CN105891714A - 一种电机驱动***能源监控及故障诊断装置及实现方法 - Google Patents

一种电机驱动***能源监控及故障诊断装置及实现方法 Download PDF

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卞万良
丁爱光
许哲昭
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Abstract

本发明公开了：一种电机驱动***能源监控及故障诊断装置及其实现方法，所述装置包括电机电压电流信号采集处理***模块、电机控制***模块、设备状态诊断***模块、能源监控***模块、通讯处理***模块、执行单元模块、显示装置模块及上位机***模块。具有以下优点：具有能源效率监控和设备故障自动诊断于一体的优点，不仅能对电机进行故障预知而且对所驱动机械设备进行故障预知，达到状态检修的目的。

Description

一种电机驱动***能源监控及故障诊断装置及实现方法
技术领域
本发明涉及一种电机驱动***能源监控及故障诊断装置及实现方法，属于电子监控诊断技术领域。
背景技术
电机驱动***普遍使用在国民生产的各个领域，消耗着大量的电能，电机及驱动的机械设备的非最佳状态运行不仅危害生产安全，也不利于节能降耗。现有的企业控制***或信息***仅仅设置电机各种参数的高低限值，少数测点采用设置分级报警方式进行故障报警，这些报警限值都有较大富裕空间，且在电机及驱动设备异常点的监控和故障原因分析等方面存在缺陷，不能有效的进行设备状态评估。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种电机驱动***能源监控及故障诊断装置及实现方法，具有能源效率监控和设备故障自动诊断于一体的优点，不仅能对电机进行故障预知，而且对所驱动机械设备进行故障预知，能够有效的进行设备状态评估，达到状态检修的目的。
为解决以上问题，本发明采用以下技术方案：
一种电机驱动***能源监控及故障诊断装置，所述装置包括电机电压电流信号采集处理***模块、电机控制***模块、设备状态诊断***模块、能源监控***模块、通讯处理***模块、执行单元模块、显示装置模块及上位机***模块。
进一步的，所述装置的实现方法包括以下步骤：
步骤S101，电机控制***模块启动，并获取电机设备的电压、电流参数信息，完成后进入步骤S102和步骤S111；
步骤S102，判断A相电流有效值Ia是否等于0，若是A相电流有效值Ia=0，则A相断相，并显示到显示装置模块中，若A相电流有效值Ia不等于0，则进入步骤S103；
步骤S103，判断B相电流有效值Ib是否等于0，若是B相电流有效值Ib=0，则B相断相，并显示到显示装置模块中，若B相电流有效值Ib不等于0，则进入步骤S104；
步骤S104，判断C相电流有效值Ic是否等于0，若是C相电流有效值Ic=0，则C相断相，并显示到显示装置模块中，若C相电流有效值Ic不等于0，则进入步骤S105。
进一步的，所述装置的实现方法还包括以下步骤：
步骤S105，判断电机三相电流是否均在三相短路设定范围内，若是在范围内，则电机三相短路，并显示到显示装置模块中，若是不在范围内，则进入步骤S106；
步骤S106，判断电机三相电流是否均在电机堵转设定范围内，若是在范围内，则电机堵转，并显示到显示装置模块中，若是不在范围内，则进入步骤S107；
步骤S107，判断电机三相电流是否均在过载设定范围内，若是在范围内，则电机过载，执行步骤S108，若是不在范围内，则进入步骤S108。
进一步的，所述装置的实现方法还包括以下步骤：
步骤S108，判断电机三相电压是否超过过压设定，若是超过过压设定，则电机过电压，执行步骤S110，若是没超过过压设定，则进入步骤S109；
