CN206515445U - 电机故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电机故障诊断系统，包括：设置在电机上的采集装置，其用于采集运行参数；设置有第一信息导入接口的处理装置，第一信息导入接口用于连接存储有故障维修信息的第一外部存储装置；处理装置包括与采集装置和第一信息导入接口信号连接的数据融合模块，其能接收运行参数和故障维修信息，并用于对运行参数和故障维修信息进行数据融合处理，反馈对应的维修建议信息；与数据融合模块信号连接的显示装置，其用于接收和显示维修建议信息。本申请提供的电机故障诊断系统通过数据融合模块进行数据融合处理，得到对应的故障维修信息，从而实现对电机的较佳保护。

Description

电机故障诊断系统

技术领域

本申请涉及电机设备技术领域，尤其涉及一种电机故障诊断系统。

背景技术

本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

目前，大型电机设置的报警和联锁停车装置所起的保护作用比较有限，主要表现在：自动控制装置在事故发生后难以再发挥作用；振动监测系统不完善，监测的对象较为单一(一般只是针对振幅)，缺乏针对其它参数的故障诊断功能。且故障部位常常不能被及时地识别和诊断，有可能引起较大的设备事故，甚至导致整个生产过程瘫痪，严重影响生产效率，带来巨大的经济损失。

大型电机的检修模式多是采用传统的事后维修与定期维修。其中，事后维修是在电机发生故障或者性能下降至合格水平以下时采取的非计划性维修，这种维修方式对生产影响较大，尤其对流程工业或制造业的流水线上的电机来说，电机维修时的停机会造成较大的损失。定期维修即是对电机的检修是按周期进行的，到了规定时间，不论电机有无故障，均需要将电机进行拆机检修；而未到规定时间，电机运转出现小的毛病，有时也会持续运转。这种维修方式不仅会造成维修过剩、降低设备的利用率影响经济效益，而“带病”运行很有可能造成重大的生产事故。另外定期维修还会增加设备的总体故障率，有许多案例说明，原本稳定的设备，经过维修反而更易出现故障，这是因为维修之前系统本身处于稳定的状态，然而经过维修拆装，进行再组合时，安装精度已达不到原来的要求。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供了一种电机故障诊断系统，该系统能实时检测电机的运行状态，并根据电机的运行状态，给出相应地的维修建议。

为了实现上述目的，本申请提供了如下的技术方案。

一种电机故障诊断系统，包括：采集装置，所述采集装置设置在电机上；所述采集装置用于采集所述电机在运行过程中的运行参数；处理装置，所述处理装置设置有第一信息导入接口，所述第一信息导入接口用于连接第一外部存储装置，所述第一外部存储装置中存储有故障维修信息；所述处理装置包括数据融合模块，所述数据融合模块与所述采集装置和所述第一信息导入接口信号连接，并能接收由所述采集装置发来的所述运行参数和由所述第一外部存储装置通过所述第一信息导入接口提供的所述故障维修信息；所述数据融合模块用于对所述运行参数和所述故障维修信息进行数据融合处理，反馈对应的维修建议信息；显示装置，所述显示装置与所述数据融合模块信号连接；所述显示装置用于接收和显示由所述数据融合模块发来的所述维修建议信息。

优选地，所述采集装置包括振动传感器；相应地，所述运行参数包括振动幅度和/或振动频率。

优选地，所述采集装置还包括温度传感器；相应地，所述运行参数包括温度值。

优选地，所述采集装置还包括压力传感器；相应地，所述运行参数包括压力值。

优选地，所述采集装置还包括电气测量仪；相应地，所述运行参数包括电压值和/或电流值。

优选地，所述采集装置还包括工况参数测量仪；相应地，所述运行参数包括工况参数。

优选地，所述处理装置还包括特征数据提取模块，所述特征数据提取模块与所述振动传感器和所述数据融合模块信号连接，所述特征数据提取模块能接收由所述振动传感器发来的所述振动幅度和/或振动频率；所述特征数据提取模块用于根据所述振动幅度和/或振动频率提取特征参数，并将所述特征参数发送给所述数据融合模块。

