CN111664888B - 一种分布式减速电机能源监控系统及方法 - Google Patents

一种分布式减速电机能源监控系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分布式减速电机能源监控系统及方法，包括减速电机、采集装置、供电装置、供电单元、集中器、减速电机工作状态检测装置、继电器和服务器，采集装置安装在减速电机上，采集装置用于采集减速电机的振动幅度、绕组温度和油池温度，采集装置与集中器连接，集中器用于将采集装置采集的数据进行集中处理并传递给服务器，供电装置用于给采集装置和减速电机供电，供电单元经继电器与集中器连接，继电器的控制端与减速电机工作状态检测装置连接，减速电机工作状态检测装置与供电装置连接。本发明通过振动传感器、油温传感器和绕组温度传感器对减速电机的振动幅度、油池温度和绕组温度进行实时监测，监测面广。

Description

一种分布式减速电机能源监控系统及方法
技术领域
本发明涉及电机供电监控领域，尤其涉及一种分布式减速电机能源监控系统及方法。
背景技术
对于减速电机集群分布的工业环境，如果需要对每一台减速电机进行能源管理，需要在主控系统内安装多个电流互感器。电流互感器的数量、成本、安装复杂程度与能源管理的设备数量形成矛盾点。
目前的分布式减速电机监测网关(即集中器)主要存在以下缺点：
1.有线供电时电缆敷设实施难度大或无可用电源；
2.如直接使用电机电源，当启停频繁时，网关供电处于交替切断和接通，因此不宜直接使用电机电源；
3.电池供电方式有电池更换问题，需要定期维护。
监测网关现场无法便捷监测减速电机启停状态与电流等信号，产生以下三个问题：
(1)监测网关无法与减速电机同步工作，无论减速电机是否运行，监测装置必须实时在线，以确保监测的准确性，但这样会大幅缩短了监测装置使用寿命；
(2)无法监测电机启停状态，故障诊断与预测时缺少重要参考量，对于监测网关诊断与预测效果有较大的影响；
(3)无法采集减速电机电流实时数据，减速电机的能耗效率未纳入监测网关项目。同时监测网关故障诊断与预测时缺少重要参考量，影响故障诊断与预测结果。
目前的分布式减速电机的运行状态监测大部分是通过电气柜内部的电流互感器+电力仪表进行监测，时效性低，且布线复杂。
发明内容
本发明主要解决现有的分布式减速电机能源监测不够全面且布线复杂导致成本高的问题；提供一种分布式减速电机能源监控系统及方法，解决减速电机及其监测设备现场供电问题，合理布置监测传感器，使得能源监测更加全面，延长装置使用寿命，减少布线的复杂度，降低供电部署成本。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种分布式减速电机能源监控系统，包括减速电机、采集装置、供电装置、供电单元、集中器、减速电机工作状态检测装置、继电器和服务器，所述采集装置安装在减速电机上，所述采集装置用于采集减速电机的振动幅度、绕组温度和油池温度，所述采集装置与集中器连接，所述集中器用于将采集装置采集的数据进行集中处理并传递给服务器，所述供电装置用于给采集装置和减速电机供电，所述供电单元经继电器与集中器连接，所述继电器的控制端与减速电机工作状态检测装置连接，所述减速电机工作状态检测装置与供电装置连接，所述服务器用于将集中器处理后的结果进行存储并显示。通过采集装置，分别对电机的油温温度、绕组温度和振动幅度进行全面监测，使得分布式减速电机的运转更加合理，通过供电单元，解决了传统分布式减速电机集中器无法进行现场供电的问题，同时，电流检测和电压监测采用现场监测，比起传统的电气柜监测，减少布线设置，有效降低成本，通过减速电机工作状态检测装置和继电器对采集装置的工作状态进行控制，根据减速电机的工作状态进行控制，使得集中器的工作过程更加合理，增加供电单元电池的使用寿命。
