CN207799038U - 电机监测预警装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及智能电机在线监测技术领域，具体而言，涉及一种电机监测预警装置及系统。该电机监测预警装置包括：电源电路、电参数采集电路、电量计算装置、机械参数采集装置、温度采集装置、数据存储装置、CPU、多个通讯接口。电源电路的一端分别与电参数采集电路、电量计算装置、机械参数采集装置、温度采集装置、数据存储装置、CPU和多个通讯接口电性连接，电源电路的另一端与电机接线端子电性连接。电参数采集电路与电量计算装置电性连接，电量计算装置、机械参数采集装置、温度采集装置、数据存储装置和多个通讯接口均与CPU电性连接。该电机监测预警装置成本低，能对电机进行全面的监测和预警。

Description

电机监测预警装置及系统

技术领域

本实用新型实施例涉及智能电机在线监测技术领域，具体而言，涉及一种电机监测预警装置及系统。

背景技术

电机是把电能转换成机械能的一种电气设备，在工业生产中，电机的应用非常广泛，在全社会电能消耗中，有70％左右耗费在工业领域，而工业电机的耗电量又占据整个工业领域用电的70％。电机故障产生的经济损失非常巨大。

电机的检修和维护一直以来都是工业生产的重要课题，现有的对电机运行状态进行监测和预警的设备大多为单独配备，需要额外的电源，设备成本高，且对电机的监测和预警不全面。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种电机监测预警装置及系统，能改善现有的监测预警设备成本高且监测预警不全面的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供的一种电机监测预警装置，包括电源电路、电参数采集电路、电量计算装置、机械参数采集装置、温度采集装置、数据存储装置、CPU、多个通讯接口；

所述电源电路的一端分别与所述电参数采集电路、所述电量计算装置、所述机械参数采集装置、所述温度采集装置、所述数据存储装置和所述CPU电性连接；所述电源电路的另一端与电机接线端子电性连接，所述电源电路用于向所述电参数采集电路、所述电量计算装置、所述机械参数采集装置、所述温度采集装置、所述数据存储装置和所述CPU提供工作电源；

所述电参数采集电路与所述电量计算装置电性连接，所述电参数采集电路用于采集所述电机的电信号，并将所述电信号输入所述电量计算装置；

所述电量计算装置与所述CPU通过SPI方式连接，所述电量计算装置用于将所述电参数采集电路输入的电信号进行数模转换、计算，以获得电机电参数运行数据，并将所述电机电参数运行数据发送给所述CPU；

所述机械参数采集装置与所述CPU电性连接，所述机械参数采集装置用于采集所述电机的机械参数，并向所述CPU输入所述机械参数；所述温度参数采集装置与所述CPU电性连接，所述温度参数采集装置用于采集所述电机的温度参数，并向所述CPU输入所述温度参数；

所述CPU用于根据所述电机电参数运行数据、所述机械参数和所述温度参数判断获得所述电机的故障状态信息；

所述数据存储装置与所述CPU通讯连接，所述数据存储装置用于获取所述CPU发送的所述电机电参数运行数据、所述机械参数、所述温度参数和故障状态信息并存储；

各所述通讯接口与所述CPU通讯连接，所述CPU通过各所述通讯接口将所述电机电参数运行数据、所述机械参数、所述温度参数和所述故障状态信息进行发送。

可选地，所述电参数采集电路包括电压信号采集电路、电流信号采集电路和频率信号采集电路；

所述电压信号采集电路、所述电流信号采集电路和所述频率信号采集电路分别与所述电量计算装置电性连接；

所述电压信号采集电路用于采集电机的三相交流电压，将所述三相交流电压线性变换为小信号电压，将所述小信号电压输入所述电量计算装置；

所述电流信号采集电路用于采集电机的三相交流电流，将所述三相交流电流线性变换为小信号电流，将所述小信号电流输入所述电量计算装置；

所述频率信号采集电路用于采集A相电压，将所述A相电压整形滤波变换为方波信号，将所述方波信号输入所述电量计算装置。

可选地，所述电量计算装置为电能量计算芯片ADE7878。

可选地，所述机械参数采集装置包括MEMS三维振动加速度采集芯片；

所述MEMS三维振动加速度采集芯片与所述CPU通过I₂C接口总线连接，所述MEMS三维振动加速度采集芯片用于采集所述电机的振动信号，并向所述CPU输入所述振动信号。