优选地，所述处理装置还设置有第二信息导入接口，所述第二信息导入接口用于连接第二外部存储装置，所述第二外部存储装置中存储有振幅阈值；所述第二信息导入接口与所述特征数据提取模块和所述数据融合模块信号连接。

优选地，所述处理装置还设置有第三信息导入接口，所述第三信息导入接口用于连接第三外部存储装置，所述第三外部存储装置中存储有不同故障对应的特征参量和权重；所述第三信息导入接口与所述特征数据提取模块和所述数据融合模块信号连接，并能向所述数据融合模块提供特征参量和权重；所述数据融合模块用于将所述运行参数与所述特征参量和权重中进行匹配。

优选地，所述处理装置还包括历史记录存储模块，所述历史记录存储模块与所述数据融合模块信号连接，所述历史记录存储模块用于存储预设时长内的诊断信息。

本申请实施方式的电机故障诊断系统，通过所述采集装置实时采集电机在运行过程中的运行参数，利用所述数据融合模块进行数据融合处理，从而对电机可能发生的多种异常信息进行汇总处理，并对可能发生故障的数据信息进行深入的分析，确定设备故障的部位、类别和程度，并根据数据融合处理的结果生成相应地维修建议信息，并由所述显示装置对所述维修建议信息进行接收和显示，以便于工作人员能够直观快速的获知电机的整体运行情况，如此实现对电机的较佳保护。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对实施方式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申请的一些实施方式，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它的附图。

图1为本申请实施方式的电机故障诊断系统的功能模块图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，为本申请实施方式的电机故障诊断系统的功能模块图。请参阅图1，本申请实施方式提供的电机故障诊断系统，其可以包括：采集装置100，所述采集装置100设置在电机上；所述采集装置100用于采集所述电机在运行过程中的运行参数；处理装置200，所述处理装置200设置有第一信息导入接口210，所述第一信息导入接口210用于连接第一外部存储装置，所述第一外部存储装置中存储有故障维修信息；所述处理装置200包括数据融合模块220，所述数据融合模块220与所述采集装置100和所述第一信息导入接口210信号连接，并能接收由所述采集装置100发来的所述运行参数和由所述第一外部存储装置通过所述第一信息导入接口210提供的所述故障维修信息；所述数据融合模块220用于对所述运行参数和所述故障维修信息进行数据融合处理，反馈对应的维修建议信息；显示装置300，所述显示装置300与所述数据融合模块220信号连接；所述显示装置300用于接收和显示由所述数据融合模块220发来的所述维修建议信息。

本申请实施方式的电机故障诊断系统，通过所述采集装置100实时采集电机在运行过程中的运行参数，利用所述数据融合模块220进行数据融合处理，从而对电机可能发生的多种异常信息进行汇总处理，并对可能发生故障的数据信息进行深入的分析，确定设备故障的部位、类别和程度，并根据数据融合处理的结果生成相应地维修建议信息，并由所述显示装置300对所述维修建议信息进行接收和显示，以便于工作人员能够直观快速的获知电机的整体运行情况，如此实现对电机的较佳保护。

在本实施方式中，所述采集装置100安装在电机上的预定监测点，其用于感测电机在预定监测点的运行参数。然后，所述采集装置100可以将采集得到的运行参数发送给所述数据融合模块220，由所述数据融合模块220对接收到的所述运行参数和故障维修信息进行数据融合处理。

在一个实施方式中，所述采集装置100可以包括振动传感器110；相应地，所述运行参数可以包括振动幅度和/或振动频率。振动传感器110可以设置在电机的机械振动较大、较脆弱以及维修频率较高的监测点。例如，符合上述条件的监测点可以包括电机的驱动端、自由端的轴承位置等。

在电机的运行过程中，振动传感器110可以将采集到的振动信息转化为与之相对应的电信号，该电信号可以反映出振动监测点的振动幅度、振动频率等物理信息。然后，振动传感器110可以将得到的振动幅度和/或振动频率等运行参数通过有线和/或无线的方式发送给所述数据融合模块220。