作为优选，所述的采集装置包括振动传感器、油温传感器和绕组温度传感器，所述振动传感器、油温传感器和绕组温度传感器均安装在减速电机上，所述振动传感器检测减速电机的振动幅度，所述振动传感器与集中器连接，所述油温传感器检测减速电机的油池温度，所述油温传感器与集中器连接，所述绕组温度传感器检测减速电机绕组温度，所述绕组温度传感器与集中器连接。通过振动传感器、油温传感器和绕组温度传感器对减速电机的振动幅度、油池温度和绕组温度进行监测并传递给集中器，实现减速电机的能源监控。
作为优选，所述的减速电机工作状态检测装置包括电流互感器、电压探针和控制模块、所述电流互感器检测减速电流绕组的工作电流大小，所述电压探针检测减速电机的电压大小，所述控制模块分别与电流互感器和电压探针连接，所述控制模块与继电器连接。通过电流互感器和电压探针对减速电机的绕组电流和电压进行检测，并根据检测结果控制继电器的开闭，使得供电单元在减速电机工作时工作，在减速电机不工作时进行休眠状态，延长装置的使用寿命。
作为优选，还包括报警装置，所述报警装置包括比较器U1、比较器U2、与门电路AND、三极管VT1、分流电阻R1、电池VCC和蜂鸣器，所述比较器U1的第一输入端与油温传感器的输出端连接，所述比较器U1的第二输入端输入第一基准电流信号Iref1，所述比较器U1的输出端和与门电路AND的第一输入端连接，所述比较器U2的第一输入端与绕组温度传感器的输出端连接，所述比较器U2的第二输入端输入第二基准电流信号Iref2，所述比较器U2的输出端和与门电路AND的第二输入端连接，所述与门电路AND的输出端与三极管VT1的基极连接，所述三极管VT1的集电极经分流电阻R1与电池VCC连接，所述三极管的发射极经蜂鸣器接地。当油箱内润滑油的温度和绕组温度到达一定程度时，报警装置的蜂鸣器进行温度报警，防止减速电机出现超负荷工作，出现齿轮卡死等情况。
作为优选，所述的还包括电池管理系统和切换开关，所述电池管理系统与供电单元连接，所述切换开关的第一端包括第一触点和第二触点，所述第一触点与供电装置连接，所述第二触点与继电器连接，所述切换开关的第二端与供电单元连接，所述切换开关的控制端与电池管理系统连接。通过电池管理系统对切换开关的控制，使得供电单元在充放电状态进行合理切换，提高供电单元电池使用寿命。
作为优选，还包括整流器、DC/DC转换器和稳压器，所述整流器的输入端与市电连接，所述整流器的输出端与DC/DC转换器的输入端连接，所述DC/DC转换器的输出端与稳压器的输入端连接，所述稳压器的输出端与电源连接。利用整流器、DC/DC转换器和稳压器将市电转换成适合电机使用和存储的电压。
作为优选，所述的供电装置包括电源芯片、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R3、二极管D4、二极管D5、晶体管M2和储能电池BAT，所述电源芯片的IN脚分别与电容C1的一端、二极管D5的阳极以及稳压器输出端连接，所述电容C1的另一端分别与电源芯片的DRV脚以及晶体管M2的G极连接，所述晶体管M2的D极与电源芯片的CS脚连接，所述晶体管M2的S极与二极管D4的阳极连接，所述二极管D4的阴极分别与电容C3的一端以及储能电池BAT的一端连接，所述电容C3的另一端以及储能电池BAT的另一端均接地，所述电源芯片的ISET脚经电阻R3接地，所述电源芯片的GND脚接地，所述电源芯片的CT脚经电容C2接地，所述电源芯片的RSTRT脚接地，所述二极管D5的阴极与电源芯片的CHG脚连接，所述电源芯片的EN脚输入一个使能信号EN。通过电源实现分布式减速电机的现场供电，电源芯片的型号为MAX1898。
一种分布式减速电机能源监控方法，包括以下步骤：
