CN112595972A - 一种基于计算机的电机运行状态实时监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于计算机的电机运行状态实时监测系统，包括计算机控制平台、注册登录单元、数据库、预知性监测单元、保护性监测单元、状态判定单元以及预警单元；通过预知性监测单元对电机设备数据进行监测，获取电机轴承的水平度、电机齿轮箱工作时的异响分贝值以及电机转子的转动间歇时间，通过公式获取到设备监测系数MDi，若设备监测系数MDi＜监测系数阈值，则判定电机设备异常，生成设备检修信号，并将设备检修信号和设备型号发送至计算机控制平台，计算机控制平台接收到设备检修信号和设备型号后将其以短信的形式发送至维修人员手机终端，能够有效预防电机出现故障，减少故障对工作效率的影响，提高了工作效率。

Description

一种基于计算机的电机运行状态实时监测系统

技术领域

本发明涉及电机运行状态监测技术领域，具体为一种基于计算机的电机运行状态实时监测系统。

背景技术

电机具有结构简单、制造方便、价格便宜、运行可靠等优点，广泛应用于驱动机床、水泵、鼓风机、压缩机、起重机、卷扬机以及矿山机械等设备，是工业企业各类设备的主要动力源，在生产生活中占有举足轻重的地位。在发达国家，电机所消耗的电量已占到全部发电量的一半以上；在国内，电机的用电量约占总发电量的60％左右。

公告号为CN104677424A的专利公开了一种旋转电机状态监测系统。通过光纤和通讯电缆将集成的带有测电流信号的模拟输入模块和计数器模块的PXI系统，安装继电器模块的PLC系统与上位计算机进行远程通讯控制各电磁阀组的切换与打开关断，实现对静压，风速等关键数据采集、发送和接收。本发明实现了对旋转电机状态参数的直接、可靠和准确测量，采用远程控制及现场站点控制改变了长期通风试验使用大量长距离接线的状况，现场测点与采集控制装置采用短距离接线。

但是在该专利中，不能够对电机的运行状态进行监测，容易造成电机工作状态不匹配，降低电机使用寿命，同时，也不能够对电机的设备进行预测检测，不能够预防电机故障的发生。

发明内容

本发明的目的就在于提出一种基于计算机的电机运行状态实时监测系统，通过状态判定单元分析电机的转速，对电机的运行状态进行判定，获取电机的同步转速，获取电网频率和电机磁极对数，通过公式获取到电机的实时电机转速NDi；通过同步转速ZDi与实时电机转速NDi之差与同步转速ZDi的比值计算出电机的转差率SDi；将电机的转差率SDi与转差率阈值进行比较：若电机的转差率SDi＜转差率阈值，且电机的转差率SDi＞0时，则判定电机处于电动机状态，生成电动机状态信号；若电机的转差率SDi＜0，且电机的转差率SDi＞负无穷大时，则判定电机处于发电机状态，生成发电机状态信号；若电机的转差率SDi＞转差率阈值，且电机的转差率SDi＜正无穷大时，则判定电机处于制动运行状态，生成制动运行状态信号；对电机的状态进行实时监测，防止状态不匹配，导致对电机造成二次伤害，提高了电机的使用寿命。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于计算机的电机运行状态实时监测系统，包括计算机控制平台、注册登录单元、数据库、预知性监测单元、保护性监测单元、状态判定单元以及预警单元；

所述状态判定单元用于通过分析电机的转速，对电机的运行状态进行判定，将电机标记为Di，i＝1，2，......，n，具体分析判定过程如下：

步骤一、获取电机的同步转速，并将电机的同步转速标记为ZDi；

步骤二、获取电网频率和电机磁极对数，并将电网频率和电机磁极对数对应标记为FDi和PDi；

步骤三、通过公式

获取到电机的实时电机转速NDi；

步骤四、通过同步转速ZDi与实时电机转速NDi之差与同步转速ZDi的比值计算出电机的转差率SDi，即

步骤五、将电机的转差率SDi与转差率阈值进行比较：

若电机的转差率SDi＜转差率阈值，且电机的转差率SDi＞0时，则判定电机处于电动机状态，生成电动机状态信号；

若电机的转差率SDi＜0，且电机的转差率SDi＞负无穷大时，则判定电机处于发电机状态，生成发电机状态信号；

若电机的转差率SDi＞转差率阈值，且电机的转差率SDi＜正无穷大时，则判定电机处于制动运行状态，生成制动运行状态信号；

步骤六、将电动机状态信号、发电机状态信号以及制动运行状态信号发送至计算机控制平台，计算机控制平台接收到电动机状态信号、发电机状态信号以及制动运行状态信号后将其发送至管理人员的手机终端。

