CN210639250U - 电动刀闸状态监测及故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了电动刀闸状态监测及故障诊断系统,其包括：控制器；驱动电机、刀闸、电流传感器一、电流传感器二、电流传感器三、Zigbee无线通讯模块、温度传感器一、湿度传感器一、RFID芯片、计算机，其通过无线网络与Zigbee无线通讯模块通讯连接。本实用新型能够检测到设备内部的三相的电流情况，为后台管理者提供数据，方便管理，提高安全系数，为用电保障提供很好的支持，结构简单，使用寿命长，减少人工使用数量，成本低，效率高，可以全天候监测，能够及时发现故障的优点。

Description

电动刀闸状态监测及故障诊断系统

技术领域

本发明涉及电动刀闸状态监测及故障诊断系统技术领域。

背景技术

电动刀闸机械传动机构受周围环境影响大，平时操作、维护不多，轴销、轴承等传动部位缺少润滑和相对运动，运行一段时间后，经常会出现传动机构锈蚀、卡涩现象。随着传动机构锈蚀、卡涩严重时，将致使刀闸不能分合闸，还可能引起瓷瓶产生裂缝，甚至断裂，导致设备故障跳闸的严重后果。另外刀闸运行中，除上述机械传动机构上存在的问题，还面临着电动操作机构脱杆、行程开关不灵敏、传动齿轮断齿、机构位置检修调试不当、电机内部故障及电源缺相等问题，这些都将造成刀闸不能电动分合闸，而上述刀闸故障暂时缺少有效的监测及诊断手段，给运行和维护造成极大的困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供电动刀闸状态监测及故障诊断系统，能够检测到设备内部的三相的电流情况，为后台管理者提供数据，方便管理，提高安全系数，为用电保障提供很好的支持，结构简单，使用寿命长，减少人工使用数量，成本低，效率高，可以全天候监测，能够及时发现故障的优点。

本发明所采用的技术方案是：

电动刀闸状态监测及故障诊断系统,其包括：

控制器；

驱动电机，其作为动力源，其与控制器电性连接；

刀闸，其作为执行机构，其与驱动电机传动连接；

电流传感器一，其与控制器电性连接，且其安装在驱动电机的A相处；

电流传感器二，其与控制器电性连接，且其安装在驱动电机的B相处；

电流传感器三，其与控制器电性连接，且其安装在驱动电机的C相处；

Zigbee无线通讯模块，其用于将控制器所需要发送的信号发送出去，且其与控制器电性连接；

温度传感器一，其用于检测外壳内部温度数据与控制器电性连接；

湿度传感器一，其用于检测外壳内部的湿度与控制器电性连接；

RFID芯片，其用于方便工作人员在寻找到对应设备的时候进行识别确认，且其与控制器电性连接；

计算机，其通过无线网络与Zigbee无线通讯模块通讯连接。

电流传感器一、电流传感器二及电流传感器三均用于检测驱动电机的电流情况，控制器接收到驱动电机A、B及C相的电流信号，进行内部储存且通过Zigbee无线通讯模块发送出去，经过无线通讯网络发送到了计算机，计算机又称之为上位机，上位机作为管理者使用的设备，内部安装有一种电动刀闸在线故障预警系统软件。

电动刀闸状态监测及故障诊断系统还包括有外壳；驱动电机、刀闸、电流传感器一、电流传感器二、电流传感器三、Zigbee无线通讯模块、温度传感器一、湿度传感器一及RFID芯片均安装在外壳内部。温度传感器一和湿度传感器一主要是监测外壳内部的温度和湿度。

控制器电性连接有绿色指示灯和红色指示灯；外壳上设有窗口，窗口上设有透光板；绿色指示灯和红色指示灯均固定安装在外壳内部的透光板位置。刀闸坏了的时候需要通过RFID才能够确认具体对应的编号是否一致，避免操作错误，当设备正常没有故障的时候，控制器控制绿色指示灯点亮，通过透光板将绿色光线发出至外壳的外部，这样工作人员在找到刀闸的时候，很快可以确定具体的刀闸是否有坏，或者判断是否有维护过，如果是很多刀闸放置在一起的时候，是非常容易出错误的，因此为了保障用电安全及工作人员的人身安全，需要增加提醒功能。如果当对应设备是坏了的坏，控制器控制红色指示灯点亮。无线通讯模块可以接收来自上位机发送过来的指示，也就是通过上位机的判断如果对应设备出现故障了，那么上位机就可以发出故障信号给控制器，控制器控制红色指示灯点亮，同时控制绿色指示灯关闭。

