CN110703094A - 一种电机监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机监测方法，包括以下步骤：S1：对被测电机建立身份信息；S2：对被测电机集成数据采集模块；S3：对所述数据采集模块与中央处理模块进行集成；S4：所述中央处理模块对采集得到的数据进行编码；S5：将所述中央处理模块与通讯模块电性连接；S6：将所述通讯模块与应用云平台建立通讯通道；S7：所述应用平台对接收数据进行解码、分析。针对于大批量电机进行快速有效的监测，应用云平台实现对不同类型、不同厂家生产的电机进行监测，并根据同型号电机构建数据库。可将监测对象设定为电机轴承，减少了大量的工作，也更容易特征监测，根据多维度的数据采集，很容易实现对电机轴承的定性分性，从而对轴承的运行健康状态及寿命做出判断。
Description
技术领域
本发明涉及监测设备领域，具体为一种电机监测方法。
背景技术
自1834年电机发明以来，电机成为机械工业，特别是旋转机械领域的主要驱动力。从家用电器到核电站,从咖啡机到化工厂,从日常生活到轻重工业,电机驱动着生产力。电机消耗了中国64％以上的发电量，驱动精密的旋转机械设备,电机所驱动的设备往往已经高度数字化或被高度精密的计算机控制。然而，电机本身仍以传统方式制造和被使用，现有的监测方法也是针对于电机的某一运行特性进行监测，所监测信息并不能完全反应电机的运行状况，易受环境其他干扰造成监测不准确，如中国专利“一种智能电机振动在线监测及预警系统”(申请号为201710259079.3)提出了同时测量x、y、z三个方向的振动数据，处理分析模块分别针对三个方向振动数据进行异常振动分析判断；或者针对三个方向振动数据的合成矢量进行异常振动分析判断，也仅仅是从电机的振动维度来反应电机的运行状况，电机一旦因为外界因素造成振动异常，所得数据则不能真实反应电机的运行状况，因此作出错误判断。如中国专利“电机振动监测装置及智能电机”(申请号201820188325.0)通过：MEMS加速度传感器于采集电机振动的三维加速度信号，三维加速度信号进行分析计算，得到电机振动值，并预设振动阈值，控制报警装置进行报警。同样也是从单个维度来判断电机的运行状况，易造成较大的数据误差。因此，即便电机运行时电压、电流、温度和振动能够判断其运行健康状况，往往也是达到阈值报警后或宕机后才被动维护保养。况且，全世界的电机数量每年以9.5％的数量在增长，这么多的电机，安装在人类活动的各个方面，假如不对监测信息进行数据处理，所监测电机数量一多，实时监测上传数据量是海量的，对网络及硬件要求也是相当高，因此，在实际使用过程中通用性差，最重要的，绝大部分电机是没有监控的，因此，电机一旦出现宕机，将对生产和生活造成很大的影响，而电机宕机有约80％是轴承故障造成的，所以，急需要一种针对于电机运行状态实时监测的方法，能及时可靠地监测到电机的运行状况。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种电机监测方法，包括以下步骤：
S1：对被测电机建立身份数据；
S2：对被测电机集成数据采集模块；
S3：对所述数据采集模块与中央处理模块进行集成；
S4：所述中央处理模块对采集得到的数据进行编码；
S5：将所述中央处理模块与通讯模块电性连接；
S6：将所述通讯模块与应用云平台建立通讯通道；