步骤S1：通过电流互感器和电压探针采集减速电机回路状态信息；
步骤S2：控制模块根据步骤S1的信息控制继电器的开闭；
步骤S3：电池管理系统控制切换开关使供电单元进行充放电状态切换；
步骤S4：集中器接收采集装置的采集信息；
步骤S5：设置油池温度阈值和电机绕组温度阈值，与采集的油池温度和电机绕组温度进行比较，当采集的油池温度大于设置的油池温度阈值且采集的电机绕组温度大于设置的电机绕组温度阈值时，报警装置进行报警，否则，报警装置不工作；
步骤S6：服务器显示采集信息并显示报警装置的工作状态。
作为优选，所述的步骤S3中电池管理系统进行控制时包括以下步骤：
步骤S31：设置供电单元第一电量阈值L、第二电量阈值Q和第三电量阈值H；
步骤S32：获取供电单元的实时电量K；
步骤S33：当K≤L时，控制切换开关第一端的第一触点与第二端连接，供电单元进入充电状态，供电装置对供电单元进行快充，当L<K≤Q时，供电装置对供电单元进行慢充，当Q<K≤H时，控制切换开关第一端的第二触点与第二端连接，供电单元进入放电状态。
本发明的有益效果是：(1)通过振动传感器、油温传感器和绕组温度传感器对减速电机的振动幅度、油池温度和绕组温度进行实时监测，监测面广；(2)通过供电单元，实现集中器的现场供电，解决集中器与电气柜之间布线困难的问题，降低供电部署成本；(3)通过报警装置，在油温和绕组温度到达一定程度时进行自动报警，防止高负荷工作导致齿轮卡死：(4)设置电池管理系统和切换开关，对供电单元的充放电进行合理化管理，延长电池使用寿命。
附图说明
图1是实施例一的能源监控系统的结构示意图。
图2是实施例一的电源的电路原理图。
图3是实施例一的报警装置的电路原理图。
图4是实施例一的能源监控方法的流程框图。
图中1.服务器，2.减速电机，3.振动传感器，4.油温传感器，5.绕组温度传感器，6.电流互感器，7.电压探针，12.蜂鸣器，13.集中器，14.供电装置，15.供电单元，16.电池管理系统，17.切换开关，18.继电器，19.控制模块。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例一：一种分布式减速电机能源监控系统，如图1所示，包括减速电机2、振动传感器3、油温传感器4、绕组温度传感器5、供电装置14、电流互感器6、电压探针7、服务器1、供电单元15、控制模块19、继电器18、电池管理系统16、切换开关17和集中器13，振动传感器3和绕组温度传感器5均安装在减速电机2上，振动传感器3检测减速电机2的振动幅度，振动传感器3通过无线通讯单元与集中器13连接，油温传感器4检测减速电机2的油池温度，油温传感器4通过无线通讯单元与集中器13连接，绕组温度传感器5检测减速电机2绕组温度，绕组温度传感器5通过无线通讯单元与集中器13连接，供电装置14为减速电机2、振动传感器3、油温传感器4和绕组温度传感器5供电，电流互感器6检测减速电机2的电流，电流互感器6通过有线通讯单元与控制模块19连接，电压探针7检测减速电机2的工作电压，电压探针7通过有线通讯单元与控制模块19连接，控制模块19与继电器18的控制端连接，供电单元15与电池管理系统16连接，切换开关17的第一端包括第一触点和第二触点，第一触点与供电装置14连接，第二触点与继电器18连接，切换开关17的第二端与供电单元15连接，切换开关17的控制端与电池管理系统16连接，继电器18与集中器13连接，集中器13用于将采集装置采集的数据进行集中处理并传递给服务器，服务器用于将集中器13处理后的结果进行存储并显示。
本发明还设置有整流器、DC/DC转换器和稳压器，整流器的输入端与市电连接，整流器的输出端与DC/DC转换器的输入端连接，DC/DC转换器的输出端与稳压器的输入端连接，稳压器的输出端与供电装置14连接。
