CN208239588U - 一种便携式电机故障诊断演示箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种便携式电机故障诊断演示箱，包括主机箱和副机箱，所述主机箱内固定安装有健康电机，副机箱内固定安装有故障电机，主机箱和副机箱均为长方体的盒状结构，在主机箱和副机箱的一侧面均形成有开口，主机箱内还设置有电源，电源分别通过供电电缆连接健康电机和故障电机；副机箱一侧设置有调速器，调速器分别信号连接健康电机和故障电机的调速端口，用于调整健康电机和故障电机转速；本装置对于实际产品和系统的展示推广以及技术交流有很明显的帮助，具有结构简单和便于携带等优点。

Description

一种便携式电机故障诊断演示箱

技术领域

本实用新型属于电机故障诊断演示技术领域，具体涉及一种便携式电机故障诊断演示箱。

背景技术

目前，针对电机故障诊断多结合工业现场电机进行定制，电机体积较为庞大，故导致电机故障诊断系统无法进行移动，大大限制了实际的产品展示和技术交流。到目前为止，市场上尚未出现便携式电机故障诊断演示箱。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术上存在的问题，提供一种便携式电机故障诊断演示箱。本装置对于实际产品和系统的展示推广以及技术交流有很明显的帮助，具有结构简单和便于携带等优点。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种便携式电机故障诊断演示箱，包括主机箱和副机箱，所述主机箱内固定安装有健康电机，副机箱内固定安装有故障电机，主机箱和副机箱均为长方体的盒状结构，在主机箱和副机箱的一侧面均形成有开口，主机箱内还设置有电源，电源分别通过供电电缆连接健康电机和故障电机；副机箱一侧设置有调速器，调速器分别信号连接健康电机和故障电机的调速端口，用于调整健康电机和故障电机转速；所述主机箱和副机箱内均设置有用于检测电机运转情况的传感器检测组件；所述传感器检测组件包括电涡流位移传感器、光电转速传感器、热电偶传感器、三轴加速度计、电流传感器和电压传感器，所述电涡流位移传感器设置有两个，两个电涡流位移传感器对称设置在电机转轴的两侧且高度相同，所述两个电涡流位移传感器和电机转轴轴心的连线分别与轴径水平线呈45°夹角，用于检测电机转轴的轴心振动轨迹；电机风叶上设置有反光条，所述光电转速传感器设置在电机风叶的远离电机的一侧，用于根据反光条的反射光线检测电机的转速；所述热电偶传感器设置于靠近电机风叶的一端的电机上方，用于检测电机外壳的温度；所述三轴加速度计设置于远离电机风叶的一端的电机上方，用于检测电机三个方向的振动加速度信号；所述电流传感器设置在电源和电机之间的供电电缆上，用于检测所述供电电缆上的实际电流值；所述电压传感器设置在电源和电机之间的供电电缆上，用于检测所述供电电缆上的实际电压值；所述主机箱设置有采集设备模块和采集板卡，所述采集板卡安装在采集设备模块的卡槽中，所述采集板卡输入端分别信号连接健康电机内的传感器检测组件和故障电机内的传感器检测组件，用于获取各类传感器的数据，并将所获取的数据通过采集设备模块传输至上位机；所述上位机的输入端连接主机箱的采集设备模块，用于对采集设备模块上传的健康电机和故障电机的运转参数进行比对分析，以判断故障电机的故障类型和程度，并将得到的分析结果进行界面显示，数据存储和云端备份。

作为本实用新型一种便携式电机故障诊断演示箱的进一步改进，所述采集板卡包括主采集板卡和副采集板卡，所述主采集板卡的信号输入端分别与主机箱和副机箱内的电涡流位移传感器、光电转速传感器、热电偶传感器、电流传感器和电压传感器连接，所述副采集板卡的信号输入端分别与主机箱和副机箱内三轴加速度计连接。