S7：所述应用平台对接收数据进行解码、分析。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述S1步骤中对被测电机设置唯一编码并绑定电机的参数。在监测的电机有新出厂的，也有已经运行的，甚至不同厂家生产的，为了具有广泛的兼容性，采用给电机建立统一的唯一识别码(UID)来绑定电机(序列号)和数据采集模块(嵌入电机)。电机建立唯一识别码(UID)后，根据唯一识别码(UID)录入电机的相关参数，建立使电机具有唯一识别码(UID)的身份,并建立电机列表，应用云平台识别该UID(而不是产品序列号)与电机列表相对应的对采集数据进行信息管理。而对于已经在使用的电机，将电机贴上唯一识别码(UID)，通过识别唯一识别码(UID)快速绑定电机，唯一识别码(UID)作为电机的检索码。识别码可以采用条码,二维码,NFC芯片等形式。应用云平台提供终端用户接口和厂家接口或厂家管理应用云平台，使终端用户通过电机和厂家绑定。一方面可以帮助用户对电机生产，功能设置等溯源，另一方面帮助厂家了解客户使用情况。电机列表还用于跟踪设备出厂后的状态。例如启用、库存，还是已消除(停用)。
所述S2步骤中数据采集模块包括声频传感器、振动传感器、温度传感器、电压传感器和电流互感器。从多个维度对电机进行监测，更加准确地反应电机运行的的真实情况，降低电机监测数据受外界的影响。
所述声频传感器安装在被测电机的外壳表面或前后轴承两端(或电机内侧)；所述振动传感器安装在被测电机的外壳表面或前后轴承两端(或电机内侧)；所述温度传感器安装在被测电机的外壳表面或前后轴承两端(或电机内侧)及三相绕组；所述电流互感器安装在配电箱内(或电机接线盒内)，所述电压传感器安装在配电箱内(或电机接线盒内)。对于电机来说，约80％的故障是轴承造成的，轴承在电机运行过程中，为主要的运动部件，长期运转易造成旋转部件的损耗。因此，本发明的监测对象针对于电机的轴承。针对于不同出厂类型的电机，声频传感器、振动传感器、温度传感器、电压传感器和电流互感器安装方法采集方式则不同；包括以下3种数据采集方法：
第一种：将声频传感器安装在电机前后轴承内侧，将振动传感器固定安装在前后轴承内侧，温度传感器嵌入电机定子三相绕组和前后轴承内侧,电压传感器和电流互感器嵌置在电机接线盒内。该方案适用于电机生产厂家，使电机出厂时具备信息化功能。电机运转时，根据实时监测，采集到电机在运转时的声频、振动、温度、电压和电流数据并进行各项数据统计，并对统计数据进行正态分析和方差分析。对于异常数据进行标记，再通过实际确认后对标记数据进行故障分类，标记数据作为故障参考数据并进行故障数据统计构成数据库。
第二种：将声频传感器、振动传感器和温度传感器固定在邻近电机轴承外部，将电压传感器和电流传感器嵌置配电箱内。该方法适合设备(电机)厂家，针对于第一种采集方法已经建立了数据库。并对已经使用运转的电机进行监测，根据采集到电机在运转时的声频、振动、温度、电压和电流数据并进行各项数据统计，并对统计数据进行正态分析和方差分析。对于异常数据进行标记，再通过实际确认后对标记数据进行故障分类，标记数据作为故障参考数据并进行故障数据统计；并将采集数据、异常数据、标记数据和故障参考数据记入数据库。
第三种：将声频传感器、振动传感器和温度传感器集成在手持电池驱动移动设备中，针对于电机轴承采集振动、温度和声频数据。该方法通过累积定点采集和数椐积累方法掌握电机运行状态。该方法也可以配合第一种采集方法或第二种采集方法建立的数据库对同类型设备类似运行环境作为巡检抽样检测方法。为已经使用的电机设备运维、巡检人员提供有效的工具。方便扑捉异常故障特征，提高巡检质量。对于已经建立了数据库而言，对电机不需要实时监测，只需要巡检或定检即可。
针对于第一种和第二种数据采集方法，在建立数据库时可以模拟电机运行常见故障，根据采集到相关数据，结合“专家知识”，建立数据和故障(运行问题)的对应关系(现象)以及故障和原因的关系(推测)。对于电机生产厂家来说，常见的或少见的电机故障都是比较容易实现模拟的，需要维修的电机都是数据库数据采集的样本。随着基本数据模型的建立，数据库根据采集到的数据进行分析和积累，做出预警和判断，实现对电机监测的智能化以及数据库的自我学习完善。对声频、振动、温度、电压和电流数据进行综合分析，实现对电机轴承的准确定性分析，为电机运维提供数据参考。