进一步地，所述采集装置100还可以包括温度传感器120；相应地，所述运行参数可以包括温度值。所述温度传感器120可以设置在电机温度变化比较明显、较脆弱且维修频率较高的监测点。例如，符合上述条件的监测点可以包括驱动端、自由端的轴承、电机冷却器等位置。所述温度传感器120可以实时检测监测点的温度值，并将检测到的温度值通过有线和/或无线的方式发送给所述数据融合模块220。

进一步地，所述采集装置100还可以包括压力传感器130；相应地，所述运行参数可以包括压力值。所述压力传感器130设置在润滑油、隔离气等压力变化比较明显的监测点。例如，符合上述条件的监测点可以包括电机轴承位置。所述压力传感器130可以实时检测监测点的压力值，并将检测到的压力值通过有线和/或无线的方式发送给所述数据融合模块。其中，隔离气可以用来防止电机润滑油污染主密封面，一般可以用空气。

进一步地，所述采集装置100还包括电气测量仪140；相应地，所述运行参数可以包括电压值和/或电流值。所述采集装置100还可以进一步包括工况参数测量仪150；相应地，所述运行参数可以包括工况参数，所述工况参数可以包括电机运行的转速、电流值和电压值等表征电机运行状况的参数。

在本实施方式中，所述采集装置100包括的振动传感器110、温度传感器120、压力传感器130、电气测量仪140和工况参数测量仪150可以采用任意合适的现有构造，本申请对此不作限定。

在本实施方式中，所述处理装置200可以集成有第一信息导入接口210，所述第一信息导入接口210可以连接第一外部存储装置，所述第一外部存储装置中可以存储有故障维修信息。所述第一外部存储装置通过所述第一信息导入接口210，可以向所述处理装置200中导入一段时间内机组的故障维修信息。

第一外部存储装置中存储的故障维修信息可以被提供给与所述第一信息导入接口210信号连接的所述数据融合模块220，以便于所述数据融合模块220可以对该故障维修信息和由所述采集装置100提供的所述运行参数进行数据融合处理，反馈对应的维修建议信息。

具体的，举例为，电机曾经发生过转子不平衡的故障，当时的维修操作是更换联轴器。因此，在所述第一外部存储装置中对该次故障的维修信息为更换联轴器。多次故障的维修信息形成集合并可以储存在所述第一外部存储装置中。当所述第一外部存储装置通过所述第一信息导入接口210将该次故障维修信息导入所述数据融合模块220中时，所述数据融合模块220结合由所述采集装置100发来的所述运行参数，可以判断电机本次可能发生的故障为联轴器不平衡导致转子不平衡。

在本实施方式中，所述数据融合模块220可以对所述运行参数和所述故障维修信息进行数据融合处理，进而确定电机发生故障的部位、类别和程度，从而实现对整体机组的状态进行评价，给出维护建议信息，由所述显示装置300进行显示。例如，所述数据融合模块220根据数据融合处理结果，确定电机出现的故障是转子不平衡，同时振动频率与转频相等，振动值随转速增高而加大，判断转子故障类型是转子零部件脱落和移位或者联轴器不平衡。此时，所述数据融合模块220反馈的维修建议信息可以为检查转子是否有零部件脱落，以及联轴器是否平衡等。

在一个实施方式中，所述处理装置200还可以包括特征数据提取模块230，所述特征数据提取模块230可以与所述振动传感器110和所述数据融合模块220信号连接；所述特征数据提取模块230能接收由所述振动传感器110发来的所述振动幅度和/或振动频率；所述特征数据提取模块230可以用于根据所述振动幅度和/或振动频率提取特征参数，并将所述特征参数发送给所述数据融合模块220。在本实施方式中，所述特征参数可以包括振动信号的一倍频、二倍频、三倍频等。