可选地，所述电机监测预警装置还包括噪音信号采集装置；

所述噪音信号采集装置设置于所述电机的接线盒内，所述噪音参数用于采集所述电机的噪声信息；

所述噪音信号采集装置与所述CPU电性连接，所述噪音信号采集装置向所述CPU输入噪声信息。

可选地，所述噪音信号采集装置包括麦克风和滤波电路；

所述麦克风和所述滤波电路电性连接，所述滤波电路与所述CPU电性连接，所述麦克风采集所述电机的噪声信息，所述噪声信息经过所述滤波电路滤波之后输入到所述CPU。

可选地，所述滤波电路包括电感L1、电容C2、电阻R1、电容C1和电阻R2；

所述麦克风电连接于所述电感L1的一端，所述电感L1远离所述麦克风的一端分别电连接于所述电容C2和所述电阻R1，所述电阻R1远离所述电感L1的一端分别电连接于所述电容C1和所述电阻R2，所述电阻R2远离所述电阻R1的一端电连接于所述CPU；

所述电容C1和所述电容C2用于滤除噪声信息中的干扰谐波。

可选地，所述温度采集装置包括绕组温度采集传感器和两个电机轴温度采集传感器；

所述绕组温度采集传感器设置于所述电机的绕组位置，所述绕组温度采集传感器用于采集所述电机的绕组的温度参数；

两个所述电机轴温度采集传感器分别设置于所述电机的轴的两端，所述电机轴温度采集传感器用于采集所述电机轴的温度参数；

所述绕组温度采集传感器和两个所述电机轴温度采集传感器与所述CPU电性连接；所述绕组温度采集传感器和两个所述电机轴温度采集传感器分别向所述CPU输入所述电机的绕组的温度参数和所述电机轴的温度参数。

可选地，所述数据存储装置包括EEPROM芯片和NandFlash芯片；

所述EEPROM芯片和所述NandFlash芯片分别与所述CPU通讯连接；

所述EEPROM芯片用于存储所述电机电参数运行数据、所述机械参数和所述温度参数；

所述NandFlash芯片用于存储所述故障状态信息。

本实用新型实施例还提供了一种电机监测预警系统，包括：

电机和上述电机监测预警装置；

电机监测预警装置设置于所述电机的接线盒内。

本实用新型实施例提供的电机监测预警装置及系统，电源电路通过与电机接线端子连接，从电机处获取电压，进而向电机监测预警装置提供工作电源，不需要额外增加电源，减小了设备成本。各种参数采集装置采集电机的各类运行参数，并发送给CPU，CPU对各类运行参数进行分析以获得电机的故障状态信息，能提高对电机监测和预警的全面性。

进一步地，各类通讯接口可以与云平台进行通讯连接，并将电机的运行参数和故障状态信息进行发送，便于云平台进行大数据分析。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的一种电机监测预警装置的结构示意图。

图2为本实用新型实施例所提供的一种电量计算装置的电路图。

图3为本实用新型实施例所提供的一种噪音信号采集装置的电路图。

图4为本实用新型实施例所提供的RS485通讯接口电路。

图5为本实用新型实施例所提供的WIFI通讯接口电路。

图标：100-电机监测预警装置；11-电源电路；12-复位电路；13-晶振电路；21-电压信号采集电路；22-电流信号采集电路；23-频率信号采集电路；3-电量计算装置；41-转速信号采集装置；42-振动信号采集装置；43-噪音信号采集装置；51-环境温度采集装置；52-绕组温度采集装置；53-电机轴第一温度采集装置；54-电机轴第二温度采集装置；6-CPU；7-数据存储装置；8-通讯接口。

具体实施方式

经调查发现，现有的对电机运行状态进行监测和预警的设备大多为单独配备，需要额外的接线回路，设备成本高，且对电机的监测和预警不全面。

以上现有技术中的方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本发明实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应该是发明人在本发明过程中对本发明做出的贡献。

基于上述研究，本实用新型实施例提供了一种电机监测预警装置及系统，能改善现有的监测预警设备成本高且监测预警不全面的问题。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1示出了本实用新型实施例所提供的一种电机监测预警装置100的结构框图，由图可见，该电机监测预警装置包括电源电路11、复位电路12、晶振电路13、电压信号采集电路21、电流信号采集电路22、频率信号采集电路23、电量计算装置3、转速信号采集装置41、振动信号采集装置42、噪音信号采集装置43、环境温度采集装置51、绕组温度采集装置52、电机轴第一温度采集装置53、电机轴第二温度采集装置54、CPU6、数据存储装置7和通讯接口8。

