CN208270732U - 基于LoRa无线通信技术的异步电机在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于LoRa无线通信技术的异步电机在线监测系统，本系统包括电流信号采集分析模块、振动和温度信号采集分析模块、无线通信网关和监测诊断分析模块，电流信号采集分析模块采用电流互感器采集电机电流并经微处理器处理后由LoRa无线通信单元发送数据；振动和温度信号采集分析模块采用振动和温度传感器采集电机振动和温度信号并经微处理器处理后由LoRa无线通信单元发送数据；无线通信网关实现LoRa无线通信单元之间的数据传输，由微处理器对传输的数据再处理后经网络通讯端口传输至监测诊断分析模块。本系统采集电机电流/振动/温度信号并处理后经LoRa无线通信传输，实现电机异常状态趋势和预警分析，确保电机的安全可靠运行。

Description

基于LoRa无线通信技术的异步电机在线监测系统

技术领域

本实用新型涉及电气设备监测诊断技术领域，尤其涉及一种基于LoRa无线通信技术的异步电机在线监测系统。

背景技术

随着现代工业技术的发展和设备制造水平的提高，生产系统中采用的电机数量不断增加。中小型异步电机作为生产系统的主要传动元件和执行元件，其正常运行对保证生产制造过程的安全、高效、优质及低耗运行意义十分重大，其故障不仅会损坏电机本身，而且会影响整个生产系统，甚至会危及人身安全，造成巨大的经济损失和恶劣的社会影响。

随着物联网的发展，诸如蓝牙、zigbee等短距离通讯方式或者诸如WIFI、3G/4G等高功耗通讯方式已经不能满足要求。而LoRa无线通信技术却可以结合上述通信方式的优点，摈弃现有技术缺点，能做到长距离并且低功耗传输。

一般生产系统中的中小型异步电机的保护功能主要是由继电保护系统实现，往往当继电保护动作时，电机故障已经发生，其是由于传统继电保护没有预防故障和早期发现故障的功能。中小型异步电机在生产系统中应用数量较大，现场日常点检一般通过听音棒、点温仪等简易手段来判断运行状态，显然无法实现电机故障的有效监测和趋势判断，严重影响电机的安全可靠运行。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于LoRa无线通信技术的异步电机在线监测系统，本系统克服传统电机故障监测的缺陷，采集电机电流/振动/温度信号并处理后经LoRa无线通信传输，实现电机异常状态趋势和预警分析，确保电机的安全可靠运行。

为解决上述技术问题，本实用新型基于LoRa无线通信技术的异步电机在线监测系统包括异步电机控制回路、电流信号采集分析模块、振动和温度信号采集分析模块、无线通信网关和监测诊断分析模块，所述电流信号采集分析模块包括电流互感器、电流信号采集单元、微处理器和LoRa无线通信单元，所述电流互感器连接所述异步电机控制回路并且信号输出端连接所述电流信号采集单元输入端，所述电流信号采集单元输出端经所述微处理器连接所述LoRa无线通信单元输入端；所述振动和温度信号采集分析模块包括振动传感器、温度传感器、微处理器和LoRa无线通信单元，所述振动传感器和温度传感器分别设于电机轴承端和绕组端并且检测信号传输至所述微处理器，所述微处理器输出端连接所述LoRa无线通信单元输入端；所述无线通信网关包括LoRa无线通信单元、微处理器和网络通讯端口，所述LoRa无线通信单元输出端连接所述微处理器输入端，所述微处理器输出端经所述网络通讯端口连接所述监测诊断分析模块；所述电流信号采集分析模块、振动和温度信号采集分析模块和无线通信网关中的LoRa无线通信单元之间进行LoRa无线通信连接。

