CN114383654A - 一种电机温度、振动、电流分析及寿命预测电路 - Google Patents

一种电机温度、振动、电流分析及寿命预测电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电机温度、振动、电流分析及寿命预测电路，属于电机技术领域，包括计算机、PLC、现场仪表、MCU主控板和显示屏，所述计算机、PLC、现场仪表和显示屏均与MCU主控板相连接，其中，现场仪表有多个，主控板MCU读取现场仪表的信号，通信协议按照设置的不同地址进行区别，调试时用RS485串口通讯线将电脑和MCU主控板连接，测试完成后在正常使用时用RS485通讯线将MCU主控板与PLC连接，本发明通过DSP单片机高精度地处理现场仪表检测回来的信号，将不易察觉的变化量计算后显示在系统上，提示检修人员以达到提前预测电机运行状态和可能出现的温度，及时检查维护，保证生产能够长时间连续，减少因设备损坏而造成的损失。

Description

一种电机温度、振动、电流分析及寿命预测电路
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体是一种电机温度、振动、电流分析及寿命预测电路。
背景技术
为了保证工厂非限电时间内的设备可持续化长久运行，对电机的维护是必不可少的，而电机在工厂维护人员常规巡检时用通过电机的基本运行参数很难用肉眼直接检查出存在的问题，电机的寿命情况很难得到预测，并且电机如果出现故障一般情况会比较严重，会直接影响生产电机温度、振动分析、寿命预测及维保建议技术就是为了改善这一问题而产生，通过检测电机当前运行状态的细微变化，反馈到操作的DCS系统中及时提示，方便维护人员在停机时及时检查维护，避免在正常生产时突然故障造成影响生产，从而降低客户产生损失的概率。
传统方案对电机振动温度等均有检测，DCS画面能实时检测，但主要存在以下缺点：画面上显示的数据绝大多数情况下生产人员不会去过于关注，相应的温度和振动，连锁停止电机的保护值一般都较大，如果直接减小该部分保护值又会影响生产，部分参数在电机产生异常前会有存在波动的现象，而DCS系统上显示的值与模块通道采样和画面更新以及程序内是否存在滤波有关，并且设计初衷可能并未考虑对电机寿命以及维护方面做考虑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电机温度、振动、电流分析及寿命预测电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种电机温度、振动、电流分析及寿命预测电路，包括计算机、PLC、现场仪表、MCU主控板和显示屏，所述计算机、PLC、现场仪表和显示屏均与MCU主控板相连接，其中，现场仪表有多个，主控板MCU读取现场仪表的信号，通信协议按照设置的不同地址进行区别，调试时用RS485串口通讯线将电脑和MCU主控板连接，测试完成后在正常使用时用 RS485通讯线将MCU主控板与PLC连接，将分析处理后的信号传送到PLC中。
作为本发明的进一步技术方案：所述单片机的型号为TMS320F280049。
作为本发明的进一步技术方案：所述现场仪表包括震动传感器、温度传感器和磁场强度传感器。
作为本发明的进一步技术方案：电机的振动值传输到MCU中需要分两种处理方式，方式1：得到信号后通过2阶巴特沃兹低通滤波器滤除高频干扰信号后对其在固定时间段内进行积分平均，获得其振动的近似有效值，将该值与设备刚调试完成后的数值进行比对，将该数值返回DCS系统，并描绘出曲线，如该曲线有上升趋势，则需要检修和维护电机；方式2：在电机运行时，获取其信号在固定时间段内的峰峰值，返回DCS系统，如峰峰值过大，则也需要检修电机，观察电机运行时是否存在异响。
作为本发明的进一步技术方案：温度的检测是通过电机内置PT100热电阻测量三相绕组上的温度。
作为本发明的进一步技术方案：所述MCU主控板与现场仪表的连接采用RS485通讯或过MCU主控自带的3.45MSPS 12位模数转换器通过读取现场传感器的4-20MA信号后进行转换，得到传感器测得的当前数值大小。
作为本发明的进一步技术方案：从现场仪表出来的信号经过一个将4-20MA信号1分为2的变送器，之后一路信号返回DCS系统，另一路信号送给主控板，测算信号值。
