接所述通信模块，接收所述监测信息，对监测信息进行解析，计算功率器件的性能参数的不平衡度，判断是否需要发送预警信息，当功率器件的不平衡度超过预先设定的阈值时，向预警模块发送预警指令；
预警模块，接收判断模块发送的预警指令，从所述存储模块读取相关信息，并根据相关信息发送预警，通知维护人员对电机软起动器进行维护；
存储模块，存储有电机起动器的相关信息，所述相关信息包括电机软起动器的型号信息、位置信息、维护人员信息以及维护历史记录。
2.如权利要求1所述的电机软起动器控制系统，其特征在于，所述NB-IoT通信模块还连接第一移动设备，用于进行本地监测和维护。
3.如权利要求2所述的电机软起动器控制系统，其特征在于，所述监控云平台还通过网络连接监控计算机或第二移动设备，所述网络包括有线网络、无线网络。
4.如权利要求1所述的电机软起动器控制系统，其特征在于，所述判断模块包括，
采样单元，用于对多个晶闸管的电压信号进行切割获得采样电压信号；
角斜率单元，用于计算多个晶闸管的采样电压信号的角斜率；
不平衡度单元，根据多个晶闸管的角斜率计算功率器件的不平衡度；
判定单元，预先存储有阈值，当不平衡度超过阈值时向所述预警模块发送预警指令。
5.如权利要求1-4任一所述的电机软起动器控制系统，其特征在于，所述无线网络为低功耗广域网。
6.一种采用如权利要求1-5所述的电机软起动器控制系统的控制方法，其特征在于，包括步骤：
S1、监测控制器监测电机的起动和运行，当发现电机起动或运行过程中发生故障，通知综合控制器，综合控制器发送指令到采集模块，采集模块根据指令采集故障信息并发送给保护模块；
S2、保护模块根据故障信息采取对应的保护功能，并将故障信息及保护功能信息发送给综合控制器；
S3、综合控制器根据收到的故障信息和保护功能信息生成控制信息，NB-IoT通信模块通过无线网络将所述控制信息发送到监控云平台；
S4、监控云平台对收到的控制信息进行解析，根据获取到的电机故障信息和保护功能信息采取相应操作，相应操作包括在线维护和本地维护，其中，
在线维护为维护人员通过监控计算机或第二移动设备连接监控云平台，远程对电机软起动器进行维护；
本地维护为维护人员通过第一移动设备无线连接电机软起动器，在本地对电机软起动器进行维护。
7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，故障信息包括电机型号，故障发生时间，故障代码，电机的电流信息。
8.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，保护功能信息包括所述采取对应的保护功能。
9.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，控制信息包括故障信息、保护功能信息，还包括电机的位置信息。
10.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，监测控制器还定期通过触发模块采集功率器件中晶闸管的电压信号，生成监测信息，并通过NB-IoT通信模块将监测信息发送给监控云平台；监控云平台根据监测信息计算功率器件的性能参数的不平衡度，如果超出预定范围则进行预警，通知维护人员对电机软起动器进行维护。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20181218 |