步骤S109，判断电机三相电压是否低于欠压设定，若是低于欠压设定，则电机欠压，执行步骤S110，若是不低于欠压设定，则进入步骤S110；
步骤S110，判断三相电压是否平衡，若是三相电压平衡，则将信号传输到电机电压电流信号采集处理***模块中，若是三相电压不平衡，则将信号传输到设备状态诊断***模块中。
进一步的，所述装置的实现方法还包括以下步骤：
步骤S111，对电流、电压信号进行傅立叶分析，完成后进入步骤S112；
步骤S112，处理后的数据传输给能源监控***模块，完成后进入步骤S113；
步骤S113，判断线频的极通过频率DB差值是否超过设定值，若是超过设定值，则电机转子条故障，并把故障信息显示到显示装置模块中，若没有超过设定值，则进入步骤S114；
步骤S114，判断线频的转速边频值是否超过设定值，若是超过设定值，则电机发生不对中故障，并把故障信息显示到显示装置模块中，若没有超过设定值，则进入步骤S115。
进一步的，所述装置的实现方法还包括以下步骤：
步骤S115，判断转速频率值是否超过设定值，若是超过设定值，则电机发生偏心故障，并把故障信息显示到显示装置模块中，若没有超过设定值，则进入步骤S116。
步骤S116，判断轴承故障频率值是否超过设定值，若是超过设定值，则电机轴承故障，并把故障信息显示到显示装置模块中，若没有超过设定值，则进入步骤S117。
进一步的，所述装置的实现方法还包括以下步骤：
步骤S117，判断齿轮箱故障频率值是否超过设定值，若是超过设定值，则电机齿轮箱故障，并把故障信息显示到显示装置模块中，若没有超过设定值，则进入步骤S118；
步骤S118，判断皮带故障频率值是否超过设定值，若是超过设定值，则电机皮带故障，并把故障信息显示到显示装置模块中，若没有超过设定值，则进入步骤S119；
步骤S119，判断叶片故障频率值是否超过设定值，若是超过设定值，则电机叶片故障，并把故障信息显示到显示装置模块中。
进一步的，所述装置的实现方法还包括以下步骤：
步骤S201，电机电压电流信号采集处理***模块启动，完成后进入步骤S202；
步骤S202，判断电机的三相电流是否平衡，若电机的三相电流平衡，则输出信号到显示装置模块中，若电机的三项电路不平衡，则进行步骤S203；
步骤S203，判断零序电流是否大于设定值，若零序电流大于设定值，则通过三相电流间的关系判断接地故障相，并输出信号到显示装置模块中，若零序电流不大于设定值，则进行步骤S204；
步骤S204，通过三相电流间的关系判断是匝间短路还是相间短路，并判断故障相，输出信号到显示装置模块中。
进一步的，所述装置的实现方法还包括以下步骤：
步骤S301，设备状态诊断***模块启动，完成后进入步骤S302；
步骤S302，计算三相阻抗，完成后进入步骤S303；
步骤S303，判断三相阻抗是否平衡，若三相阻抗平衡，则输出信号到显示装置模块中，若三相阻抗不平衡，则进行步骤S304；
步骤S304，判断零序电流是否大于设定值，若零序电流大于设定值，则通过三相阻抗间的关系判断接地故障相，并输出信号到显示装置模块中，若零序电流不大于设定值，则进行步骤S305；
步骤S305，通过三相阻抗间的关系判断是匝间短路还是相间短路，并判断故障相，输出信号到显示装置模块中。
进一步的，所述装置的实现方法还包括以下步骤：
步骤S401，显示装置模块启动，完成后进入步骤S402；
步骤S402，记录当前的诊断结果，完成后进入步骤S403；
步骤S403，判断是否所有数据都分析完了，若数据没有分析完，则输出信号到电机控制***模块，若数据分析完了，则进行步骤S404；
步骤S404，显示诊断结果，完成后进入步骤S405；
步骤S405，选择跳闸或报警，完成后进入步骤S406；
步骤S406，程序结束。
本发明采用以上技术方案，与现有技术性比，具有以下优点：