作为本实用新型一种便携式电机故障诊断演示箱的进一步改进，所述主机箱和副机箱为NI cDAQ-9188采集机箱。

作为本实用新型一种便携式电机故障诊断演示箱的进一步改进，所述主采集板卡的型号为NI-9205，副采集板卡的型号为NI-9232。

作为本实用新型一种便携式电机故障诊断演示箱的进一步改进，所述健康电机和故障电机均为三相异步电机。

作为本实用新型一种便携式电机故障诊断演示箱的进一步改进，所述热电偶传感器采用RTD热电阻。

作为本实用新型一种便携式电机故障诊断演示箱的进一步改进，所述光电转速传感器采用FT3406转速计。

作为本实用新型一种便携式电机故障诊断演示箱的进一步改进，所述上位机包括界面显示模块、数据存储模块和云端备份模块，所述界面显示模块，用于通过上位机的整理分析，将电机故障的分析检测结果通过数据和图像形式进行显示并进行故障预警；所述数据存储模块用于对采集设备模块上传的数据进行缓存，并将上位机的分析结果进行数据存储；所述云端备份模块，用于将电机故障的分析检测结果上传并储存在云端以进行备份。

有益效果

1、本实用新型的演示箱便于移动，对于实际产品和系统的展示推广以及技术交流有很明显的帮助，同时为公司获得相应订单起到了很好的推广作用。采集设备将这些采集到的信号进行滤波调理后，通过以太网与电脑进行连接，进行终端的分析和显示。主机箱和副机箱的一侧设置有开口，该演示箱清楚直观的反映了电机故障诊断的硬件部分，便于现场展示与交流。传感层主要使用各类传感器感知各种物理量并转换为电信号，同时将电信号传递给设备层。设备层主要是将传感器采集到的电信号读取上来，并进行硬件滤波和信号调理，采集设备的性能决定了读取至决策层数据的准确性和高速性。决策层是该系统本地终端的核心，根据上传数据在上位机上进行实时显示，分析决策以及存储等多种功能。健康电机和故障电机，采集到的数据不相同，经过滤波放大处理后，通过比较二者的振动特性，电流电压等参数，得到故障电机与健康电机各参数的区分值，即可设置系统预警的临界值；其次，通过比较两个电机的各类频谱，发现二者谱线差异，设置区分值。

2、电涡流位移传感器与轴径水平成45°，这样两个传感器就可以互成90度。将位移矢量分解，水平方向和垂直方向的位移将不会被增加或者削减，完整的反映了电机转轴的轴心振动的平面信息。

3、电机风叶上安装了反光条，此时，当反光条通过光电位移传感器前时，光电位移传感器的输出就会跳变一次。

附图说明

图1为本实用新型演示箱中主机箱的俯视图；

图2为本实用新型演示箱中主机箱的侧视图；

图3为本实用新型演示箱中副机箱的俯视图；

图4为本实用新型演示箱的工作原理的模块流程图；

图中标记：1、主机箱，2、副机箱，3、健康电机，4、故障电机，5、采集设备模块，6、采集板卡，7、电源，8、调速器，9、上位机，9-1、界面显示模块，9-2、数据存储模块，9-3、云端备份模块，10、供电电缆，11、线槽，101、电涡流位移传感器，102、光电转速传感器，103、热电偶传感器，104、三轴加速度计，105、电流传感器，106、电压传感器，201、电机风叶，202、电机转轴。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

如图所示：本实用新型具体实施例提供一种便携式电机故障诊断演示箱，包括主机箱1和副机箱2，主机箱1和副机箱2为NI cDAQ-9188采集机箱。所述主机箱1内固定安装有健康电机3，副机箱2内固定安装有故障电机4，主机箱1和副机箱2均为长方体的盒状结构，在主机箱1和副机箱2的一侧面均形成有开口，主机箱1内还设置有电源7，电源7分别通过供电电缆10连接健康电机3和故障电机4，所述健康电机3和故障电机4均为三相异步电机；副机箱2一侧设置有调速器8，调速器8分别信号连接健康电机3和故障电机4的调速端口，用于调整健康电机3和故障电机4转速。

所述主机箱1设置有采集设备模块5和采集板卡6，所述采集板卡6安装在采集设备模块5的卡槽中，所述采集板卡6输入端分别信号连接健康电机3内的传感器检测组件和故障电机4内的传感器检测组件，用于获取各类传感器的数据，并将所获取的数据通过采集设备模块5传输至上位机9。

主机箱1和副机箱2均为方形盒子，无明显的连接关系，主机箱1和副机箱2靠近即可，副机箱2内通过线缆将传感器数据传至主机箱1的采集设备模块5上，再由采集设备模块5传至上位机9上处理。线槽11设置于主机箱1和副机箱2的箱体外侧，用于安装各类线缆，使得整个装置更加规整美观，便于演示。