进一步地，所述注册登录单元用于监测人员和管理人员通过手机终端发送监测人员信息和管理人员信息进行注册并将注册成功的监测人员信息和管理人员信息发送至数据库进行存储，监测人员信息包括监测人员的姓名、工号、入职时间以及本人实名认证的手机号码，管理人员信息包括管理人员的姓名、工号、入职时间以及本人实名认证的手机号码。

进一步地，所述预知性监测单元用于对电机设备数据进行监测，电机设备数据包括电机轴承的水平度、齿轮箱工作时的异响分贝值以及转子的转动间歇时间，具体监测过程如下：

S1：获取电机轴承的水平度，并将电机轴承的水平度标记为JDi；

S2：获取电机齿轮箱工作时的异响分贝值，并将电机齿轮箱工作时的异响分贝值标记为BDi；

S3：获取电机转子的转动间歇时间，并将电机转子的转动间歇时间标记为TDi；

S4：通过公式

获取到设备监测系数MDi，其中，c1、c2以及c3均为预设比例系数，且c1＞c2＞c3＞0，β为修正因子，取值为2.301236；

S5：将设备监测系数MDi与监测系数阈值进行比较：

若设备监测系数MDi≥监测系数阈值，则判定电机设备正常，生成设备正常信号，并将设备正常信号发送至计算机控制平台，计算机控制平台接收到设备正常信号后将其以短信的形式发送至维修人员手机终端；

若设备监测系数MDi＜监测系数阈值，则判定电机设备异常，生成设备检修信号，并将设备检修信号和设备型号发送至计算机控制平台，计算机控制平台接收到设备检修信号和设备型号后将其以短信的形式发送至维修人员手机终端，维修人员接收到检修信号后将检修时间发送至计算机控制平台，到达检修时间前，计算机控制平台控制该检修电机停止工作。

进一步地，所述保护性监测单元用于对电机运行数据进行监测，电机运行数据包括电机运行时的最大电压、外壳最高温度以及电机工作时的最大阻值，具体监测过程如下：

SS1：获取到电机运行时的最大电压，并将电机运行时的最大电压标记为VDi；

SS2：获取到电机外壳最高温度，并将电机外壳最高温度标记为WDi；

SS3：获取到电机工作时的最大阻值，并将电机工作时的最大阻值标记为RDi；

SS4：通过公式

获取到电机的运行系数PDi，其中，b1、b2以及b3均为预设比例系数，且b1＞b2＞b3＞0；

SS5：将电机的运行系数PDi与运行系数阈值进行比较：

若电机的运行系数PDi≥运行系数阈值，则判定该电机运行正常，生成运行正常信号，并将运行正常信号发送至计算机控制平台；

若电机的运行系数PDi＜运行系数阈值，则判定该电机运行异常，生成运行异常信号，并将运行异常信号和运行异常的设备编号发送至预警单元，预警单元接收到运行异常信号和设备编号后生成预警信号并将预警信号和设备编号以短信的形式发送至维修人员的手机终端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过状态判定单元分析电机的转速，对电机的运行状态进行判定，获取电机的同步转速，获取电网频率和电机磁极对数，通过公式获取到电机的实时电机转速NDi；通过同步转速ZDi与实时电机转速NDi之差与同步转速ZDi的比值计算出电机的转差率SDi；将电机的转差率SDi与转差率阈值进行比较：若电机的转差率SDi＜转差率阈值，且电机的转差率SDi＞0时，则判定电机处于电动机状态，生成电动机状态信号；若电机的转差率SDi＜0，且电机的转差率SDi＞负无穷大时，则判定电机处于发电机状态，生成发电机状态信号；若电机的转差率SDi＞转差率阈值，且电机的转差率SDi＜正无穷大时，则判定电机处于制动运行状态，生成制动运行状态信号；对电机的状态进行实时监测，防止状态不匹配，导致对电机造成二次伤害，提高了电机的使用寿命；