具有能源效率监控和设备故障自动诊断于一体的优点，不仅能对电机进行故障预知，而且同时对所驱动机械设备进行故障预知，能够有效的对状态进行评估，达到状态检修的目的。
同时大量减少了电能的消耗，使得电机及驱动的机械设备的运行在最佳状态，大大减少了对生产安全的危害，提高了生产效率，有利于节能降耗。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
附图说明
附图1为本分明实施例中电机驱动***能源监控及故障诊断装置各模块的结构示图；
附图2至附图5是电机驱动***能源监控及故障诊断装置实现方法的流程图。
具体实施方式
实施例，如图1所示，一种电机驱动***能源监控及故障诊断装置，包括电机电压电流信号采集处理***模块2、电机控制***模块1、设备状态诊断***模块3、能源监控***模块4、通讯处理***模块6、执行单元模块7、显示装置模块5及上位机***模块8。
所述电机电压电流信号采集处理***模块2用于从电机控制***模块1或信息***获取电机的电压、电流信息的，电机电压电流信号采集处理***模块2的输出端与设备状态诊断***模块3的信号输入端连接，电机电压电流信号采集处理***模块2对采集的电压电流信号进行傅立叶分解，选取故障特征频率及电压电流幅值用于设备状态诊断***模块3。
所述设备状态诊断***模块3利用电机电压电流信号进行电机驱动***，对电机及负载设备进行诊断，设备状态诊断***模块3的信号输出端与通讯处理***模块6的信号输入端连接。
所述通讯处理***模块6信号输出端分别与执行单元模块7、显示装置模块5和上位机***模块8的信号输入端连接。
所述能源监控***模块4用于电机能源管理，能源监控***模块4信号输出端与通讯处理***模块6的信号输入端连接。
所述显示装置模块5用以显示诊断结果信息，显示装置模块5的信号输入端与通讯处理***模块6的信号输出端连接。
所述上位机***模块8用以存储数据文件及显示诊断结果和电机集群管理，上位机***模块8与通讯处理***模块6的信号输出端连接。
如图2、如3、图4及图5所示，所述机驱动***能源监控及故障诊断装置的实现方法如下：
步骤S101，电机控制***模块1启动，并获取电机设备的电压、电流参数信息，完成后进入步骤S102和步骤S111；
步骤S102，判断A相电流有效值Ia是否等于0，若是A相电流有效值Ia=0，则A相断相，并显示到显示装置模块5中，若A相电流有效值Ia不等于0，则进入步骤S103；
步骤S103，判断B相电流有效值Ib是否等于0，若是B相电流有效值Ib=0，则B相断相，并显示到显示装置模块5中，若B相电流有效值Ib不等于0，则进入步骤S104；
步骤S104，判断C相电流有效值Ic是否等于0，若是C相电流有效值Ic=0，则C相断相，并显示到显示装置模块5中，若C相电流有效值Ic不等于0，则进入步骤S105；
步骤S105，判断电机三相电流是否均在三相短路设定范围内，若是在范围内，则电机三相短路，并显示到显示装置模块5中，若是不在范围内，则进入步骤S106；
步骤S106，判断电机三相电流是否均在电机堵转设定范围内，若是在范围内，则电机堵转，并显示到显示装置模块5中，若是不在范围内，则进入步骤S107；
步骤S107，判断电机三相电流是否均在过载设定范围内，若是在范围内，则电机过载，执行步骤S108，若是不在范围内，则进入步骤S108；
步骤S108，判断电机三相电压是否超过过压设定，若是超过过压设定，则电机过电压，执行步骤S110，若是没超过过压设定，则进入步骤S109；
步骤S109，判断电机三相电压是否低于欠压设定，若是低于欠压设定，则电机欠压，执行步骤S110，若是不低于欠压设定，则进入步骤S110；