所述S4步骤中编码是将所采集到的声频、振动、温度、电压和电流模拟信号格式转换成数字信号。对于实时监测过程中，电机数量一多，对网络传输和硬件要求就高，因此，将采集到的数据进行编码格式转换，很大程度的减少了对网络和硬件的要求，提升了数据传输效率，适合大规模监测，特别是对于电机生产厂家，为大批量客户提供技术服务支持建立了通讯基础。
所述S6步骤中通讯通道包括WiFi模块(互联网)与应用云平台连接通道、Sub-1GHz模块与邻近通讯模块连接以及通过移动客户端与通讯模块连接，移动客户端接收数据后再由移动客户端通过3G/4G传输至应用云平台。多种通讯通道的方式，保证数据传输及时，避免因通讯故障原因造成数据传输中断。
所述S7步骤中解码包括数据回归曲线拟合、时域频域信号转换计算(快速傅立叶变换)接收数据的表示格式。采集数据经编码传输后，接收到的数据为编码后的数据，再经解码后，将所采集后的数据进行格式表达，方便对数据的直观分析。
所述解码设置阈值或边界条件。数据经解码后，如达到各项数据的阈值或边界条件，所述应用云平台向监管设备和采集通讯模块发送指令。
系统预警或报警是在监管设备和采集通讯模块中同时发生。
有益效果在于：
1.针对于大批量电机进行快速有效的监测，应用云平台实现对不同类型、不同厂家生产的电机进行监测，并根据同型号电机构建数据库。
2.针对于电机的使用和在厂家的生产情况，设置不同的数据采集方法，实现对新生产出的电机、已经在使用的电机甚至使用很久的电机进行有效的数据采集。
3.为实现对电机有效的数据采集和有效的监测，通过统一的唯一识别码，对电机进行编号，实现对采集数据编号列表整理。对于已经在使用的电机而言，唯一识别码绑定电机的参数，作为电机的检索码，通过扫码即可将信息采集模块绑定，快速方便。
4.由于电机故障约80％是轴承造成的，因此，将监测对象设定为电机轴承，减少了大量的工作，也更容易监测，根据多维度的数据采集，很容易实现对电机轴承的定性分性，从而做出判断。
5.将采集数据进行编码后传输，再进行解码。降低了大规模电机监测的数据传输硬件要求，可以大规模的进行实时监测，也可以快速的将巡检或定检的数据传输至应用云平台。对于未编码的而言，大规模电机实时监测其传输数据比编码数据大成百上千倍。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的模块结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。本实施例中温度传感器采用深圳市铂电科技生产的pt100温度传感器；振动传感器采用北京中西远大科技生产的微型全向振动传感器，型号:JKY/M315161/CLA-3；声频传感器采用南京绿源电力生产的数字声波传感器，型号：GEEXLB-2S；电流传感器为深圳市金正方圆科技生产的霍尔HDC-300K电流传感器；电压传感器为西安亚川电力科技生产的SXDQ-S-03三相四线双电源电压传感器。
实施例1：一种电机监测方法，包括以下步骤：
S1：在电机机壳表面贴上唯一识别码，该唯一识别码作为电机的一种身份信息并同时作为一个登录端口，识别码可以采用条码,二维码,NFC芯片等形式，通过相关的电子设备扫码即可获得电机的参数。
S2：对被测电机集成数据采集模块；将温度传感器嵌入电机定子线圈内侧，将振动传感器和声频传感器固定安装在转动轴承内侧，电压传感器和电流互感器嵌置在电机配电箱内。
S3：对数据采集模块与中央处理模块进行集成；将声频传感器、振动传感器、温度传感器、电压传感器和电流传感器的数据进行预处理后与中央处理模块集成。
S4：中央处理模块对声频传感器、振动传感器、温度传感器、电压传感器和电流传感器所采集得到的数据进行编码；将相应的模拟信号格式转换成数字信号。
S5：将中央处理模块与通讯模块电性连接；中央处理模块将数字信号传输给通讯模块。