如图3所示，供电装置14包括电源芯片、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R3、二极管D4、二极管D5、晶体管M2和储能电池BAT，电源芯片的IN脚分别与电容C1的一端、二极管D5的阳极以及稳压器输出端连接，电容C1的另一端分别与电源芯片的DRV脚以及晶体管M2的G极连接，晶体管M2的D极与电源芯片的CS脚连接，晶体管M2的S极与二极管D4的阳极连接，二极管D4的阴极分别与电容C3的一端以及储能电池BAT的一端连接，电容C3的另一端以及储能电池BAT的另一端均接地，电源芯片的ISET脚经电阻R3接地，电源芯片的GND脚接地，电源芯片的CT脚经电容C2接地，电源芯片的RSTRT脚接地，二极管D5的阴极与电源芯片的CHG脚连接，电源芯片的EN脚输入用于一个使能信号EN，电源芯片的型号为MAX1898。
如图4所示，本发明还设置有报警装置，报警装置包括比较器U1、比较器U2、与门电路AND、三极管VT1、分流电阻R1、电池VCC和蜂鸣器12，比较器U1的第一输入端与油温传感器4的输出端连接，比较器U1的第二输入端输入第一基准电流信号Iref1，比较器U1的输出端和与门电路AND的第一输入端连接，比较器U2的第一输入端与绕组温度传感器5的输出端连接，比较器U2的第二输入端输入第二基准电流信号Iref2，比较器U2的输出端和与门电路AND的第二输入端连接，与门电路AND的输出端与三极管VT1的基极连接，三极管VT1的集电极经分流电阻R1与电池VCC连接，三极管的发射极经蜂鸣器12接地。
本发明还提供一种分布式减速电机能源监控方法，适用于一种分布式减速电机能源监控系统，包括以下步骤：
步骤S1：通过电流互感器和电压探针采集减速电机回路状态信息；
步骤S2：控制模块19根据步骤S1的信息控制继电器18的开闭；
步骤S3：电池管理系统16控制切换开关17使供电单元15进行充放电状态切换；电池管理系统16进行控制时包括以下步骤：
步骤S31：设置供电单元15第一电量阈值L、第二电量阈值Q和第三电量阈值H；
步骤S32：获取供电单元15的实时电量K；
步骤S33：当K≤L时，控制切换开关17第一端的第一触点与第二端连接，供电单元15进入充电状态，供电装置14对供电单元15进行快充，当L<K≤Q时，供电装置14对供电单元15进行慢充，当Q<K≤H时，控制切换开关17第一端的第二触点与第二端连接，供电单元15进入放电状态；
步骤S4：集中器13接收采集装置的采集信息；
步骤S5：设置油池温度阈值和电机绕组温度阈值，与采集的油池温度和电机绕组温度进行比较，当采集的油池温度大于设置的油池温度阈值且采集的电机绕组温度大于设置的电机绕组温度阈值时，报警装置进行报警，否则，报警装置不工作；
步骤S6：服务器显示采集信息并显示报警装置的工作状态。
在具体应用中，将振动传感器3安装在减速电机2的上端位置，将绕组温度传感器5安装在电机绕组上，将油温传感器4安装在润滑油池底部放油孔位置，通过无线通讯单元与集中器13进行连接，通过振动传感器3、绕组温度传感器5和油温传感器4对减速电机2进行能源监控，同时，在减速电机2上安装供电装置14，区别于传统的分布式减速电机2，减少布线难度，同时对电机的电流和电压进行实时监测，判断电机的工作状态，控制集中器13的启动和休眠，延长装置使用寿命，为集中器13设置单独的供电单元15，通过电池管理系统16在供电单元15不同电量时进行电池的有序充放电，增加电池使用寿命，当油孔位置的润滑油温度和绕组温度到达一定程度时，报警装置的蜂鸣器12进行温度报警，防止减速电机2出现超负荷工作，出现齿轮卡死的情况。