作为本发明的进一步技术方案：RS485通讯芯片采用MAX485芯片,其中MAX485芯片的 5脚和8脚是电源引脚；MAX485芯片的5脚连接电容C7和接地端，MAX485芯片的8脚连接电容C7的另一端和5V直流电压，6脚和7脚就是RS485通信中的A和B两个引脚；MAX485 芯片的6脚连接电阻R5和RS485接口的A引脚，MAX485芯片的7脚连接电阻R5的另一端和RS485接口的B引脚，MAX485的1脚和4脚分别接到单片机的RXD和TXD引脚上，直接使用单片机UART进行数据接收和发送；2脚和3脚是方向引脚，其中2脚是低电平使能接收器，3脚是高电平使能输出驱动器，2脚和3脚连到一起，不发送数据时，保持这两个引脚低电平，MAX485芯片处于接收状态，当需要发送数据时，将这个引脚拉高，发送数据，发送完毕后再拉低这个引脚，MAX485芯片的A和B引脚之间并接有一个用于提高抗干扰性能的电阻。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过DSP单片机高精度地处理现场仪表检测回来的信号，将不易察觉的变化量计算后显示在系统上，提示检修人员以达到提前预测电机运行状态和可能出现的温度，及时检查维护，保证生产能够长时间连续，减少因设备损坏而造成的损失。
附图说明
图1是系统框图。
图2是TMS320F280049CMPS最小单片机框图。
图3是1分2信号变送器接线图。
图4是MAX485芯片引脚图。
具体实施方式
下面将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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例1：请参阅图1-4，一种电机温度、振动、电流分析及寿命预测电路，包括计算机、PLC、现场仪表、MCU主控板和显示屏，所述计算机、PLC、现场仪表和显示屏均与 MCU主控板相连接，其中，现场仪表有多个，主控板MCU读取现场仪表的信号，通信协议按照设置的不同地址进行区别，调试时用RS485串口通讯线将电脑和MCU主控板连接，测试完成后在正常使用时用RS485通讯线将MCU主控板与PLC连接，将分析处理后的信号传送到PLC中，并且在MCU上还配有一块数显屏，用于方便观察实时数据。
实施例2：在实施例1的基础上，如图2所示，本发明采用型号为TMS320F280049的DSP功能的单片机为主控，其中，MCU主控板与现场仪表的连接初期设计为可以采用RS485通讯的方式，也可以通过MCU主控自带的3.45MSPS12位模数转换器(ADC)通过读取现场传感器的4-20MA信号后进行转换，得到传感器测得的当前数值大小。考虑到为了与现场实际使用相近，测试使用了主控自带的模数转换器，从现场仪表出来的信号经过一个将 4-20MA信号1分为2的变送器，后一路信号依旧返回DCS系统，另一路信号送给主控板，测算信号值。
实施例3，在实施例2的基础上，RS485通讯芯片采用MAX485，如图4中的MAX485, 其中MAX485的5脚和8脚是电源引脚；MAX485的5脚连接电容C7和接地端，MAX485的8 脚连接电容C7的另一端和5V直流电压，6脚和7脚就是RS485通信中的A和B两个引脚； MAX485的6脚连接电阻R5和RS485接口的A引脚，MAX485的7脚连接电阻R5的另一端和RS485接口的B引脚，MAX485的1脚和4脚分别接到单片机的RXD和TXD引脚上，直接使用单片机UART进行数据接收和发送；2脚和3脚是方向引脚，其中2脚是低电平使能接收器，3脚是高电平使能输出驱动器，我们把这两个引脚连到一起，平时不发送数据的时候，保持这两个引脚是低电平，让MAX485处于接收状态，当需要发送数据的时候，把这个引脚拉高，发送数据，发送完毕后再拉低这个引脚就可以了。为了提高RS485的抗干扰能力，需要在靠近MAX485的A和B引脚之间并接一个电阻，电阻阻值为100Ω-1KΩ。
实施例4，在实施例3的基础上，电机的振动值回传到DCS系统中，该信号在MCU 中需要分两种处理方式，方式1：得到信号后通过2阶巴特沃兹低通滤波器滤除高频干扰信号后对其在固定时间段内进行积分平均，获得其振动的近似有效值，将该值与设备刚调试完成后的数值进行比对，将该数值返回DCS系统，并描绘出曲线，如该曲线有上升趋势，则需要注意检修，维护电机；方式2：在电机运行时，获取其信号在固定时间段内的峰峰值，返回DCS系统，如峰峰值过大，则也需要检修电机，观察电机运行时是否存在异响。