其中，电源电路11的一端分别与其它电路或装置电性连接，电源电路11的第二端与电机接线端子电性连接，电源电路11用于向其它电路或装置提供工作电源，如此设置，不需要额外增加电源，减少了设备成本和维护成本。复位电路12和晶振电路13的设置能提高整个电机监测预警装置的稳定性、可靠性和准确性。

请继续参照图1，电压信号采集电路21、电流信号采集电路22和频率信号采集电路23构成电参数采集电路，该电参数采集电路与电量计算装置3电性连接，电参数采集电路用于将采集到的电信号输入到电量计算装置，例如，电压信号采集电路21采集电机三相交流电压，将输入的三相交流电压通过分压电路、滤波电路、抗干扰防护电路后，线性变换为±0.5V小信号电压，然后输入电量计算装置3。电流信号采集电路22采集电机三相交流电流，将输入的三相交流电流通过电流互感器变换电路、滤波电路、抗干扰防护电路后，线性变换为±0.5V小信号电压，然后输入电量计算装置3。频率信号采集电路23通过采集A相电压，对该电压信号进行整形、滤波，进而得到方波信号，然后输入电量计算装置3。

电量计算装置3与CPU6通过SPI方式连接，电量计算装置3用于将电参数采集电路输入的电信号进行数模转换、计算，以获得电机电参数运行数据，并将电机电参数运行数据发送给CPU。可以理解，CPU也可以每隔一段时间采集电量计算装置3中的电机电参数运行数据。

请继续参照图1，由图可见，转速信号采集装置41和振动信号采集装置42组成机械参数采集装置，该机械参数采集装置与CPU电性连接，机械参数采集装置用于采集电机的机械参数，并向CPU输入机械参数。例如，振动信号采集装置42通过在装置内置一片MEMS三维振动加速度采集芯片对电机的振动信号进行采集，振动信号采集装置42和CPU6之间通过I₂C接口总线连接，CPU6可以实时读取三维振动加速度信号。

可选地，电机监测预警装置100还包括噪音信号采集装置43，噪音信号采集装置43与CPU6电性连接。噪音信号采集装置43用于采集电机的噪音信号，并将该噪音信号输入CPU6。

请继续参照图1，环境温度采集装置51、绕组温度采集装置52、电机轴第一温度采集装置53和电机轴第二温度采集装置54组成温度参数采集装置，该温度参数采集装置与CPU6电性连接，用于将采集到的温度参数输入CPU6。

请继续参照图1，CPU6用于根据电机电参数运行数据、机械参数和温度参数判断获得所述电机的故障状态信息。

可选地，针对各种故障状态，CPU6设置有多项故障告警功能，例如电机运行状态监视功能、电机起动时间过长保护功能、电流回路断线监视功能、电压回路断线监视功能、堵转保护功能、短路保护功能、过载保护功能、过载反时限保护功能、欠载保护功能、缺相保护功能、不平衡电压保护功能、不平衡电流保护功能、反相序保护功能、负序电流保护功能、零序电流保护功能、漏电保护功能、过负荷保护功能、过压保护功能、低压保护功能、过热保护功能和温度保护功能。

例如，绕组温度异常时，CPU6会启动温度保护功能，又例如，暂停该电机的使用，采用备用电机代替绕组温度出现异常的电机。

请继续参照图1，数据存储装置7与CPU6通讯连接，数据存储装置7用于获取CPU6发送的电机电参数运行数据、机械参数、温度参数和故障状态信息并存储。例如，数据存储装置7主要用来存放装置的设定值、运行记录、保护告警记录、故障录波记录、运行日志记录等，其中内置一片EEPROM芯片和NandFlash芯片，设定值存储在EEPROM芯片中，运行记录、保护告警记录、故障录波记录、运行日志记录等存储在NandFlash芯片中，实现数据的永久保存。

请继续参照图1，通讯接口8与CPU6通讯连接，CPU通过通讯接口将电机电参数运行数据、机械参数、温度参数和故障状态信息进行发送。可以理解，CPU可以将这些数据和信息发送至云平台，云平台可以对这些数据和信息进行深度挖掘和分析。

