CN109274071A - 一种基于物联网的马达保护器智能监控和预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业生产的马达保护方式技术领域，具体涉及一种基于物联网的马达保护器智能监控和预警系统以及依据该系统对马达保护器进行监控的方法，通过工业物联网技术，将马达保护器的原始数据，包括三相电流，三相电压，有功功率，有功电能，运行状态等数据，通过DTU‑4G模块按照Modbus‑TCP规约将数据上传至云端服务器上数据库中存储，并进行分析处理，同时该系统包含网页Web端，安卓APP端以及IOS客户端程序，各个客户端程序通过读取云服务器中数据库的数据，推送给使用人员查看处理，为现场维保人员提供的极大地方便。

Description

一种基于物联网的马达保护器智能监控和预警系统及方法

技术领域

本发明涉及工业生产的马达保护方式技术领域，具体涉及一种基于物联网的马达保护器智能监控和预警系统以及依据该系统对马达保护器进行监控的方法。

背景技术

电机在工业控制和生产中发挥着极大的作用，电流和电压是电机运行时最重要的参数，电机启动时电流较大，若启动时间较长，容易造成电机发热损毁，电机因机械故障或负载过大等原因造成电机转子卡死时，过大的堵转电流引发的发热效应容易导致电机寿命降低，甚至损坏电机；电压信号可以真实的反映电机状态，电压过高将造成电动机绝缘损伤，由于短路故障等原因，线路电压会在短时间内出现大幅度下降，导致线路和电机损伤。因此，通过对电流电压等信号进行远程实时监控以及有效的处理分析，为专用于保护电机的马达保护器是否动作提供关键的预警信息，从而减少马达保护器的误动、不动等错误操作。

马达保护器是一种在电动机出现超时启动、过流、欠流、断相、堵转、短路、过压、欠压、漏电（接地）、三相不平衡、过热、轴承磨损、定转子偏心、外部故障、来电自启动、反时限时，予以报警或保护的装置，广泛应用于电力、化工、冶金、水利等领域，随着物联网和工业4.0的发展，马达保护器在各领域有着巨大的市场需求，同时对马达保护器的可靠性等要求越来越高。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于物联网的对马达保护器监控和分析预警的系统和利用该系统对马达保护器进行监控的方法，包括用于设置在每个马达保护器上的用于采集原始数据的数据采集模块，通讯管理机通过无线传输方式将原始数据传输到云平台，云平台将数据进行分析处理后存储到数据库中，智能终端通过查阅数据库远程监控马达保护器。

本发明为解决上述问题提供的是一种基于物联网的马达保护器智能监控和预警系统，包括数据采集模块、通讯管理机、云平台和智能终端，所述数据采集模块设置在马达保护器上用于采集马达保护器的原始数据，马达保护器的原始数据包括马达的三相电流、三相电压、有功功率、有功电能和运行状态，通讯管理机通过RS-485总线与多个马达保护器上的数据采集模块连接，所述通讯管理机为同时支持Modbus-RTU规约和Modbus-TCP规约的Modbus型设备，通讯管理机内嵌有DTU-4G数据传输模块，通讯管理机将连接的多个马达保护器的原始数据整理并以Modbus-TCP规约进行报文打包，并利用GPRS网络将数据远程发送到云平台，所述云平台包括云端服务器和数据库，云端服务器的操作系统为Centos7，云端服务器用于接收和解析通讯管理机上传的数据，并将原始数据存储到数据库中，云端服务器通过内嵌的数据分析程序对数据库储存的每一个马达的原始数据进行处理分析得到该马达的参数特征趋势，云平台通过GPRS网络将原始数据和参数特征趋势发送到智能终端。

作为本发明一种基于物联网的马达保护器智能监控和预警系统的进一步方案，所述智能终端包括Web客户端、安卓客户端和IOS客户端，智能终端通过GPRS网络连接数据库。

作为本发明一种基于物联网的马达保护器智能监控和预警系统的进一步方案，所述云平台为阿里云平台。

作为本发明一种基于物联网的马达保护器智能监控和预警系统的进一步方案，其特征在于所述马达保护器分为多组，每一组马达保护器连接一个通讯管理机。

一种使用如权利要求1所述的一种基于物联网的马达保护器智能监控和预警系统对马达保护器进行监控的方法，包括以下步骤：

a．利用安装在每个马达保护器上的数据采集模块采集该马达的原始数据，马达的原始数据包括该电机的三相电流、三相电压、有功功率、有功电能和运行状态；

b．马达保护器通过RS-485总线将该马达的原始数据传输到通讯管理机上；

c．通讯管理机将多个马达的原始数据整理并以Modbus-TCP规约进行报文打包，并利用GPRS网络将数据远程发送到云平台；

d．云平台的操作系统接收并解析，将多个马达的原始数据处理分析得到相应的参数特征趋势，并将原始数据和参数特征趋势按马达编号储存到数据库中，智能终端通过GPRS连接数据库；