进一步，控制器通过无线通讯模块通讯连接有手持终端，手持终端为手机，也就是管理人员或者工作人员可以通过手机进行检测和管理工作。

更进一步，控制器电性连接有Zigbee通讯模块和RFID识别模块。

控制器电性连接有温度传感器二和湿度传感器二，温度传感器二和湿度传感器二均固定安装在外壳的外部。不同的设备安装在地点和位置都不一样，也就是说环境不一样，空气的湿度、温度、粉尘等环境都是不一样的，那么刀闸的情况也不一样，季节不同对刀闸的影响也是不一样的。

控制器电性连接有存储器接口和储存器。存储器接口用于方便工作人员插入SD卡来接收拷贝内部的数据，储存器也可以作为备份使用。

控制器电性连接有GPS定位模块、无线通讯模块、照明灯、接触开关、电流传感器四、电流传感器五、电流传感器六、位置传感器一、位置传感器二及位置传感器三。GPS定位模块可以方便工作人员使用手机进行定位，方便新进来的工作人员寻找，减少出错的情况发生。照明灯用于为外壳内部进行照明。无线通讯模块可以直接通过无线网络与上位机进行通讯，也可以通过无线网络与手机进行通讯。电流传感器四、电流传感器五及电流传感器六用于安装在刀闸入电之前的A相、B相及C相电缆，也就是刀闸前后都有电流监控，如果出现刀闸控制失灵的情况，那么控制器则可以采集数据知道刀闸前后的电流是否正常，如果不正常，那么发送警告信号给上位机，上位机派出人员进行维护。例如当刀闸需要关闭的时候，刀闸后面的电流传感器一、电流传感器二及电流传感器三则会出现电流很大的情况，那么说明控制出现问题了会有安全隐患，需要工作人员介入处理。

控制器电性连接有加热器。在不同的环境中的各种因素都可能对刀闸的正常运转起到不良作用，其中空气中的水分才是最重要的因素，如果外壳内部的水分含量非常少，特别是在回南天的时候那么刀闸会更加不会出现故障。

控制器电性连接有电风扇，电风扇用于为外壳内部进行除尘，防止灰尘日积月累导致刀闸动不了。

控制器电性连接有二氧化碳传感器，二氧化碳传感器用于检测外壳内部的二氧化碳数值，如果外壳内部出现短路情况，那么二氧化碳含量会急剧增加，那么说明里面出现了短路情况，需要控制器发送出报警信号。

本发明能够检测到设备内部的三相的电流情况，为后台管理者提供数据，方便管理，提高安全系数，为用电保障提供很好的支持，结构简单，使用寿命长，减少人工使用数量，成本低，效率高，可以全天候监测，能够及时发现故障的优点。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明电动刀闸状态监测及故障诊断系统,其包括：

控制器7；

驱动电机，其与控制器7电性连接；

刀闸，其与驱动电机传动连接；

电流传感器一1，其与控制器7电性连接，且其安装在驱动电机的A相处；

电流传感器二2，其与控制器7电性连接，且其安装在驱动电机的B相处；

电流传感器三3，其与控制器7电性连接，且其安装在驱动电机的C相处；

Zigbee无线通讯模块，其与控制器7电性连接；

温度传感器一，其与控制器7电性连接；

湿度传感器一，其与控制器7电性连接；

RFID芯片，其与控制器7电性连接；

计算机，其通过无线网络与Zigbee无线通讯模块通讯连接。

电动刀闸状态监测及故障诊断系统还包括有外壳；驱动电机、刀闸、电流传感器一1、电流传感器二2、电流传感器三3、Zigbee无线通讯模块、温度传感器一、湿度传感器一及RFID芯片均安装在外壳内部。

控制器7电性连接有绿色指示灯和红色指示灯；外壳上设有窗口，窗口上设有透光板；绿色指示灯和红色指示灯均固定安装在外壳内部的透光板位置。

控制器7电性连接有温度传感器二和湿度传感器二，温度传感器二和湿度传感器二均固定安装在外壳的外部。

控制器7电性连接有存储器接口和储存器。

控制器7电性连接有GPS定位模块、无线通讯模块、照明灯、接触开关、电流传感器四4、电流传感器五5、电流传感器六6、位置传感器一、位置传感器二及位置传感器三。接触开关被外壳的门打开的时候，控制器控制照明灯点亮。

控制器7电性连接有加热器。

基于上述刀闸问题会不同程度反映在电机的定子电流上，本项目拟采用电流/温湿度传感器、无线网络、数据挖掘、专家知识库系统等技术，监测分合闸操作时电机定子电流，通过提取故障特征量，结合设备固有额定参数和检修历史数据，进行横向、纵向数据比对分析，判断其健康状态，实现可靠性诊断，在刀闸故障发生之前作出检修决策，保证其健康水平，延长刀闸和电动机构的寿命，有效防止刀闸操作中无法正常分合闸引起操作时间延长，甚至设备故障安全隐患。同时形成的专家知识库可为刀闸设备选型和检修验收提供决策数据。