图2示出了本实用新型实施例所提供的一种电量计算装置的电路图。由图可见，该电量计算装置可以采用电能量计算芯片ADE7878作为核心计算单元，电能量计算芯片ADE7878获得了电参数运行数据后，根据对应的工作电路，对采样输入的电参数运行数据进行计算，进而获得三相电压、三相电流、角度、频率、有功功率、无功功率、功率因数、电能量等电机电参数运行数据。例如，图2中的A区块用于获得图1中电压信号采集电路21、电流信号采集电路22和频率信号采集电路23采集的电参数运行数据，B区块用于根据电参数运行数据计算获得电机电参数运行数据。C区块和D区块用于和CPU建立采样关系，以便电能量计算芯片ADE7878和CPU之间进行数据交互。

进一步地，图3示出了本发明实施例所提供的一种噪音信号采集装置的电路图。由图可见，噪音信号采集装置包括麦克风和滤波电路。其中，麦克风从图3中的输入端“IN”输入采集到的噪声信号，滤波电路对噪声信号进行滤波，然后通过输出端“OUT”输入到CPU。

可选地，该滤波电路包括：电感L1、电容C2、电阻R1、电容C1和电阻R2。其中，麦克风(图中未示出)电连接于电感L1的一端，电感L1远离麦克风的一端分别电连接于电容C2和电阻R1，电阻R1远离电感L1的一端分别电连接于电容C1和电阻R2，电阻R2远离所阻R1的一端电连接于CPU。其中，电容C1和所述电容C2用于滤除噪声信息中的干扰谐波。

在本实施例中，通讯接口8可以为多个，例如串口通讯接口、WIFI无线通讯接口和GPRS/3G/4G/NB-LoT无线通讯接口。

例如，请参阅图4，为本实用新型实施例所提供的RS485通讯接口电路。又例如，请参阅图5，为本实用新型实施例所提供的WIFI通讯接口电路。电机监测预警装置可以根据云平台不同的接口类型，采用相应的通讯接口电路将数据和信息进行传输，如此设置，增加了电机监测预警装置的通用性，使电机监测预警装置能支持多种平台的接入。

可选地，本实用新型实施例还提供了一种电机监测预警系统，包括电机和上述电机监测预警装置。其中，电机监测预警装置设置于电机的接线盒内，如此设置，实现了电机监测预警装置与电机的一体化设置，形成智能电机，成本低，可以应用于大量中低压电机。

可以理解，该电机监测预警装置不仅可以对电机的运行状态进行在线监测和预警，还可以将采集、计算到的数据存储，并发送至云平台，为云平台的大数据分析提供丰富的数据基础。

综上，本实用新型实施例提供的电机监测预警装置和系统，对结构进行了巧妙设计，能实现电机监测预警装置和电机的一体化设置，减小了设备成本，并通过相应的采集电路和计算装置实现对电机运行数据的全面分析，能更加全面地对电机进行故障监测和预警。

进一步地，各类通讯接口可以与云平台进行通讯连接，并将电机的运行参数和故障状态信息进行发送，便于云平台进行大数据分析。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机监测预警装置，其特征在于，包括电源电路、电参数采集电路、电量计算装置、机械参数采集装置、温度采集装置、数据存储装置、CPU、多个通讯接口；

所述电源电路的一端分别与所述电参数采集电路、所述电量计算装置、所述机械参数采集装置、所述温度采集装置、所述数据存储装置和所述CPU电性连接；所述电源电路的另一端与电机接线端子电性连接，所述电源电路用于向所述电参数采集电路、所述电量计算装置、所述机械参数采集装置、所述温度采集装置、所述数据存储装置和所述CPU提供工作电源；

所述电参数采集电路与所述电量计算装置电性连接，所述电参数采集电路用于采集所述电机的电信号，并将所述电信号输入所述电量计算装置；

所述电量计算装置与所述CPU通过SPI方式连接，所述电量计算装置用于将所述电参数采集电路输入的电信号进行数模转换、计算，以获得电机电参数运行数据，并将所述电机电参数运行数据发送给所述CPU；

所述机械参数采集装置与所述CPU电性连接，所述机械参数采集装置用于采集所述电机的机械参数，并向所述CPU输入所述机械参数；所述温度参数采集装置与所述CPU电性连接，所述温度参数采集装置用于采集所述电机的温度参数，并向所述CPU输入所述温度参数；