实施例5，在实施例4的基础上，温度的检测通过电机内置PT100热电阻测量三相绕组上的温度，正常运行时三相绕组温度应当温度平衡，如出现不平衡状态后，应当及时检查进线电压、电容补偿是否正常、接线是否牢靠。
实施例6，在实施例5的基础上，通过的变频器软件观察变频器输出的电流状态，变频器单相输出的电流有效值如果在稳定运行中出现较大的波动也是不正常的，需要注意检查电机工作状态。
本发明通过DSP单片机高精度地处理现场仪表检测回来的信号，将不易察觉的变化量计算后显示在系统上，提示检修人员以达到提前预测电机运行状态和可能出现的温度，及时检查维护，保证生产能够长时间连续，减少因设备损坏而造成的损失。
通过上述技术方案，使用该系统后能对电机运行状态有更直面的了解，分析出存在问题的位置，例如提前分析出电机振动异常后，维护人员可及时在停机检修的时候对电机轴的同轴度，转子是否正常等情况及时做检查，对工作状态确认为异常的电机及时购买备件，避免造成无件更换影响生产。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种电机温度、振动、电流分析及寿命预测电路，包括计算机、PLC、现场仪表、MCU主控板和显示屏，其特征在于，所述计算机、PLC、现场仪表和显示屏均与MCU主控板相连接，其中，现场仪表有多个，主控板MCU读取现场仪表的信号，通信协议按照设置的不同地址进行区别，调试时用RS485串口通讯线将电脑和MCU主控板连接，测试完成后在正常使用时用RS485通讯线将MCU主控板与PLC连接，将分析处理后的信号传送到PLC中。
2.根据权利要求1所述的一种配网自动化终端自动化闭环调试装置，其特征在于，所述单片机的型号为TMS320F280049。
3.根据权利要求1所述的一种配网自动化终端自动化闭环调试装置，其特征在于，所述现场仪表包括震动传感器、温度传感器和磁场强度传感器。
4.根据权利要求1所述的一种电机温度、振动、电流分析及寿命预测电路，其特征在于，电机的振动值传输到MCU中需要分两种处理方式，方式1：得到信号后通过2阶巴特沃兹低通滤波器滤除高频干扰信号后对其在固定时间段内进行积分平均，获得其振动的近似有效值，将该值与设备刚调试完成后的数值进行比对，将该数值返回DCS系统，并描绘出曲线，如该曲线有上升趋势，则需要检修和维护电机；方式2：在电机运行时，获取其信号在固定时间段内的峰峰值，返回DCS系统，如峰峰值过大，则也需要检修电机，观察电机运行时是否存在异响。
5.根据权利要求1所述的一种电机温度、振动、电流分析及寿命预测电路，其特征在于，温度的检测是通过电机内置PT100热电阻测量三相绕组上的温度。
6.根据权利要求1所述的一种电机温度、振动、电流分析及寿命预测电路，其特征在于，所述MCU主控板与现场仪表的连接采用RS485通讯或过MCU主控自带的3.45MSPS 12位模数转换器通过读取现场传感器的4-20MA信号后进行转换，得到传感器测得的当前数值大小。
7.根据权利要求1所述的一种电机温度、振动、电流分析及寿命预测电路，其特征在于，从现场仪表出来的信号经过一个将4-20MA信号1分为2的变送器，之后一路信号返回DCS系统，另一路信号送给主控板，测算信号值。
8.根据权利要求1所述的一种电机温度、振动、电流分析及寿命预测电路，其特征在于，RS485通讯芯片采用MAX485,其中5脚和8脚是电源引脚；6脚和7脚是RS485通信中的A和B两个引脚；1脚和4脚分别接到单片机的RXD和TXD引脚上，直接使用单片机UART进行数据接收和发送；2脚和3脚是方向引脚，其中2脚是低电平使能接收器，3脚是高电平使能输出驱动器，2脚和3脚连到一起，不发送数据时，保持这两个引脚低电平，MAX485处于接收状态，当需要发送数据时，将这个引脚拉高，发送数据，发送完毕后再拉低这个引脚，MAX485的A和B引脚之间并接有一个用于提高抗干扰性能的电阻。
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