步骤S110，判断三相电压是否平衡，若是三相电压平衡，则将信号传输到电机电压电流信号采集处理***模块2中，若是三相电压不平衡，则将信号传输到设备状态诊断***模块3中。
步骤S111，对电流、电压信号进行傅立叶分析，完成后进入步骤S112；
步骤S112，处理后的数据传输给能源监控***模块，完成后进入步骤S113；
步骤S113，判断线频的极通过频率DB差值是否超过设定值，若是超过设定值，则电机转子条故障，并把故障信息显示到显示装置模块5中，若没有超过设定值，则进入步骤S114；
步骤S114，判断线频的转速边频值是否超过设定值，若是超过设定值，则电机发生不对中故障，并把故障信息显示到显示装置模块5中，若没有超过设定值，则进入步骤S115；
步骤S115，判断转速频率值是否超过设定值，若是超过设定值，则电机发生偏心故障，并把故障信息显示到显示装置模块5中，若没有超过设定值，则进入步骤S116；
步骤S116，判断轴承故障频率值是否超过设定值，若是超过设定值，则电机轴承故障，并把故障信息显示到显示装置模块5中，若没有超过设定值，则进入步骤S117；
步骤S117，判断齿轮箱故障频率值是否超过设定值，若是超过设定值，则电机齿轮箱故障，并把故障信息显示到显示装置模块5中，若没有超过设定值，则进入步骤S118；
步骤S118，判断皮带故障频率值是否超过设定值，若是超过设定值，则电机皮带故障，并把故障信息显示到显示装置模块5中，若没有超过设定值，则进入步骤S119；
步骤S119，判断叶片故障频率值是否超过设定值，若是超过设定值，则电机叶片故障，并把故障信息显示到显示装置模块5中。
所述实现方法包括电机三相电流的诊断步骤，电机三相电流的具体诊断方法如下：
步骤S201，电机电压电流信号采集处理***模块2启动，完成后进入步骤S202；
步骤S202，判断电机的三相电流是否平衡，若电机的三相电流平衡，则输出信号到显示装置模块5中，若电机的三项电路不平衡，则进行步骤S203；
步骤S203，判断零序电流是否大于设定值，若零序电流大于设定值，则通过三相电流间的关系判断接地故障相，并输出信号到显示装置模块5中，若零序电流不大于设定值，则进行步骤S204；
步骤S204，通过三相电流间的关系判断是匝间短路还是相间短路，并判断故障相，输出信号到显示装置模块5中。
所述实现方法包括电机三相阻抗的诊断步骤，电机三相阻抗的诊断步骤如下：
步骤S301，设备状态诊断***模块3启动，完成后进入步骤S302；
步骤S302，计算三相阻抗，完成后进入步骤S303；
步骤S303，判断三相阻抗是否平衡，若三相阻抗平衡，则输出信号到显示装置模块5中，若三相阻抗不平衡，则进行步骤S304；
步骤S304，判断零序电流是否大于设定值，若零序电流大于设定值，则通过三相阻抗间的关系判断接地故障相，并输出信号到显示装置模块5中，若零序电流不大于设定值，则进行步骤S305；
步骤S305，通过三相阻抗间的关系判断是匝间短路还是相间短路，并判断故障相，输出信号到显示装置模块5中。
所述实现方法包括诊断结果的分析处理步骤，诊断结果的分析处理步骤如下：
步骤S401，显示装置模块5启动，完成后进入步骤S402；
步骤S402，记录当前的诊断结果，完成后进入步骤S403；
步骤S403，判断是否所有数据都分析完了，若数据没有分析完，则输出信号到电机控制***模块，若数据分析完了，则进行步骤S404；
步骤S404，显示诊断结果，完成后进入步骤S405；
步骤S405，选择跳闸或报警，完成后进入步骤S406；
步骤S406，程序结束。
故障诊断设置程序主要用于对故障诊断所需的各类阀值及电机驱动***参数设定如电机的接线方式，电机极数，定子额定相电压、相电流、轴承型号及电机与负载的连接方式，泵子、风机等的叶片数、轴承型号，变速箱的齿轮变比等进行设置。