所述主机箱1内设置有用于检测健康电机3运转情况的传感器检测组件；所述传感器检测组件包括电涡流位移传感器101、光电转速传感器102、热电偶传感器103、三轴加速度计104、电流传感器105和电压传感器106，所述电涡流位移传感器101设置有两个，两个电涡流位移传感器101对称设置在电机转轴202的两侧且高度相同，所述两个电涡流位移传感器101和电机转轴202轴心的连线分别与轴径水平线呈α夹角，所述α夹角为45°，用于检测电机转轴202的轴心振动轨迹；电机风叶201上设置有反光条，所述光电转速传感器102设置在电机风叶201的远离电机的一侧，用于根据反光条的反射光线检测电机的转速，所述光电转速传感器102采用FT3406转速计；所述热电偶传感器103设置于靠近电机风叶201的一端的电机上方，用于检测电机外壳的温度，所述热电偶传感器103采用RTD热电阻；所述三轴加速度计104设置于远离电机风叶201的一端的电机上方，用于检测电机三个方向的振动加速度信号；所述电流传感器105设置在电源7和健康电机3之间的供电电缆10上，用于检测该段供电电缆10上的实际电流值；所述电压传感器106设置在电源7和健康电机3之间的供电电缆10上，用于检测供电电缆10上的实际电压值。

所述副机箱2内设置有用于检测故障电机4运转情况的传感器检测组件；所述传感器检测组件包括电涡流位移传感器101、光电转速传感器102、热电偶传感器103、三轴加速度计104、电流传感器105和电压传感器106，所述电涡流位移传感器101设置有两个，两个电涡流位移传感器101对称设置在电机转轴202的两侧且高度相同，所述两个电涡流位移传感器101和电机转轴202轴心的连线分别与轴径水平线呈α夹角，所述α夹角为45°，用于检测电机转轴202的轴心振动轨迹；电机风叶201上设置有反光条，所述光电转速传感器102设置在电机风叶201的远离电机的一侧，用于根据反光条的反射光线检测电机的转速，所述光电转速传感器102采用FT3406转速计；所述热电偶传感器103设置于靠近电机风叶201的一端的电机上方，用于检测电机外壳的温度，所述热电偶传感器103采用RTD热电阻；所述三轴加速度计104设置于远离电机风叶201的一端的电机上方，用于检测电机三个方向的振动加速度信号；所述电流传感器105设置在电源7和故障电机4之间的供电电缆10上，用于检测该段供电电缆10上的实际电流值；所述电压传感器106设置在电源7和故障电机4之间的供电电缆10上，用于检测该段供电电缆10上的实际电压值。

所述采集板卡6包括主采集板卡和副采集板卡，所述主采集板卡的信号输入端分别与主机箱1和副机箱2内的电涡流位移传感器101、光电转速传感器102、热电偶传感器103、电流传感器105和电压传感器106连接，所述副采集板卡的信号输入端与三轴加速度计104连接。所述采集板卡6包括主采集板卡和副采集板卡，所述主采集板卡的信号输入端分别与主机箱1和副机箱2内的电涡流位移传感器101、光电转速传感器102、热电偶传感器103、电流传感器105和电压传感器106连接，所述副采集板卡的信号输入端分别与主机箱1和副机箱2内的三轴加速度计104连接。

主采集板卡的型号为NI-9205，本实用新型中的采集板卡主NI-9205为±10 V，250ks/s，16位，32通道C系列电压输入模块，NI-9205可执行单端或差分模拟输入，每个具有四个可编程的输入范围。该模块以较低的价格提供了高通道数和高速度，适用于经济型的多功能系统。模块还提供了四个可编程的输入范围。为了防止信号瞬变，NI-9205在输入通道和公共端之间提供了高达60 V的过压保护。另外，NI-9205还具有双重通道对地隔离屏障，实现了安全性、抗扰性和高共模电压范围，它具有1000Vrms的瞬时过压保护。