S6：将通讯模块与应用云平台建立通讯通道；通讯模块上设置有WiFi天线并与应用云平台连接传输数据；通讯模块上还设置有Sub-1GHz模块，当WiFi天线并与应用云平台连接断开时，Sub-1GHz模块与邻近通讯模块连接，再通过邻近的WiFi天线向应用云平台传输数据；通讯模块上还设置有移动客户端接口，移动客户端与通讯模块连接时，移动客户端接收数据后再由移动客户端通过3G/4G传输至应用云平台。
S7：应用平台对接收到的数据进行解码、分析。应用云平台将接收数据重新回归曲线拟合、快速傅立叶变换计算接收数据的表示格式。电机运转时，根据实时监测，采集到电机在运转时的声频、振动、温度、电压和电流数据并进行各项数据统计，并对统计数据进行正态分析和方差分析。对于异常数据进行标记，再通过实际确认后对标记数据进行故障分类，标记数据作为故障参考数据并进行故障数据统计构成数据库。数据库根据采集到的数据进行分析和积累，做出预警和判断，实现对电机监测的智能化以及数据库的自我学习。对声频、振动、温度、电压和电流数据进行综合分析，并根据声频、振动、温度、电压和电流阈值或边界值实现对电机轴承的准确定性分析，为电机运维提供数据参考。如超出阈值或边界值，应用云平台向监管人员发布预警，采集通讯模块同时以不同LED颜色发布预警或报警。
实施例2：一种电机监测方法，包括以下步骤：
S1：在电机机壳表面贴上唯一识别码，该唯一识别码作为电机的一种身份信息并同时作为一个登录端口，通过相关的电子设备扫码即可登录并录入电机的相关参数且保存相关参数信息；建立电机列表；第二次扫描即可自动连接接入电机列表中。
S2：对被测电机集成数据采集模块；将声频传感器、振动传感器和温度传感器固定安装在电机外壳表面，电压传感器和电流传感器嵌置在电机配电箱内。
S3：对数据采集模块与中央处理模块进行集成；将声频传感器、振动传感器、温度传感器、电压传感器和电流传感器数据进行预处理后与中央处理模块集成。
S4：中央处理模块对声频传感器、振动传感器、温度传感器、电压传感器和电流传感器所采集得到的信息进行编码；将相应的模拟信号格式转换成数字信号。
S5：将中央处理模块与通讯模块电性连接；中央处理模块将数字信号传输给通讯模块。
S6：将通讯模块与应用云平台建立通讯通道；通讯模块上设置有WiFi天线并与应用云平台连接传输数据；通讯模块上还设置有Sub-1GHz模块，当WiFi天线并与应用云平台连接断开时，Sub-1GHz模块与邻近通讯模块连接，再通过邻近的WiFi天线向应用云平台传输数据；通讯模块上还设置有移动客户端接口，移动客户端与通讯模块连接时，移动客户端接收数据后再由移动客户端通过3G/4G传输至应用云平台。
S7：应用平台对接收信息进行解码、分析。应用云平台将接收数据重新回归曲线拟合、快速傅立叶变换计算接收数据的表示格式。电机运转时，根据实时监测，采集到电机在运转时的声频、振动、温度、电压和电流数据并进行各项数据统计，并对统计数据进行正态分析和方差分析。对于异常数据进行标记，再通过实际确认后对标记数据进行故障分类，标记数据作为故障参考数据并进行故障数据统计构成数据库。数据库根据采集到的数据进行分析和积累，做出预警和判断，实现对电机监测的智能化以及数据库的自我学习。对声频、振动、温度、电压和电流数据进行综合分析，并根据声频、振动、温度、电压和电流阈值或边界值实现对电机轴承的“健康”状况准确定性分析，为电机运维提供数据参考。如超出阈值或边界值，应用云平台向监管人员发布预警，采集通讯模块同时以不同LED颜色发布预警或报警。
实施例3：一种电机监测方法，针对于实施例1和实施例2某型号电机已建立数据库的情况下，适合快速巡检或定检，包括以下步骤：
S1：在电机机壳表面贴上唯一识别码，该唯一识别码作为电机的一种身份信息并同时作为一个登录端口，通过相关的电子设备扫码即可登录并录入电机的相关参数且保存相关参数信息，建立电机列表；第二次扫描即可自动连接接入电机列表中。
S2：对被测电机集成数据采集模块；将声频传感器、振动传感器和温度传感器固定安装在电机外壳表面。
S3：对数据采集模块与中央处理模块进行集成；将声频传感器、振动传感器和温度传感器通过数据进行预处理后与中央处理模块集成。