故障诊断程序在进行故障判断时，首先对断相、三相短路、堵转这些比较严重的故障进行判断，如果发现电机出现此类故障，则不再对其余故障进行判断(因为在这些故障状况下是无法对其余故障进行正确的判断)。在进行匝间短路、相间短路及接地短路等不对称故障时，为了避免定子电压不对称所造成的误判，应首先对定予电压的对称性进行判断。如果定子电压基本对称，则可利用定子电流的对称性及各相电流间的相互关系来对此类故障进行判断。如果定子电压处于不对称状态，则根据定子三相阻抗在正常状态下基本处于对称状态的特点，先计算出各相的阻抗，然后利用阻抗的对称性及各阻抗间的相互关系来判断故障类型及部位。同时利用电气信号分析法对电机驱动***的机械问题进行诊断。诊断程序依时间顺序对采样数据逐一进行分析，记录下发生故障的类型、故障部位及发生时间等信息。在数据全部分析完毕后，程序将所有故障分析结果进行显示。
以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机驱动***能源监控及故障诊断装置，其特征在于：所述装置包括电机电压电流信号采集处理***模块（2）、电机控制***模块（1）、设备状态诊断***模块（3）、能源监控***模块（4）、通讯处理***模块（6）、执行单元模块（7）、显示装置模块（5）及上位机***模块（8）。
2.如权利要求1所述的一种电机驱动***能源监控及故障诊断装置的实现方法，其特征在于：所述装置的实现方法包括以下步骤：
步骤S101，电机控制***模块（1）启动，并获取电机设备的电压、电流参数信息，完成后进入步骤S102和步骤S111；
步骤S102，判断A相电流有效值Ia是否等于0，若是A相电流有效值Ia=0，则A相断相，并显示到显示装置模块（5）中，若A相电流有效值Ia不等于0，则进入步骤S103；
步骤S103，判断B相电流有效值Ib是否等于0，若是B相电流有效值Ib=0，则B相断相，并显示到显示装置模块（5）中，若B相电流有效值Ib不等于0，则进入步骤S104；
步骤S104，判断C相电流有效值Ic是否等于0，若是C相电流有效值Ic=0，则C相断相，并显示到显示装置模块（5）中，若C相电流有效值Ic不等于0，则进入步骤S105。
3.如权利要求1所述的一种电机驱动***能源监控及故障诊断装置的实现方法，其特征在于：所述装置的实现方法还包括以下步骤：
步骤S105，判断电机三相电流是否均在三相短路设定范围内，若是在范围内，则电机三相短路，并显示到显示装置模块（5）中，若是不在范围内，则进入步骤S106；
步骤S106，判断电机三相电流是否均在电机堵转设定范围内，若是在范围内，则电机堵转，并显示到显示装置模块（5）中，若是不在范围内，则进入步骤S107；
步骤S107，判断电机三相电流是否均在过载设定范围内，若是在范围内，则电机过载，执行步骤S108，若是不在范围内，则进入步骤S108。
4.如权利要求1所述的一种电机驱动***能源监控及故障诊断装置的实现方法，其特征在于：所述装置的实现方法还包括以下步骤：
步骤S108，判断电机三相电压是否超过过压设定，若是超过过压设定，则电机过电压，执行步骤S110，若是没超过过压设定，则进入步骤S109；
步骤S109，判断电机三相电压是否低于欠压设定，若是低于欠压设定，则电机欠压，执行步骤S110，若是不低于欠压设定，则进入步骤S110；
步骤S110，判断三相电压是否平衡，若是三相电压平衡，则将信号传输到电机电压电流信号采集处理***模块（2）中，若是三相电压不平衡，则将信号传输到设备状态诊断***模块（3）中。
5.如权利要求1所述的一种电机驱动***能源监控及故障诊断装置的实现方法，其特征在于：所述装置的实现方法还包括以下步骤：
步骤S111，对电流、电压信号进行傅立叶分析，完成后进入步骤S112；
步骤S112，处理后的数据传输给能源监控***模块，完成后进入步骤S113；