在本实施方式中，所述数据融合模块220信号连接所述特征数据提取模块230、温度传感器120、压力传感器130、电气测量仪140、工况参数测量仪150以及第一信息导入接口210。所述数据融合模块220首先可以用于特征数据级融合，特征数据级融合面对多传感器的同类信息，可直接融合数据，也可以直接综合使用未经处理的传感器原始监测信息。

然后，所述数据融合模块220可以利用特征数据融合结果与所述温度传感器120、压力传感器130提供的对应地运行参数和由所述第一信息导入接口210传入的故障维修信息进行传感器特征融合。

最后，所述数据融合模块220可以利用传感器特征融合结果所述电气测量仪140、工况参数测量仪150和由所述第一信息导入接口210传入的故障维修信息进行决策融合，进行故障诊断，且反馈相应地的维护建议信息。

在本实施方式中，所述数据融合模块220对接收到的参数和信息进行数据融合处理的算法可以包括但不限于现有的加权平均融合、卡尔曼滤波法、贝叶斯(Bayes)估计、统计决策理论、概率论方法、模糊逻辑推理、人工神经网络、D-S(Dempster-Shafter)证据理论等。基于数据融合的电机故障诊断系统通过与现场传感器进行通信，达到了电机的故障诊断的目的。

在一个实施方式中，所述处理装置200还可以设置有第二信息导入接口240，所述第二信息导入接口240用于连接第二外部存储装置，所述第二外部存储装置中存储有振幅阈值；所述第二信息导入接口240与所述特征数据提取模块230和所述数据融合模块220信号连接。

在本实施方式中，所述特征参数用于标识故障类型。所述处理装置200接收到由所述振动传感器110发来的振动信息后，所述特征数据提取模块230对上述的振动信息进行处理，将处理结果输入至所述数据融合模块220中，由所述数据融合模块220结合所述温度传感器120、压力传感器130、电气测量仪140以及工况参数测量仪150等输入的运行参数进行数据融合处理，来判断是否有潜在故障。若判断存在潜在故障，则所述数据融合模块220向所述显示装置300反馈故障位置、障类型和维护建议信息。

在一个实施方式中，所述处理装置200还可以设置有第三信息导入接口250，所述第三信息导入接口250用于连接第三外部存储装置，所述第三外部存储装置中存储有不同故障对应的特征参量和权重；所述第三信息导入接口250与所述特征数据提取模块230和所述数据融合模块220信号连接，并能向所述数据融合模块220提供特征参量和权重；所述数据融合模块220用于将所述运行参数与所述特征参量和权重中进行匹配。

在本实施方式中，电机的故障类型可以通过特征参量来标识。在电机的故障诊断中，其特征参量一般选取电机振动信号的一倍频、二倍频等参数。并且在故障诊断中各特征参量起到的作用不同，因此每个特征参量对应一个不同的权重，比如不平衡故障一倍频的权重为0.9，二倍频的权重就是0.05。当所述数据融合模块220接收到所述振动传感器110发来的振动信息后，可以将该振动信息与所述第三外部存储装置通过所述第三信息导入接口250提供的不同故障对应的特征参量的权重进行匹配，若匹配成功，可以确定故障类型。匹配未成功时，可以认定监测点处于正常运行状态，维护人员通过修改第三外部存储装置中的故障匹配信息，用以提高诊断准确率。

具体的匹配过程为，所述数据融合模块220对振动信息的特征参数进行权重计算，然后对比所述第三外部存储装置提供的不同故障对应的特征参量的权重，从而判断出故障类型。

确定了故障特征之后，所述数据融合模块220可以将振动信息的特征数据与由所述温度传感器120、压力传感器130、电气测量仪140和工况参数测量仪150输入的运行参数进行数据融合处理。

在一个实施方式中，所述处理装置200还可以包括历史记录存储模块260，所述历史记录存储模块260可以与所述数据融合模块220信号连接，所述历史记录存储模块260用于存储预设时长内的诊断信息。

在本实施方式中，所述故障诊断微处理器200集成有历史记录存储器260，用于存储记录一段时间内所述的诊断信息。所述历史记录存储器260可以与所述数据融合模块220信号连接，对数据融合处理结果进行存储，方便维护人员可以根据设置在电机上的各个监测点在一段时间内的信息变化趋势来判断电机设备的运行状况，从而能够对潜在的风险予以及时排除。