绕组温度传感器包括欧姆表、第一线圈、电子开关K1、定值电阻R1、第一热敏电阻Rr1、第二线圈、电子开关K2、定值电阻R2、第二热敏电阻Rr2、第三线圈、电子开关K3、定值电阻R3、第三热敏电阻Rr3。将第一线圈、第二线圈和第三线圈分别安装在电机定子铁芯之间的间隙处，电子开关K1的控制端与第一线圈连接，电子开关K2的控制端与第二线圈连接，电子开关K3的控制端与第三线圈连接，欧姆表的第一端分别与第一热敏电阻Rr1的第一端以及电子开关K1的第一端连接，电子开关K1的第二端经定值电阻R1分别与第一热敏电阻Rr1的第二端、电子开关K2的第一端以及第二热敏电阻Rr2的第一端连接，电子开关K2的第二端经定值电阻R2分别与第二热敏电阻Rr2的第二端、第三热敏电阻Rr3的第一端以及电子开关K3的第一端连接，电子开关K3的第二端经定值电阻R3分别与第三热敏电阻Rr3的第二端以及欧姆表的第二端连接；当电机通电工作时，电阻绕组线圈通电产生磁场，使得第一线圈、第二线圈和第三线圈产生电动势，当绕组转动时使得电子开关K1、电子开关K2和电子开关K3分别导通，通过欧姆表测得第一热敏电阻Rr1、第二热敏电阻Rr2和第三热敏电阻Rr3的值，根据热敏电阻和温度变化的关系得到绕组温度，同时，根据欧姆表显示阻值的时间，得到电机绕组的转速，实现一个传感器既检测温度又测得转速。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.一种分布式减速电机能源监控系统，其特征在于，包括
减速电机、采集装置、供电装置、供电单元、集中器、减速电机工作状态检测装置、继电器和服务器，所述采集装置安装在减速电机上，所述采集装置用于采集减速电机的振动幅度、绕组温度和油池温度，所述采集装置与集中器连接，所述集中器用于将采集装置采集的数据进行集中处理并传递给服务器，所述供电装置用于给采集装置和减速电机供电，所述供电单元经继电器与集中器连接，所述继电器的控制端与减速电机工作状态检测装置连接，所述减速电机工作状态检测装置与供电装置连接，所述服务器用于将集中器处理后的结果进行存储并显示；
所述采集装置包括振动传感器、油温传感器和绕组温度传感器，所述振动传感器、油温传感器和绕组温度传感器均安装在减速电机上，所述振动传感器检测减速电机的振动幅度，所述振动传感器与集中器连接，所述油温传感器检测减速电机的油池温度，所述油温传感器与集中器连接，所述绕组温度传感器检测减速电机绕组温度，所述绕组温度传感器与集中器连接；
绕组温度传感器包括欧姆表、第一线圈、电子开关K1、第一定值电阻、第一热敏电阻Rr1、第二线圈、电子开关K2、第二定值电阻、第二热敏电阻Rr2、第三线圈、电子开关K3、第三定值电阻、第三热敏电阻Rr3；将第一线圈、第二线圈和第三线圈分别安装在电机定子铁芯之间的间隙处，电子开关K1的控制端与第一线圈连接，电子开关K2的控制端与第二线圈连接，电子开关K3的控制端与第三线圈连接，欧姆表的第一端分别与第一热敏电阻Rr1的第一端以及电子开关K1的第一端连接，电子开关K1的第二端经第一定值电阻分别与第一热敏电阻Rr1的第二端、电子开关K2的第一端以及第二热敏电阻Rr2的第一端连接，电子开关K2的第二端经第二定值电阻分别与第二热敏电阻Rr2的第二端、第三热敏电阻Rr3的第一端以及电子开关K3的第一端连接，电子开关K3的第二端经第三定值电阻分别与第三热敏电阻Rr3的第二端以及欧姆表的第二端连接。
2.根据权利要求1所述的一种分布式减速电机能源监控系统，其特征在于，所述减速电机工作状态检测装置包括电流互感器、电压探针和控制模块、所述电流互感器检测减速电流绕组的工作电流大小，所述电压探针检测减速电机的电压大小，所述控制模块分别与电流互感器和电压探针连接，所述控制模块与继电器连接。