进一步，本系统还包括移动智能终端，所述移动智能终端与监测诊断分析模块之间通过无线网络通讯连接。

进一步，所述温度传感器是PT100铂热电阻，所述振动传感器是加速度传感器。

由于本实用新型基于LoRa无线通信技术的异步电机在线监测系统采用了上述技术方案，即本系统包括异步电机控制回路、电流信号采集分析模块、振动和温度信号采集分析模块、无线通信网关和监测诊断分析模块，电流信号采集分析模块采用电流互感器采集电机电流并经微处理器处理后由LoRa无线通信单元发送数据；振动和温度信号采集分析模块采用振动传感器和温度传感器采集电机振动和温度信号并经微处理器处理后由LoRa无线通信单元发送数据；无线通信网关实现LoRa无线通信单元之间的数据传输，由微处理器对传输的数据再处理后经网络通讯端口传输至监测诊断分析模块。本系统克服传统电机故障监测的缺陷，采集电机电流/振动/温度信号并处理后经LoRa无线通信传输，实现电机异常状态趋势和预警分析，确保电机的安全可靠运行。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明：

图1为本实用新型基于LoRa无线通信技术的异步电机在线监测系统示意图。

具体实施方式

实施例如图1所示，本实用新型基于LoRa无线通信技术的异步电机在线监测系统包括异步电机控制回路T、电流信号采集分析模块U1、振动和温度信号采集分析模块U2、无线通信网关U3和监测诊断分析模块U4，所述电流信号采集分析模块U1包括电流互感器CT、电流信号采集单元11、微处理器12和LoRa无线通信单元13，所述电流互感器CT连接所述异步电机控制回路T并且信号输出端连接所述电流信号采集单元11输入端，所述电流信号采集单元11输出端经所述微处理器12连接所述LoRa无线通信单元13输入端；所述振动和温度信号采集分析模块U2包括振动传感器21、温度传感器22、微处理器23和LoRa无线通信单元24，所述振动传感器21和温度传感器22分别设于电机M轴承端和绕组端并且检测信号传输至所述微处理器23，所述微处理器23输出端连接所述LoRa无线通信单元24输入端；所述无线通信网关U3包括LoRa无线通信单元31、微处理器32和网络通讯端口33，所述LoRa无线通信单元31输出端连接所述微处理器32输入端，所述微处理器32输出端经所述网络通讯端口33连接所述监测诊断分析模块U4；所述电流信号采集分析模块U1、振动和温度信号采集分析模块U2和无线通信网关U3中的LoRa无线通信单元13、24、31之间进行LoRa无线通信连接。

优选的，本系统还包括移动智能终端U5，所述移动智能终端U5与监测诊断分析模块U4之间通过无线网络通讯连接。移动智能终端可以是智能手机、PAD等设备，利用移动互联技术，实现智能移动应用APP、完成设备点检、异常状态报警、诊断结果移动端显示和查阅等功能。

优选的，所述温度传感器是PT100铂热电阻，所述振动传感器是加速度传感器。

本系统中电流信号采集分析模块包括电流互感器、电流信号采集单元、微处理器以及LoRa无线通信单元，该部分主要采用电流互感器采集电机三相电流信号，将采集电流信号经微处理器进行处理、特征提取，处理结果通过LoRa无线通信单元进行传输；

振动和温度信号采集分析模块包括振动传感器、温度传感器、微处理器以及LoRa无线通信单元，由于电机一般暴露在室外，该模块的防护等级为IP54，该模块用于电机振动、温度信号的检测采集，将采集信号通过微处理器进行处理、特征提取，处理结果通过LORA无线通信单元进行传输；

无线通信网关中的LORA无线通信单元与上述两个模块中的LORA无线通信单元进行通讯连接，接收经处理的电流、振动和温度的无线信号并解析，然后将无线信号传输给微控制器，微控制器将收到的数据重新处理分析，并将数据经网络通讯端口通过以太网发送到监测诊断分析模块；