步骤S113，判断线频的极通过频率DB差值是否超过设定值，若是超过设定值，则电机转子条故障，并把故障信息显示到显示装置模块（5）中，若没有超过设定值，则进入步骤S114；
步骤S114，判断线频的转速边频值是否超过设定值，若是超过设定值，则电机发生不对中故障，并把故障信息显示到显示装置模块（5）中，若没有超过设定值，则进入步骤S115。
6.如权利要求1所述的一种电机驱动***能源监控及故障诊断装置的实现方法，其特征在于：所述装置的实现方法还包括以下步骤：
步骤S115，判断转速频率值是否超过设定值，若是超过设定值，则电机发生偏心故障，并把故障信息显示到显示装置模块（5）中，若没有超过设定值，则进入步骤S116；
步骤S116，判断轴承故障频率值是否超过设定值，若是超过设定值，则电机轴承故障，并把故障信息显示到显示装置模块（5）中，若没有超过设定值，则进入步骤S117。
7.如权利要求1所述的一种电机驱动***能源监控及故障诊断装置的实现方法，其特征在于：所述装置的实现方法还包括以下步骤：
步骤S117，判断齿轮箱故障频率值是否超过设定值，若是超过设定值，则电机齿轮箱故障，并把故障信息显示到显示装置模块（5）中，若没有超过设定值，则进入步骤S118；
步骤S118，判断皮带故障频率值是否超过设定值，若是超过设定值，则电机皮带故障，并把故障信息显示到显示装置模块（5）中，若没有超过设定值，则进入步骤S119；
步骤S119，判断叶片故障频率值是否超过设定值，若是超过设定值，则电机叶片故障，并把故障信息显示到显示装置模块（5）中。
8.如权利要求1所述的一种电机驱动***能源监控及故障诊断装置的实现方法，其特征在于：所述装置的实现方法还包括以下步骤：
步骤S201，电机电压电流信号采集处理***模块（2）启动，完成后进入步骤S202；
步骤S202，判断电机的三相电流是否平衡，若电机的三相电流平衡，则输出信号到显示装置模块（5）中，若电机的三项电路不平衡，则进行步骤S203；
步骤S203，判断零序电流是否大于设定值，若零序电流大于设定值，则通过三相电流间的关系判断接地故障相，并输出信号到显示装置模块（5）中，若零序电流不大于设定值，则进行步骤S204；
步骤S204，通过三相电流间的关系判断是匝间短路还是相间短路，并判断故障相，输出信号到显示装置模块（5）中。
9.如权利要求1所述的一种电机驱动***能源监控及故障诊断装置的实现方法，其特征在于：所述装置的实现方法还包括以下步骤：
步骤S301，设备状态诊断***模块（3）启动，完成后进入步骤S302；
步骤S302，计算三相阻抗，完成后进入步骤S303；
步骤S303，判断三相阻抗是否平衡，若三相阻抗平衡，则输出信号到显示装置模块（5）中，若三相阻抗不平衡，则进行步骤S304；
步骤S304，判断零序电流是否大于设定值，若零序电流大于设定值，则通过三相阻抗间的关系判断接地故障相，并输出信号到显示装置模块（5）中，若零序电流不大于设定值，则进行步骤S305；
步骤S305，通过三相阻抗间的关系判断是匝间短路还是相间短路，并判断故障相，输出信号到显示装置模块（5）中。
10.如权利要求1所述的一种电机驱动***能源监控及故障诊断装置的实现方法，其特征在于：所述装置的实现方法还包括以下步骤：
步骤S401，显示装置模块（5）启动，完成后进入步骤S402；
步骤S402，记录当前的诊断结果，完成后进入步骤S403；
步骤S403，判断是否所有数据都分析完了，若数据没有分析完，则输出信号到电机控制***模块，若数据分析完了，则进行步骤S404；
步骤S404，显示诊断结果，完成后进入步骤S405；
步骤S405，选择跳闸或报警，完成后进入步骤S406；
步骤S406，程序结束。
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