电动刀闸状态监测及故障诊断系统的研究项目，采用电流/温湿度传感器、无线网络、数据挖掘、专家知识库系统等技术，一定时间内持续监测机构箱内温湿度情况，监测分合闸操作时电机定子电流，依据电机工作原理提取故障特征量，结合设备固有额定参数和检修的历史数据，进行横向、纵向数据比对分析，实现判断其工作健康状态，预测刀闸的各种潜在故障隐患，以便为刀闸及时做出检修处理，延长刀闸和电动机构的寿命，并有效杜绝刀闸突发性故障对倒闸操作的影响和对电网带来的安全隐患。进一步结合专家知识库给出故障判断、检修决策和设备选型。系统包括硬件和软件两大部分，主要研究内容包括在线监测装置、无线网络、系统软件等。

研究一种带温湿度监测功能的刀闸在线监测装置(电动刀闸状态检测仪)，负责定时对刀闸电动机的工作电流的采集和数据处理和定期检测采集机构箱内温湿度信息，并通过无线网络上传给上位机。为了不影响电动机的运行，这里釆用一种基于霍尔效应的霍尔传感器。该传感器输出的电压信号正比于电动机电流。首先通过CPU高速输入单元HSH测算出周波频率，并由此得到釆样/保持器的控制频率，CPU通过对一个周期T进行32点频率采样，把时域内采集到的电压，电流信号通过傅氏算法直接获得电压、电流、有功功率。由现场检测模块采集现场信号数据，再通过无线网络，把数据传送到便携式PC或控制室的计算机。采用RFID设备读码头和安装在现场某刀闸附近的RFID设备编码片用于定位监测哪个刀闸的电流数据。电动刀闸在线监测装置分为传感器部分、检测仪信号处理模块两部分。采用网络对时，保证时间与状态监测主机的一致性。主要功能如下：

1)多路交流检测技术

采用非接触方式测量交直流电流，无须更改动力电源接线，直接用卡钳卡住待测线缆，即可实时检测电机动作电流变化，最多可以分时采集1个间隔内5个刀闸的电机电流。

2)电流数据信息存储功能

实时获取待测电机的电流，并存储在内部存储器，检测到有外部存储器插入时，能够把数据存储到外存储器。

3)温湿度在线监测功能

周期性采集机构箱内温湿度环境参数情况，实时上传给上位机软件。超标本地LED指示告警。

4)RFID设备编码片读码采集功能。

调试安装时，采用RFID设备编码片定义设备ID号，通过RFID设备读码头实现锁码采集功能。用于定位监测哪个刀闸。

5)状态指示和异常声光报警功能。

装置工作状态和通讯状态指示功能，以及本地对过流和操作时间异常等进行简单的故障声光报警功能。

1.1.2传送刀闸状态的无线通信网络

通信系统采用zigbee无线通讯方式，通讯速率达到250kbps，由无线主站和无线基站组成。无线ZIGBEE网络具有低功耗、抗干扰能力强、传输速度较快、通信距离较远、投入成本低、易组网等特点，是一种先进的无线网络方式。通过无线zigbee技术，可将电动刀闸状态检测仪检测到的数据和时间信息，温湿度信息形成报文，发送给上位机进行处理和分析，实现电动刀闸状态检测仪和上位机的无线通信，完成采集数据传送和对应时间的传送功能，上传的数据包括：电流，时间(包括年、月、日、小时、分、秒)，电池电量大小等信息。另外，上位机后台软件下传对时、设备采码、控制参数设置等信息给监控检测仪，实现对检测仪的远程设置维护功能。

1.1.3电动刀闸状态监测及故障预警系统软件

研究一种电动刀闸在线故障预警系统软件，负责收集并存贮刀闸的状态参数，运用数据挖掘技术、图形数据库、报表管理、可靠性分析等技术手段，动态评估刀闸的运行状态。系统建立了刀闸的状态数据库，不仅能分析当前的参数，而且能分析重要参数的变化趋势，预知刀闸的寿命情况，为状态检修提供重要的判断依据。主要实现以下功能：