监测诊断分析模块可以采用控制器（如可编程逻辑控制器）来实现，通过对采集振动、温度、电流等信号进行逻辑分析判断，实现异步电机在线运行的状态预警，主要实现以下功能：

1）绕组温度异常报警

电机定子绕组温度客观反映电机运行状态和过载情况，根据电机绝缘等级，确认电机绕组温升阈值，如果超出阈值，温升速率超限，提供电机绕组温度异常报警；

2）三相电流不平衡报警

式中：ΔI为电机三相电流偏差值，Imax为电机三相电流最大值，Imin为电机三相电流最小值，Iavg为电机三相电流平均值；

当电机三相电流偏差值超过阈值时，对电机三相电流不平衡异常进行报警；

3）负载异常/卡阻报警

负载异常/卡阻故障属于机械类故障的晚期表现，具体可体现在轴承出现异常，转动困难，当出现润滑不良/卡阻堵转故障时，电流有效值会出现明显变化，通过电机电流的诊断分析，给出负载异常/卡阻报警；

4）振动异常报警

如果电机松动、不对中或轴承出现异常时，振动信号会明显增大，通过阈值和偏差分析，对电机振动异常进行报警。

本系统采集的电机运行信息和经处理的数据通过LoRa无线通信技术进行传输，满足需要大规模组网、对低功耗和低成本有非常强烈要求、数据量不大的无线数据通信领域，在整个网络覆盖范围内，每个网络节点和网关间的通信距离可以达到5公里，方便组网。如图1所示，对整个区域的多个异步电机M实现组网在线监测，通过无线通信网关连接各异步电机M的网络节点，运用统一的工具和平台，实现多个异步电机运行状态及故障趋势的预警分析，实现异步电机状态的在线实时预警。

本系统特别适用于多台中小型异步电机运行状态的在线监测，其将微处理器、电流/振动/温度传感器以及LoRa无线通信单元集成在一起，传感器可以通过磁性底座或螺栓固定于电机的监测位置，对型电机运行状态数据采样，微处理器对传感器上报的数据经过筛选、过滤得到有效的数据，然后通过无线通信网关传输到监测诊断分析模块。本系统将电机监测诊断技术与LoRa无线通信技术相结合，适用于现场分布广且布线和点检困难等场合的多台异步电机运行状态的监测，可有效把握异步电机运行状态，降低设备点检负荷，为设备的预知性维修提供指导，有针对性地减少异步电机故障率，确保电机及整个设备系统的安全可靠运行。

Claims (3)

1.一种基于LoRa无线通信技术的异步电机在线监测系统，包括异步电机控制回路，其特征在于：还包括电流信号采集分析模块、振动和温度信号采集分析模块、无线通信网关和监测诊断分析模块，所述电流信号采集分析模块包括电流互感器、电流信号采集单元、微处理器和LoRa无线通信单元，所述电流互感器连接所述异步电机控制回路并且信号输出端连接所述电流信号采集单元输入端，所述电流信号采集单元输出端经所述微处理器连接所述LoRa无线通信单元输入端；所述振动和温度信号采集分析模块包括振动传感器、温度传感器、微处理器和LoRa无线通信单元，所述振动传感器和温度传感器分别设于电机轴承端和绕组端并且检测信号传输至所述微处理器，所述微处理器输出端连接所述LoRa无线通信单元输入端；所述无线通信网关包括LoRa无线通信单元、微处理器和网络通讯端口，所述LoRa无线通信单元输出端连接所述微处理器输入端，所述微处理器输出端经所述网络通讯端口连接所述监测诊断分析模块；所述电流信号采集分析模块、振动和温度信号采集分析模块和无线通信网关中的LoRa无线通信单元之间进行LoRa无线通信连接。

2.根据权利要求1所述的基于LoRa无线通信技术的异步电机在线监测系统，其特征在于：本系统还包括移动智能终端，所述移动智能终端与监测诊断分析模块之间通过无线网络通讯连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于LoRa无线通信技术的异步电机在线监测系统，其特征在于：所述温度传感器是PT100铂热电阻，所述振动传感器是加速度传感器。