副采集板卡的型号为NI-9232，为3通道，102.4ks/s/ch，±30V，C系列声音与振动输入模块，NI-9232可以测量来自集成电子压电和非IEPE传感器的信号，例如加速度计、转速计和接近式探针。NI-9232还可兼容智能TEDS传感器。可为加速度振动信号进行采集。

所述上位机9包括界面显示模块9-1、数据存储模块9-2和云端备份模块9-3，所述界面显示模块9-1，用于通过上位机9的整理分析，将电机故障的分析检测结果通过数据和图像形式进行显示并进行故障预警；所述数据存储模块9-2用于对采集设备模块5上传的数据进行缓存，并将上位机9的分析结果进行数据存储；所述云端备份模块9-3，用于将电机故障的分析检测结果上传并储存在云端以进行备份。

所述上位机9的输入端连接主机箱1的采集设备模块5，用于对采集设备模块5上传的健康电机3和故障电机4的运转参数进行比对分析，以判断故障电机4的故障类型和程度，并将得到的分析结果进行界面显示，数据存储和云端备份。由于健康电机3和故障电机4采集到的数据不相同，经过滤波放大处理后，通过比较二者的振动特性，电流电压等参数，得到故障电机4与健康电机3各参数的区分值，即可设置系统预警的临界值；其次，通过比较两个电机的各类频谱，发现二者谱线差异，设置区分值。当然，故障电机4预先需知道其故障源，以便对应故障源匹配相应参数谱图特性。

本实用新型中的NI cDAQ-9188采集机箱为8槽以太网CompactDAQ机箱，是专为小型、远程或分布式传感器测量系统设计的总线供电CompactDAQ以太网机箱。该机箱还可控制C系列I/O模块与外部主机之间的定时、同步和数据传输。机箱可以搭配不同模块的组合，实现模拟I/O、数字I/O和计数器/定时器的混合测量。该机箱还具有四个32位通用计数器/定时器。这些计数器可通过所安装的硬件定时数字C系列模块进行访问，适用于涉及正交编码器、PWM、事件计数、脉冲序列生成和周期或频率测量的应用。多个定时引擎使得用户能够同时运行七个硬件定时的操作，而且可以同时使用三个不同的模拟输入速率。

如图所示，图1为主机箱1内部结构俯视图；图2为主机箱1内部结构的侧面视图；图3为副机箱内部结构俯视图。

本实施例演示箱主要分为传感器层、设备层和决策层，传感器层包括电涡流位移传感器101、光电转速传感器102、热电偶传感器103、三轴加速度计104、电流传感器105和电压传感器106等各类传感器，主要使得各类传感器感知到的物理量并转化为电信号，同时将电信号传递给设备层，例如，为了达到系统设计要求，我们需要采集健康电机3和故障电机4三个方向的加速度信号，转速信号，电流信号、电压信号以及电涡流位移信号；设备层主要采用NI cDAQ-9188采集机箱，在主机箱1的卡槽中安装有主采集板卡NI-9205和副采集板卡NI-9232，设备层主要是各类传感器采集到的电信号读取上来，并进行硬件滤波和信号调理，采集设备的性能决定了读取至决策层数据的准确性和高速性；决策层时该系统本地终端的核心，通过LabVIEW编写系统本地程序，实现系统登录，本实用新型的演示箱通过各传感器采集电机参数，并将各种数据传输至采集板卡6上，并通过以太网接口连接上位机9通讯，将健康电机3和故障电机4的各类运行数据进行比对，通过各种分析算法，例如阶次分析和轴心轨迹分析等，并对分析数据进行诊断和分类，以判断故障电机4的故障类型和程度，阶次分析是由加速度信号与转速信号进行合成，利于等角度重采样技术，对加速度信号作快速傅里叶变换的频谱，得到阶次谱，然后对特定阶次进行分析处理。轴心轨迹分析是利于两个电涡流位移传感器101合成一个二维坐标的平面图，针对不同的轴心轨迹图形进行分析处理。诊断分析是结合各种分析结果后，给出电机相应的可能故障情况。最后在上位机9上将检测分析结果进行界面显示，数据存储和云端备份。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种便携式电机故障诊断演示箱，其特征在于：包括主机箱（1）和副机箱（2），所述主机箱（1）内固定安装有健康电机（3），副机箱（2）内固定安装有故障电机（4），主机箱（1）和副机箱（2）均为长方体的盒状结构，在主机箱（1）和副机箱（2）的一侧面均形成有开口，主机箱（1）内还设置有电源（7），电源（7）分别通过供电电缆（10）连接健康电机（3）和故障电机（4）；副机箱（2）一侧设置有调速器（8），调速器（8）分别信号连接健康电机（3）和故障电机（4）的调速端口，用于调整健康电机（3）和故障电机（4）转速；