2、本发明中，通过预知性监测单元对电机设备数据进行监测，获取电机轴承的水平度、电机齿轮箱工作时的异响分贝值以及电机转子的转动间歇时间，通过公式获取到设备监测系数MDi，若设备监测系数MDi＜监测系数阈值，则判定电机设备异常，生成设备检修信号，并将设备检修信号和设备型号发送至计算机控制平台，计算机控制平台接收到设备检修信号和设备型号后将其以短信的形式发送至维修人员手机终端，维修人员接收到检修信号后将检修时间发送至计算机控制平台，到达检修时间前，计算机控制平台控制该检修电机停止工作；能够有效预防电机出现故障，减少故障对工作效率的影响，提高了工作效率；

3、本发明中，通过保护性监测单元对电机运行数据进行监测，获取到电机运行时的最大电压、电机外壳最高温度以及电机工作时的最大阻值，通过公式获取到电机的运行系数PDi；将电机的运行系数PDi与运行系数阈值进行比较：若电机的运行系数PDi＜运行系数阈值，则判定该电机运行异常，生成运行异常信号，并将运行异常信号和运行异常的设备编号发送至预警单元，预警单元接收到运行异常信号和设备编号后生成预警信号并将预警信号和设备编号以短信的形式发送至维修人员的手机终端；电机出现故障时能够及时进行维修，减少等待维修的时间，提高了工作效率。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的原理框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，一种基于计算机的电机运行状态实时监测系统，包括计算机控制平台、注册登录单元、数据库、预知性监测单元、保护性监测单元、状态判定单元以及预警单元；

所述注册登录单元用于监测人员和管理人员通过手机终端发送监测人员信息和管理人员信息进行注册并将注册成功的监测人员信息和管理人员信息发送至数据库进行存储，监测人员信息包括监测人员的姓名、工号、入职时间以及本人实名认证的手机号码，管理人员信息包括管理人员的姓名、工号、入职时间以及本人实名认证的手机号码；

所述状态判定单元用于通过分析电机的转速，对电机的运行状态进行判定，将电机标记为Di，i＝1，2，......，n，具体分析判定过程如下：

步骤一、获取电机的同步转速，并将电机的同步转速标记为ZDi；

步骤二、获取电网频率和电机磁极对数，并将电网频率和电机磁极对数对应标记为FDi和PDi；

步骤三、通过公式

获取到电机的实时电机转速NDi；

步骤四、通过同步转速ZDi与实时电机转速NDi之差与同步转速ZDi的比值计算出电机的转差率SDi，即

步骤五、将电机的转差率SDi与转差率阈值进行比较：

若电机的转差率SDi＜转差率阈值，且电机的转差率SDi＞0时，则判定电机处于电动机状态，生成电动机状态信号；

若电机的转差率SDi＜0，且电机的转差率SDi＞负无穷大时，则判定电机处于发电机状态，生成发电机状态信号；

若电机的转差率SDi＞转差率阈值，且电机的转差率SDi＜正无穷大时，则判定电机处于制动运行状态，生成制动运行状态信号；

步骤六、将电动机状态信号、发电机状态信号以及制动运行状态信号发送至计算机控制平台，计算机控制平台接收到电动机状态信号、发电机状态信号以及制动运行状态信号后将其发送至管理人员的手机终端；