在本申请中，所述数据融合模块220、特征数据提取模块230、历史记录存储模块260可以按任何适当的方式实现。具体的，例如，所述数据融合模块220、特征数据提取模块230、历史记录存储模块260可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该微处理器或处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)和嵌入微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)的形式，上述模块的例子包括但不限于以下微控制单元：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320。本领域技术人员也应当知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现所述数据融合模块220、特征数据提取模块230、历史记录存储模块260的功能以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制单元等形式来实现相同功能。

在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等。目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog2。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以较容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来。在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。该计算机软件产品可以包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施方式或者实施方式的某些部分所述的方法。该计算机软件产品可以存储在内存中，内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其它数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其它类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其它内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其它光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其它磁性存储设备或任何其它非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括短暂电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

虽然通过实施方式描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。

Claims (8)

1.一种电机故障诊断系统，其特征在于，包括：

采集装置，所述采集装置设置在电机上；所述采集装置用于采集所述电机在运行过程中的运行参数；

处理装置，所述处理装置设置有第一信息导入接口，所述第一信息导入接口用于连接第一外部存储装置，所述第一外部存储装置中存储有故障维修信息；所述处理装置包括数据融合模块，所述数据融合模块与所述采集装置和所述第一信息导入接口信号连接，并能接收由所述采集装置发来的所述运行参数和由所述第一外部存储装置通过所述第一信息导入接口提供的所述故障维修信息；所述数据融合模块用于对所述运行参数和所述故障维修信息进行数据融合处理，反馈对应的维修建议信息；

显示装置，所述显示装置与所述数据融合模块信号连接；所述显示装置用于接收和显示由所述数据融合模块发来的所述维修建议信息；

所述采集装置包括振动传感器；

相应地，所述运行参数包括振动幅度和/或振动频率；

所述处理装置还包括特征数据提取模块，所述特征数据提取模块与所述振动传感器和所述数据融合模块信号连接，所述特征数据提取模块能接收由所述振动传感器发来的所述振动幅度和/或振动频率；所述特征数据提取模块用于根据所述振动幅度和/或振动频率提取特征参数，并将所述特征参数发送给所述数据融合模块。

2.如权利要求1所述的电机故障诊断系统，其特征在于，所述采集装置还包括温度传感器；

相应地，所述运行参数包括温度值。

3.如权利要求1所述的电机故障诊断系统，其特征在于，所述采集装置还包括压力传感器；

相应地，所述运行参数包括压力值。

4.如权利要求1所述的电机故障诊断系统，其特征在于，所述采集装置还包括电气测量仪；

相应地，所述运行参数包括电压值和/或电流值。

5.如权利要求1所述的电机故障诊断系统，其特征在于，所述采集装置还包括工况参数测量仪；

相应地，所述运行参数包括工况参数。

6.如权利要求1所述的电机故障诊断系统，其特征在于，所述处理装置还设置有第二信息导入接口，所述第二信息导入接口用于连接第二外部存储装置，所述第二外部存储装置中存储有振幅阈值；所述第二信息导入接口与所述特征数据提取模块和所述数据融合模块信号连接。

7.如权利要求1所述的电机故障诊断系统，其特征在于，所述处理装置还设置有第三信息导入接口，所述第三信息导入接口用于连接第三外部存储装置，所述第三外部存储装置中存储有不同故障对应的特征参量和权重；所述第三信息导入接口与所述特征数据提取模块和所述数据融合模块信号连接，并能向所述数据融合模块提供特征参量和权重；所述数据融合模块用于将所述运行参数与所述特征参量和权重中进行匹配。

8.如权利要求1所述的电机故障诊断系统，其特征在于，所述处理装置还包括历史记录存储模块，所述历史记录存储模块与所述数据融合模块信号连接，所述历史记录存储模块用于存储预设时长内的诊断信息。