所述主机箱（1）和副机箱（2）内均设置有用于检测电机运转情况的传感器检测组件；所述传感器检测组件包括电涡流位移传感器（101）、光电转速传感器（102）、热电偶传感器（103）、三轴加速度计（104）、电流传感器（105）和电压传感器（106），所述电涡流位移传感器（101）设置有两个，两个电涡流位移传感器（101）对称设置在电机转轴（202）的两侧且高度相同，所述两个电涡流位移传感器（101）和电机转轴（202）轴心的连线分别与轴径水平线呈45°夹角，用于检测电机转轴（202）的轴心振动轨迹；电机风叶（201）上设置有反光条，所述光电转速传感器（102）设置在电机风叶（201）的远离电机的一侧，用于根据反光条的反射光线检测电机的转速；所述热电偶传感器（103）设置于靠近电机风叶（201）的一端的电机上方，用于检测电机外壳的温度；所述三轴加速度计（104）设置于远离电机风叶（201）的一端的电机上方，用于检测电机三个方向的振动加速度信号；所述电流传感器（105）设置在电源（7）和电机之间的供电电缆（10）上，用于检测所述供电电缆（10）上的实际电流值；所述电压传感器（106）设置在电源（7）和电机之间的供电电缆（10）上，用于检测所述供电电缆（10）上的实际电压值；

所述主机箱（1）设置有采集设备模块（5）和采集板卡（6），所述采集板卡（6）安装在采集设备模块（5）的卡槽中，采集板卡（6）输入端分别信号连接健康电机（3）内的传感器检测组件和故障电机（4）内的传感器检测组件，用于获取各类传感器的数据，并将所获取的数据通过采集设备模块（5）传输至上位机（9）；

所述上位机（9）的输入端连接主机箱（1）的采集设备模块（5），用于对采集设备模块（5）上传的健康电机（3）和故障电机（4）的运转参数进行比对分析，以判断故障电机（4）的故障类型和程度，并将得到的分析结果进行界面显示，数据存储和云端备份。

2.如权利要求1所述的一种便携式电机故障诊断演示箱，其特征在于：所述采集板卡（6）包括主采集板卡和副采集板卡，所述主采集板卡的信号输入端分别与主机箱（1）和副机箱（2）内的电涡流位移传感器（101）、光电转速传感器（102）、热电偶传感器（103）、电流传感器（105）和电压传感器（106）连接，所述副采集板卡的信号输入端分别与主机箱（1）和副机箱（2）内三轴加速度计（104）连接。

3.如权利要求1所述的一种便携式电机故障诊断演示箱，其特征在于：所述主机箱（1）和副机箱（2）为NI cDAQ-9188采集机箱。

4.如权利要求2所述的一种便携式电机故障诊断演示箱，其特征在于：所述主采集板卡的型号为NI-9205，副采集板卡的型号为NI-9232。

5.如权利要求1所述的一种便携式电机故障诊断演示箱，其特征在于：所述健康电机（3）和故障电机（4）均为三相异步电机。

6.如权利要求1所述的一种便携式电机故障诊断演示箱，其特征在于：所述热电偶传感器（103）采用RTD热电阻。

7.如权利要求1所述的一种便携式电机故障诊断演示箱，其特征在于：所述光电转速传感器（102）采用FT3406转速计。

8.如权利要求1所述的一种便携式电机故障诊断演示箱，其特征在于：所述上位机（9）包括界面显示模块（9-1）、数据存储模块（9-2）和云端备份模块（9-3），所述界面显示模块（9-1），用于通过上位机（9）的整理分析，将电机故障的分析检测结果通过数据和图像形式进行显示并进行故障预警；所述数据存储模块（9-2）用于对采集设备模块（5）上传的数据进行缓存，并将上位机（9）的分析结果进行数据存储；所述云端备份模块（9-3），用于将电机故障的分析检测结果上传并储存在云端以进行备份。