所述预知性监测单元用于对电机设备数据进行监测，电机设备数据包括电机轴承的水平度、齿轮箱工作时的异响分贝值以及转子的转动间歇时间，具体监测过程如下：

S1：获取电机轴承的水平度，并将电机轴承的水平度标记为JDi；

S2：获取电机齿轮箱工作时的异响分贝值，并将电机齿轮箱工作时的异响分贝值标记为BDi；

S3：获取电机转子的转动间歇时间，并将电机转子的转动间歇时间标记为TDi；

S4：通过公式

获取到设备监测系数MDi，其中，c1、c2以及c3均为预设比例系数，且c1＞c2＞c3＞0，β为修正因子，取值为2.301236；

S5：将设备监测系数MDi与监测系数阈值进行比较：

若设备监测系数MDi≥监测系数阈值，则判定电机设备正常，生成设备正常信号，并将设备正常信号发送至计算机控制平台，计算机控制平台接收到设备正常信号后将其以短信的形式发送至维修人员手机终端；

若设备监测系数MDi＜监测系数阈值，则判定电机设备异常，生成设备检修信号，并将设备检修信号和设备型号发送至计算机控制平台，计算机控制平台接收到设备检修信号和设备型号后将其以短信的形式发送至维修人员手机终端，维修人员接收到检修信号后将检修时间发送至计算机控制平台，到达检修时间前，计算机控制平台控制该检修电机停止工作；

所述保护性监测单元用于对电机运行数据进行监测，电机运行数据包括电机运行时的最大电压、外壳最高温度以及电机工作时的最大阻值，具体监测过程如下：

SS1：获取到电机运行时的最大电压，并将电机运行时的最大电压标记为VDi；

SS2：获取到电机外壳最高温度，并将电机外壳最高温度标记为WDi；

SS3：获取到电机工作时的最大阻值，并将电机工作时的最大阻值标记为RDi；

SS4：通过公式

获取到电机的运行系数PDi，其中，b1、b2以及b3均为预设比例系数，且b1＞b2＞b3＞0；

SS5：将电机的运行系数PDi与运行系数阈值进行比较：

若电机的运行系数PDi≥运行系数阈值，则判定该电机运行正常，生成运行正常信号，并将运行正常信号发送至计算机控制平台；

若电机的运行系数PDi＜运行系数阈值，则判定该电机运行异常，生成运行异常信号，并将运行异常信号和运行异常的设备编号发送至预警单元，预警单元接收到运行异常信号和设备编号后生成预警信号并将预警信号和设备编号以短信的形式发送至维修人员的手机终端。

本发明工作原理：通过状态判定单元分析电机的转速，对电机的运行状态进行判定，具体分析判定过程如下：获取电机的同步转速，并将电机的同步转速标记为ZDi；获取电网频率和电机磁极对数，并将电网频率和电机磁极对数对应标记为FDi和PDi；通过公式

获取到电机的实时电机转速NDi；通过同步转速ZDi与实时电机转速NDi之差与同步转速ZDi的比值计算出电机的转差率SDi，即

将电机的转差率SDi与转差率阈值进行比较：若电机的转差率SDi＜转差率阈值，且电机的转差率SDi＞0时，则判定电机处于电动机状态，生成电动机状态信号；若电机的转差率SDi＜0，且电机的转差率SDi＞负无穷大时，则判定电机处于发电机状态，生成发电机状态信号；若电机的转差率SDi＞转差率阈值，且电机的转差率SDi＜正无穷大时，则判定电机处于制动运行状态，生成制动运行状态信号；将电动机状态信号、发电机状态信号以及制动运行状态信号发送至计算机控制平台，计算机控制平台接收到电动机状态信号、发电机状态信号以及制动运行状态信号后将其发送至管理人员的手机终端。

上述公式均是去量化取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于计算机的电机运行状态实时监测系统，其特征在于，包括计算机控制平台、注册登录单元、数据库、预知性监测单元、保护性监测单元、状态判定单元以及预警单元；