1)操作刀闸的电流信息记录

可以设置刀闸名称，能够调出具体刀闸的操作记录，包括操作时间、电流变化和告警信息和刀闸的操作时间；

2)故障特征量提取并异常告警

根据采集到的电流数据，运用数据挖掘技术，分析刀闸电动执行机构故障方式，并给出告警信息；

3)刀闸设备台账信息管理及额定电气参数录入，历史调试检修数据录入管理功能。

4)专家知识库模型建立，实时数据与历史数据比对，运用专业知识库进行推理失效机理和预报故障，实现设备寿命趋势分析和给出检修建议。

5)刀闸电流及温湿度信息查询、统计分析功能。

6)无线通讯接口功能

通过无线zigbee技术或移动存储器SD的方式，获取状态检测仪检测到的数据和时间信息；

1.2主要技术难点

1.2.1如何采集和采集哪种电动操作机构上电气参数；

变电站电动操作机构、刀闸传动机构种类纵多，型号繁多，如何选定采集哪种电动操作机构上的电气参数是否具有典型价值，评估具有普遍性。

1.2.2电动刀闸在线监测装置的设计及安装简便性；

在线监测装置的电流采集电路的可靠性及参数可信程度，以及寻找合适的安装位置是一个技术难点。

1.2.3特性比对准确性及合理性及专家诊断系统的研究；

如何利用采集的电流参数库，进行比较合理的特性比对以及如何构架专家诊断系统。

2.1预期目标

1)能收集、分析安装在电动机构上的传感器信号，以数据形式表示出来，并能显示特性曲线。

2)传感器的安装不影响设备的原有性能及可靠性。

3)对于在线监测系统，现场检测模块能把数据送到上级计算机。

4)监测系统应建立刀闸的专家知识数据库，不仅能分析当前的参数，而且能分析重要参数的变化趋势，并对刀闸检修需求提出预警，以及追溯管理相关检修记录。

2.2创新点

1)采用先进的电机电流检测技术、信号处理及分析技术，来评估电动刀闸的机械故障。

2)无线VW-NET网络的组网技术的应用。

3)电流参数知识数据库的建立以及专家数据模型推理并验证。

3.1主要技术指标

12位AD采样电路，电流测量精度等级：≤1.0％；

电流测量范围：0-60A；

电流测量频率：0-10KHz；

基于IEEE802.15.4协议，无线zigbee传输方式，通讯速度最高250kbps。传输距离1.5公里，工作频率2.4G；

单周期32点频率的AD采样，测量线性度优于0.2％；

保存多于10,000次刀闸操作记录；

3.2主要经济指标

该系统通过采集刀闸操作电流，对比同类型刀闸数据及单个刀闸历史操作数据，了解刀闸使用、运行情况。通过刀闸操作电流预判刀闸各种潜在故障，及时检修，有效杜绝刀闸事故性故障的出现，从而避免非正常停电，极大的提高变电站的维护管理水平及电网运行质量和效率。

本发明能够检测到设备内部的三相的电流情况，为后台管理者提供数据，方便管理，提高安全系数，为用电保障提供很好的支持，结构简单，使用寿命长，减少人工使用数量，成本低，效率高，可以全天候监测，能够及时发现故障的优点。

Claims (7)

1.电动刀闸状态监测及故障诊断系统,其特征在于包括：

控制器(7)；

驱动电机，其与控制器(7)电性连接；

刀闸，其与驱动电机传动连接；

电流传感器一(1)，其与控制器(7)电性连接，且其安装在驱动电机的A相处；

电流传感器二(2)，其与控制器(7)电性连接，且其安装在驱动电机的B相处；

电流传感器三(3)，其与控制器(7)电性连接，且其安装在驱动电机的C相处；

Zigbee无线通讯模块，其与控制器(7)电性连接；

温度传感器一，其与控制器(7)电性连接；

湿度传感器一，其与控制器(7)电性连接；

RFID芯片，其与控制器(7)电性连接；

计算机，其通过无线网络与Zigbee无线通讯模块通讯连接。

2.根据权利要求1所述的电动刀闸状态监测及故障诊断系统,其特征在于：电动刀闸状态监测及故障诊断系统还包括有外壳；驱动电机、刀闸、电流传感器一(1)、电流传感器二(2)、电流传感器三(3)、Zigbee无线通讯模块、温度传感器一、湿度传感器一及RFID芯片均安装在外壳内部。

3.根据权利要求2所述的电动刀闸状态监测及故障诊断系统,其特征在于：控制器(7)电性连接有绿色指示灯和红色指示灯；外壳上设有窗口，窗口上设有透光板；绿色指示灯和红色指示灯均固定安装在外壳内部的透光板位置。

4.根据权利要求3所述的电动刀闸状态监测及故障诊断系统,其特征在于：控制器(7)电性连接有温度传感器二和湿度传感器二，温度传感器二和湿度传感器二均固定安装在外壳的外部。

5.根据权利要求4所述的电动刀闸状态监测及故障诊断系统,其特征在于：控制器(7)电性连接有存储器接口和储存器。

6.根据权利要求5所述的电动刀闸状态监测及故障诊断系统,其特征在于：控制器(7)电性连接有GPS定位模块、无线通讯模块、照明灯、接触开关、电流传感器四(4)、电流传感器五(5)、电流传感器六(6)、位置传感器一、位置传感器二及位置传感器三。

7.根据权利要求5所述的电动刀闸状态监测及故障诊断系统,其特征在于：控制器(7)电性连接有加热器。

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