S4：中央处理模块对声频传感器、振动传感器和温度传感器所采集得到的信息进行编码；将相应的模拟信号格式转换成数字信号。
S5：将中央处理模块与通讯模块电性连接；中央处理模块将数字信号传输给通讯模块。
S6：将通讯模块与应用云平台建立通讯通道；通讯模块上设置有WiFi天线并与应用云平台连接传输数据；通讯模块上还设置有Sub-1GHz模块，当WiFi天线并与应用云平台连接断开时，Sub-1GHz模块与邻近通讯模块连接，再通过邻近的WiFi天线向应用云平台传输数据；通讯模块上还设置有移动客户端接口，移动客户端与通讯模块连接时，移动客户端接收数据后再由移动客户端传输至应用云平台。
S7：应用平台对接收信息进行解码、分析。应用云平台将接收数据重新回归曲线拟合、快速傅立叶变换计算接收数据的表示格式。并根据数据库对声频、振动和温度数据进行正态分析和方差分析然后再综合分析。对于综合分析相似度高于60％时启动预警，并作入计划进行主动运维。
对于所采集数据超过采集阈值时，采集模块和通讯模块报警并向应用云平台报警。对异常数据进行标记，再通过实际确认后对标记数据进行故障分类，标记数据作为故障参考数据并进行故障数据统计构成数据库。数据库根据采集到的数据进行分析和积累，做出预警和判断，实现对电机监测的智能化以及数据库的自我学习化。对声频、振动和温度数据进行综合分析，并根据声频、振动、温度、电压和电流阈值或边界值实现对电机轴承的准确定性分析，为电机运维提供数据参考。
本发明中各实施例的技术方案可进行组合，实施例中的技术特征亦可进行组合形成新的技术方案。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种电机监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对被测电机建立身份数据；
S2：对被测电机集成数据采集模块；
S3：对所述数据采集模块与中央处理模块进行集成；
S4：所述中央处理模块对采集得到的数据进行编码；
S5：将所述中央处理模块与通讯模块电性连接；
S6：将所述通讯模块与应用云平台建立通讯通道；
S7：所述应用平台对接收数据进行解码、分析。
2.根据权利要求1所述的电机监测方法，其特征在于：所述S1步骤中对被测电机设置唯一编码并绑定电机的参数。
3.根据权利要求1所述的电机监测方法，其特征在于：所述S2步骤中数据采集模块包括声频传感器、振动传感器、温度传感器、电压传感器和电流互感器。
4.根据权利要求3所述的电机监测方法，其特征在于：所述声频传感器安装在被测电机的外壳表面或轴承前后两端；所述振动传感器安装在被测电机的外壳表面或轴承前后两端；所述温度传感器安装在被测电机的外壳表面,定子三相绕组或轴承前后两端；所述电流互感器安装在配电箱内或电机接线盒内，所述电压传感器安装在配电箱内或电机接线盒内。
5.根据权利要求4所述的电机监测方法，其特征在于：所述S4步骤中编码是将所采集到的声频、振动、温度、电压和电流根据采集频率进行重建还原处理，模拟数据格式转换成数字信号。
6.根据权利要求1所述的电机监测方法，其特征在于：所述S6步骤中通讯通道包括WiFi模块与应用云平台连接通道、Sub-1 GHz模块与邻近通讯模块连接以及通过移动客户端与通讯模块连接，移动客户端接收数据后再由移动客户端传输至应用云平台。
7.根据权利要求1所述的电机监测方法，其特征在于：所述S7步骤中解码包括数据回归曲线拟合、快速傅立叶变换计算接收数据的表示格式。
8.根据权利要求6所述的电机监测方法，其特征在于：所述解码设置阈值或边界条件。
9.根据权利要求7所述的电机监测方法，其特征在于：所述解码超过阈值或边界条件时，应用云平台向监管设备和采集通讯模块发送指令。
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