所述状态判定单元用于通过分析电机的转速，对电机的运行状态进行判定，将电机标记为Di，i＝1，2，......，n，具体分析判定过程如下：

步骤一、获取电机的同步转速，并将电机的同步转速标记为ZDi；

步骤二、获取电网频率和电机磁极对数，并将电网频率和电机磁极对数对应标记为FDi和PDi；

步骤三、通过公式

获取到电机的实时电机转速NDi；

步骤四、通过同步转速ZDi与实时电机转速NDi之差与同步转速ZDi的比值计算出电机的转差率SDi，即

步骤五、将电机的转差率SDi与转差率阈值进行比较：

若电机的转差率SDi＜转差率阈值，且电机的转差率SDi＞0时，则判定电机处于电动机状态，生成电动机状态信号；

若电机的转差率SDi＜0，且电机的转差率SDi＞负无穷大时，则判定电机处于发电机状态，生成发电机状态信号；

若电机的转差率SDi＞转差率阈值，且电机的转差率SDi＜正无穷大时，则判定电机处于制动运行状态，生成制动运行状态信号；

步骤六、将电动机状态信号、发电机状态信号以及制动运行状态信号发送至计算机控制平台，计算机控制平台接收到电动机状态信号、发电机状态信号以及制动运行状态信号后将其发送至管理人员的手机终端。

2.根据权利要求1所述的一种基于计算机的电机运行状态实时监测系统，其特征在于，所述注册登录单元用于监测人员和管理人员通过手机终端发送监测人员信息和管理人员信息进行注册并将注册成功的监测人员信息和管理人员信息发送至数据库进行存储，监测人员信息包括监测人员的姓名、工号、入职时间以及本人实名认证的手机号码，管理人员信息包括管理人员的姓名、工号、入职时间以及本人实名认证的手机号码。

3.根据权利要求1所述的一种基于计算机的电机运行状态实时监测系统，其特征在于，所述预知性监测单元用于对电机设备数据进行监测，电机设备数据包括电机轴承的水平度、齿轮箱工作时的异响分贝值以及转子的转动间歇时间，具体监测过程如下：

S1：获取电机轴承的水平度，并将电机轴承的水平度标记为JDi；

S2：获取电机齿轮箱工作时的异响分贝值，并将电机齿轮箱工作时的异响分贝值标记为BDi；

S3：获取电机转子的转动间歇时间，并将电机转子的转动间歇时间标记为TDi；

S4：通过公式

获取到设备监测系数MDi，其中，c1、c2以及c3均为预设比例系数，且c1＞c2＞c3＞0，β为修正因子，取值为2.301236；

S5：将设备监测系数MDi与监测系数阈值进行比较：

若设备监测系数MDi≥监测系数阈值，则判定电机设备正常，生成设备正常信号，并将设备正常信号发送至计算机控制平台，计算机控制平台接收到设备正常信号后将其以短信的形式发送至维修人员手机终端；

若设备监测系数MDi＜监测系数阈值，则判定电机设备异常，生成设备检修信号，并将设备检修信号和设备型号发送至计算机控制平台，计算机控制平台接收到设备检修信号和设备型号后将其以短信的形式发送至维修人员手机终端，维修人员接收到检修信号后将检修时间发送至计算机控制平台，到达检修时间前，计算机控制平台控制该检修电机停止工作。

4.根据权利要求1所述的一种基于计算机的电机运行状态实时监测系统，其特征在于，所述保护性监测单元用于对电机运行数据进行监测，电机运行数据包括电机运行时的最大电压、外壳最高温度以及电机工作时的最大阻值，具体监测过程如下：

SS1：获取到电机运行时的最大电压，并将电机运行时的最大电压标记为VDi；

SS2：获取到电机外壳最高温度，并将电机外壳最高温度标记为WDi；

SS3：获取到电机工作时的最大阻值，并将电机工作时的最大阻值标记为RDi；

SS4：通过公式

获取到电机的运行系数PDi，其中，b1、b2以及b3均为预设比例系数，且b1＞b2＞b3＞0；

SS5：将电机的运行系数PDi与运行系数阈值进行比较：

若电机的运行系数PDi≥运行系数阈值，则判定该电机运行正常，生成运行正常信号，并将运行正常信号发送至计算机控制平台；

若电机的运行系数PDi＜运行系数阈值，则判定该电机运行异常，生成运行异常信号，并将运行异常信号和运行异常的设备编号发送至预警单元，预警单元接收到运行异常信号和设备编号后生成预警信号并将预警信号和设备编号以短信的形式发送至维修人员的手机终端。

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