所述CPU用于根据所述电机电参数运行数据、所述机械参数和所述温度参数判断获得所述电机的故障状态信息；

所述数据存储装置与所述CPU通讯连接，所述数据存储装置用于获取所述CPU发送的所述电机电参数运行数据、所述机械参数、所述温度参数和故障状态信息并存储；

各所述通讯接口与所述CPU通讯连接，所述CPU通过各所述通讯接口将所述电机电参数运行数据、所述机械参数、所述温度参数和所述故障状态信息进行发送。

2.根据权利要求1所述的电机监测预警装置，其特征在于，所述电参数采集电路包括电压信号采集电路、电流信号采集电路和频率信号采集电路；

所述电压信号采集电路、所述电流信号采集电路和所述频率信号采集电路分别与所述电量计算装置电性连接；

所述电压信号采集电路用于采集电机的三相交流电压，将所述三相交流电压线性变换为小信号电压，将所述小信号电压输入所述电量计算装置；

所述电流信号采集电路用于采集电机的三相交流电流，将所述三相交流电流线性变换为小信号电流，将所述小信号电流输入所述电量计算装置；

所述频率信号采集电路用于采集A相电压，将所述A相电压整形滤波变换为方波信号，将所述方波信号输入所述电量计算装置。

3.根据权利要求1所述的电机监测预警装置，其特征在于，所述电量计算装置为电能量计算芯片ADE7878。

4.根据权利要求1所述的电机监测预警装置，其特征在于，所述机械参数采集装置包括MEMS三维振动加速度采集芯片；

所述MEMS三维振动加速度采集芯片与所述CPU通过I₂C接口总线连接，所述MEMS三维振动加速度采集芯片用于采集所述电机的振动信号，并向所述CPU输入所述振动信号。

5.根据权利要求1所述的电机监测预警装置，其特征在于，所述电机监测预警装置还包括噪音信号采集装置；

所述噪音信号采集装置设置于所述电机的接线盒内，所述噪音参数用于采集所述电机的噪声信息；

所述噪音信号采集装置与所述CPU电性连接，所述噪音信号采集装置向所述CPU输入噪声信息。

6.根据权利要求5所述的电机监测预警装置，其特征在于，所述噪音信号采集装置包括麦克风和滤波电路；

所述麦克风和所述滤波电路电性连接，所述滤波电路与所述CPU电性连接，所述麦克风采集所述电机的噪声信息，所述噪声信息经过所述滤波电路滤波之后输入到所述CPU。

7.根据权利要求6所述的电机监测预警装置，其特征在于，所述滤波电路包括电感L1、电容C2、电阻R1、电容C1和电阻R2；

所述麦克风电连接于所述电感L1的一端，所述电感L1远离所述麦克风的一端分别电连接于所述电容C2和所述电阻R1，所述电阻R1远离所述电感L1的一端分别电连接于所述电容C1和所述电阻R2，所述电阻R2远离所述电阻R1的一端电连接于所述CPU；

所述电容C1和所述电容C2用于滤除噪声信息中的干扰谐波。

8.根据权利要求1所述的电机监测预警装置，其特征在于，所述温度采集装置包括绕组温度采集传感器和两个电机轴温度采集传感器；

所述绕组温度采集传感器设置于所述电机的绕组位置，所述绕组温度采集传感器用于采集所述电机的绕组的温度参数；

两个所述电机轴温度采集传感器分别设置于所述电机的轴的两端，所述电机轴温度采集传感器用于采集所述电机轴的温度参数；

所述绕组温度采集传感器和两个所述电机轴温度采集传感器与所述CPU电性连接；所述绕组温度采集传感器和两个所述电机轴温度采集传感器分别向所述CPU输入所述电机的绕组的温度参数和所述电机轴的温度参数。

9.根据权利要求1所述的电机监测预警装置，其特征在于，所述数据存储装置包括EEPROM芯片和NandFlash芯片；

所述EEPROM芯片和所述NandFlash芯片分别与所述CPU通讯连接；

所述EEPROM芯片用于存储所述电机电参数运行数据、所述机械参数和所述温度参数；

所述NandFlash芯片用于存储所述故障状态信息。

10.一种电机监测预警系统，其特征在于，包括：

权利要求1-9任一所述的电机监测预警装置；

电机；

电机监测预警装置设置于所述电机的接线盒内。