e．前端维保人员通过智能终端实现对马达的远程监控，并通过参数特征趋势对马达进行预调整处理。

有益效果

1、对于运行状态下的马达保护器长时间远程监测，使得设备维保人员不受地域的限制，随时能有效的了解现场情况。马达保护器的原始数据和分析后的参数特征趋势将被完整的上传至云端服务器，同时通过GPRS网络推送到各个客户端的系统界面上，方便工作人员全面了解马达电机的运行状态，及时发现异常或者故障征兆，提前采取措施将风险和损失减少到最低，提高运维效率，保障生产正常进行。

2、本系统可对马达保护器的运行状态进行智能预警，通过上传从马达保护器采集到的电机原始数据，系统的数据分析程序利用多种分析算法和逻辑关系，对原始数据进行处理分析，得到马达电机的状态趋势，从而判断马达保护器是否应该提前动作，保护电机以免突然故障烧毁，分析的参数包括相电流趋势分析、线电压趋势分析、功率分析、电能分析、过热分析、过载和欠载分析等，马达保护器的原始数据存储在云服务器上的数据库中，通过大数据的管理，异常和故障状态时的数据为系统的智能预警提供了宝贵的参考资料，同时这些资料可以被多方企业和人员共享，从而大大提升了马达保护器的作用和数据的利用率。

附图说明

图1是本发明智能监控和预警系统的流程示意框架图；

图2是本发明智能监控和预警系统数据采集模块与通讯管理机的数据传输示意图；

图3是依照Modbus-TCP规约打包的数据结构示意图；

图4是本发明智能监控和预警系统的云端服务器的工作流程图；

图5是本发明智能监控和预警系统的数据处理流程图；

图6是本发明智能监控和预警系统的Web客户端的程序结构示意图；

图7是本发明智能监控和预警系统的安卓客户端和IOS客户端的程序框架图；

图中标记：1、通讯管理机，2、云平台，3、智能终端，4、马达保护器。

具体实施方式

如图所示：一种基于物联网的马达保护器智能监控和预警系统，包括数据采集模块、通讯管理机1、云平台2和智能终端3，马达保护器4分为多个组，每个马达保护器4上均设有一个数据采集模块，数据采集模块通过RS-485总线连接一个通讯管理机1，每个马达保护器组配备一个通讯管理机1，每一组或多组由一个维保人员负责，降低个人工作强度同时便于及时处理异常情况，数据采集模块用于采集马达保护器4的原始数据，包括马达工作时的三相电流、三相电压、有功功率、有功电能和运行状态等，这些数据由通讯管理机1通过网络信号发送到云平台上进行处理分析；

通讯管理机1源自电力自动化行业，具有多个下行通讯接口和一个或多个上行网络接口，在本系统中相当与设备近端的监控设备，本系统中的通讯管理机为Modbus通讯管理机，同时支持Modbus-RTU规约和Modbus-TCP规约，通讯管理机1内部集成有DTU-4G数据传输模块，可将从数据采集模块中收集到的多个马达的原始数据通过网络发送到云平台，这些数据采用Modbus-TCP规约进行数据打包，如图3所示，该规约包括MBAP报文头，功能代码以及数据三大块，可将多个马达的数据进行分别编号整理，使维保人员可以通过智能终端查看一组或多组中不同编号的马达的状态；

云平台2包括云端服务器和数据库，云端服务器的操作系统为Centos7，云端服务器主要是对DTU-4G数据传输模块上传的报文进行接收和解析，并将数据区的数据按相应格式存储到数据库中，所述数据库为MySQL数据库，云端服务器中的数据分析程序对数据库中每个马达的数据进行实时处理分析，得到该马达相应的参数特征趋势，并存储在数据库中便于维保人员通过智能终端3查看，维保人员据此采取措施；

所述云平台2选用阿里云平台，阿里云平台广泛应用于制造、金融、政务、交通和能源等领域，具有高可靠性、高可用性和高安全性，功能强大，云端服务器为TCP服务器设计，如图4所示，TCP服务器基于Linux下的C程序自主开发，服务器依赖socket编程接口，TCP服务器打开监听后，客户端可通过服务器的IP地址以及端口号向服务器发送报文数据，服务器接收到数据后，按照约定的数据格式进行数据解析，同时向客户端发送数据成功接收确认信息，解析成功后将数据按照对应的格式顺序存储到MySQL数据库的表中，然后客户端可从数据库中查看到信息，TCP服务器开通四个线程同时监听，有效解决了数据拥塞的问题，实现了数据的高并发性；数据分析程序的流程框图如图5所示，数据分析工作分为三个数据层、分析层和应用层，数据分析程序实时调取数据库中的原始数据和预设的预警参数值，利用多种分析方法对马达保护器获得的电机电流、电压和功率等数据加以分析，判断其变化趋势并与预警参数值进行对比，得到马达保护器是否需要提前动作的分析结果，实现马达保护器的智能预警功能，该分析结果将被存储到MySQL数据库中，同时推送到智能终端，对一些重要的预警信息，程序可通过短信方式发送到系统的预留手机上，增加了系统的可靠性；