3.根据权利要求1所述的一种分布式减速电机能源监控系统，其特征在于，还包括报警装置，所述报警装置包括比较器U1、比较器U2、与门电路AND、三极管VT1、分流电阻R1、电池VCC和蜂鸣器，所述比较器U1的第一输入端与油温传感器的输出端连接，所述比较器U1的第二输入端输入第一基准电流信号Iref1，所述比较器U1的输出端和与门电路AND的第一输入端连接，所述比较器U2的第一输入端与绕组温度传感器的输出端连接，所述比较器U2的第二输入端输入第二基准电流信号Iref2，所述比较器U2的输出端和与门电路AND的第二输入端连接，所述与门电路AND的输出端与三极管VT1的基极连接，所述三极管VT1的集电极经分流电阻R1与电池VCC连接，所述三极管的发射极经蜂鸣器接地。
4.根据权利要求1所述的一种分布式减速电机能源监控系统，其特征在于，还包括电池管理系统和切换开关，所述电池管理系统与供电单元连接，所述切换开关的第一端包括第一触点和第二触点，所述第一触点与供电装置连接，所述第二触点与继电器连接，所述切换开关的第二端与供电单元连接，所述切换开关的控制端与电池管理系统连接。
5.根据权利要求1所述的一种分布式减速电机能源监控系统，其特征在于，还包括整流器、DC/DC转换器和稳压器，所述整流器的输入端与市电连接，所述整流器的输出端与DC/DC转换器的输入端连接，所述DC/DC转换器的输出端与稳压器的输入端连接，所述稳压器的输出端与电源连接。
6.根据权利要求5所述的一种分布式减速电机能源监控系统，其特征在于，所述供电装置包括电源芯片、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R3、二极管D4、二极管D5、晶体管M2和储能电池BAT，所述电源芯片的IN脚分别与电容C1的一端、二极管D5的阳极以及稳压器输出端连接，所述电容C1的另一端分别与电源芯片的DRV脚以及晶体管M2的G极连接，所述晶体管M2的D极与电源芯片的CS脚连接，所述晶体管M2的S极与二极管D4的阳极连接，所述二极管D4的阴极分别与电容C3的一端以及储能电池BAT的一端连接，所述电容C3的另一端以及储能电池BAT的另一端均接地，所述电源芯片的ISET脚经电阻R3接地，所述电源芯片的GND脚接地，所述电源芯片的CT脚经电容C2接地，所述电源芯片的RSTRT脚接地，所述二极管D5的阴极与电源芯片的CHG脚连接，所述电源芯片的EN脚输入一个使能信号EN。
7.一种分布式减速电机能源监控方法，适用于如权利要求1至6任一项所述的一种分布式减速电机能源监控系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：通过电流互感器和电压探针采集减速电机回路状态信息；
步骤S2：控制模块根据步骤S1的信息控制继电器的开闭；
步骤S3：电池管理系统控制切换开关使供电单元进行充放电状态切换；
步骤S4：集中器接收采集装置的采集信息；
步骤S5：设置油池温度阈值和电机绕组温度阈值，与采集的油池温度和电机绕组温度进行比较，当采集的油池温度大于设置的油池温度阈值且采集的电机绕组温度大于设置的电机绕组温度阈值时，报警装置进行报警，否则，报警装置不工作；
步骤S6：服务器显示采集信息并显示报警装置的工作状态。
8.根据权利要求7所述的一种分布式减速电机能源监控方法，其特征在于，所述步骤S3中电池管理系统进行控制时包括以下步骤：
步骤S31：设置供电单元第一电量阈值L、第二电量阈值Q和第三电量阈值H；
步骤S32：获取供电单元的实时电量K；
步骤S33：当K≤L时，控制切换开关第一端的第一触点与第二端连接，供电单元进入充电状态，供电装置对供电单元进行快充，当L<K≤Q时，供电装置对供电单元进行慢充，当Q<K≤H时，控制切换开关第一端的第二触点与第二端连接，供电单元进入放电状态。
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