智能终端3包括Web客户端和移动客户端，移动客户端分为安卓客户端和IOS客户端，Web客户端基于HTML、PHP以及CSS语言进行设计开发，其主要包括系统登录模块、数据监控模块、数据分析模块以及历史数据模块，前端维保人员可依据终端查看马达的状态，其结构示意框图如图6所示；安卓客户端和IOS客户端的设计均采用经典MVC框架，即模型（model）—视图（view）—控制器（controller）三层结构，其程序框图如图7所示。

利用该系统对马达保护器进行监控的方法包括以下步骤：

a．利用安装在每个马达保护器4上的数据采集模块采集该马达的原始数据，马达的原始数据包括该电机的三相电流、三相电压、有功功率、有功电能和运行状态；

b．马达保护器4通过RS-485总线将该马达的原始数据传输到通讯管理机1上；

c．通讯管理机1将多个马达的原始数据整理并以Modbus-TCP规约进行报文打包，并利用GPRS网络将数据远程发送到云平台2；

d．云平台2的操作系统接收并解析，将多个马达的原始数据处理分析得到相应的参数特征趋势，并将原始数据和参数特征趋势按马达编号储存到数据库中，智能终端3通过GPRS连接数据库；

e．前端维保人员通过智能终端3实现对马达的远程监控，并通过参数特征趋势对马达进行预调整处理。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种基于物联网的马达保护器智能监控和预警系统，其特征在于：包括数据采集模块、通讯管理机（1）、云平台（2）和智能终端（3），所述数据采集模块设置在马达保护器（4）上用于采集马达保护器（4）的原始数据，马达保护器（4）的原始数据包括马达的三相电流、三相电压、有功功率、有功电能和运行状态，通讯管理机（1）通过RS-485总线与多个马达保护器（4）上的数据采集模块连接，所述通讯管理机（1）为同时支持Modbus-RTU规约和Modbus-TCP规约的Modbus型设备，通讯管理机（1）内嵌有DTU-4G数据传输模块，通讯管理机（1）将连接的多个马达保护器（4）的原始数据整理并以Modbus-TCP规约进行报文打包，并利用GPRS网络将数据远程发送到云平台（2），所述云平台（2）包括云端服务器和数据库，云端服务器的操作系统为Centos7，云端服务器用于接收和解析通讯管理机（1）上传的数据，并将原始数据存储到数据库中，云端服务器通过内嵌的数据分析程序对数据库储存的每一个马达的原始数据进行处理分析得到该马达的参数特征趋势，云平台（2）通过GPRS网络将原始数据和参数特征趋势发送到智能终端（3）。

2.如权利要求1所述的一种基于物联网的马达保护器智能监控和预警系统，其特征在于：所述智能终端（3）包括Web客户端、安卓客户端和IOS客户端，智能终端（3）通过GPRS网络连接数据库。

3.如权利要求1所述的一种基于物联网的马达保护器智能监控和预警系统，其特征在于：所述云平台（2）为阿里云平台。

4.如权利要求1所述的一种基于物联网的马达保护器智能监控和预警系统，其特征在于：其特征在于所述马达保护器（4）分为多组，每一组马达保护器（4）连接一个通讯管理机（1）。

5.一种使用如权利要求1所述的一种基于物联网的马达保护器智能监控和预警系统对马达保护器进行监控的方法，其特征在于：包括以下步骤：

a．利用安装在每个马达保护器（4）上的数据采集模块采集该马达的原始数据，马达的原始数据包括该电机的三相电流、三相电压、有功功率、有功电能和运行状态；

b．马达保护器（4）通过RS-485总线将该马达的原始数据传输到通讯管理机（1）上；

c．通讯管理机（1）将多个马达的原始数据整理并以Modbus-TCP规约进行报文打包，并利用GPRS网络将数据远程发送到云平台（2）；

d．云平台（2）的操作系统接收并解析，将多个马达的原始数据处理分析得到相应的参数特征趋势，并将原始数据和参数特征趋势按马达编号储存到数据库中，智能终端（3）通过GPRS连接数据库；

e．前端维保人员通过智能终端（3）实现对马达的远程监控，并通过参数特征趋势对马达进行预调整处理。