CN110673034A

CN110673034A - 一种基于光纤供电及无线通信的高压电机监测***

Info

Publication number: CN110673034A
Application number: CN201911050157.4A
Authority: CN
Inventors: 季振山; 许张后; 陈春华; 王勇; 汪宏华; 卢桂喜
Original assignee: Xuchang Zhongkesennirui Technology Co Ltd
Current assignee: Xuchang Zhongkesennirui Technology Co Ltd
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2020-01-10

Abstract

本发明涉及一种基于光纤供电及无线通信的高压电机监测***，包括一个高压电机管理装置和至少一个高压电机测量装置；所述高压电机测量装置用于对高压电机的状态进行测量；所述高压电机管理装置用于对各高压电机测量装置进行光纤供电和数据采集、状态监测；通过将高压电机测量设备的状态数据发送至高压电机管理装置，及时监测光纤供电链路的光纤破损断裂等激光泄露问题，大大降低在工业生产中存在的安全风险。本发明通过电源管理将光纤供电链路进行有效管理，解决光纤供电的稳定性和安全性的问题。

Description

一种基于光纤供电及无线通信的高压电机监测***

技术领域

本发明涉及高压电机的检测、监测领域，特别是一种基于光纤供电及无线通信的高压电机监测***。

背景技术

电机是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈产生旋转磁场并作用于转子形成电动力旋转扭矩，进而使电动机转动。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%。

电机分为高压电机和低压电机，高压电机是指额定电压在1000V以上电动机，高压电机通过提高电机来增加输出功率，相比低压电机具有一定优势。

然而由于高电压的引入，会对人身及设备的安全产生一定的安全隐患。为了解决该问题，一般可以采用电气隔离的方法。电气隔离主要实现的方式有：变压器隔离、光电隔离、电容器隔离等。其中光电隔离中的光纤隔离最为有效，可以很好的解决电位隔离，并且具有很强的抗电磁干扰能力。因此有人提出使用光纤供电的传感***，例如中国专利CN108398147 A披露的“光纤供电的传感***”，通过光纤供电为传感器进行供电，实现了电气隔离。

然而，现有技术也存在问题，包括：1，光纤供电及传输过程中可能出现光功率不稳定（光纤接头处的振动的影响），进而会导致检测设备无法稳定工作。2，目前的光纤供电方案中采用的激光器大多为四类激光器或者其他大功率激光器，对激光的不当使用可能产生严重的生产安全事故，例如人员受到灼伤、失明或者引发火灾。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于光纤供电及无线通信的高压电机监测***，用于解决现有技术光纤供电的稳定性和安全性问题。

本发明的方案包括：

一种基于光纤供电及无线通信的高压电机监测***，包括一个高压电机管理装置和至少一个高压电机测量装置；所述高压电机测量装置用于对高压电机的状态进行测量；高压电机测量装置包括测量MCU模块、电源模块和测量无线收发模块；所述高压电机管理装置用于对各高压电机测量装置进行光纤供电和数据采集、状态监测；高压电机管理装置包括管理MCU模块、激光发射模块和管理无线收发模块；当测量MCU检测到电源模块无激光功率或者激光功率输入小于设定阈值后，通过测量无线收发模块向管理MCU模块发送消息，管理MCU模块接收到所述消息后，检测相应的激光发射模块的状态，若为激光开启状态，则判定光纤供电链路中断，管理MCU模块关闭相应激光发射模块的激光器输出，并进行告警。

进一步的，所述测量MCU模块为微功耗MCU。

进一步的，所述管理MCU模块为高性能MCU。

进一步的，所述高压电机测量装置通过信号采集接口连接用于采集高压电机电压、电流数据的电气量传感器模块。

进一步的，所述高压电机测量装置还连接有用于采集高压电机温度、湿度数据的环境传感器模块。

进一步的，所述高压电机管理装置还包括用于提供对外的数据接口，所述数据接口为网口、光纤口、串口或无线通信接口。

进一步的，所述测量无线收发模块和管理无线收发模块为3G、4G或WIFI模块。

进一步的，所述电源模块包括电池。

通过将高压电机测量设备的状态数据发送至高压电机管理装置，及时的监测控制了光纤供电链路的光纤破损断裂等激光泄露问题，大大降低在工业生产中存在的安全风险，也提高了***的稳定性。而且由于通信线缆容易受损，在本发明中采用无线的方式传输数据，可以一定程度上减少链路中断风险。

本发明中采用电源管理将光纤供电的能量合理的存储使用分配，有助于对光纤供电技术优化，使得解决了光纤供电在应用中存在的供电功率不稳定造成的测试测量设备的供电不稳定得以解决，使原本不可控因素造成的不可控运行得以可控运行。

通过光纤供电链路的监测和高压电机测量设备中的电源管理，可以预警高压电机测量设备的工作状态。使得由原来的损坏了再去修理，转变成异常了即可准备修理，减少了工业生产关键时刻停机时间，降低了运维人员的维修时间和工作风险。

附图说明

图1是本发明实施例的高压电机监测***原理图；

图2是本发明实施例的高压电机监测***架构示意图；

其中：100 、微功耗MCU；101、电源模块；102 、102’，无线收发模块；103 、激光发射模块；104 、高性能MCU；105、传感器模块；200 、传感器电参量信号；201 、无线数据链路；202、光纤供电链路；203、供电链路；204 、无线数据链路及供电链路；300 、高压电机测量装置；301 、高压电机管理装置。

具体实施方式

下面结合附图进行说明。

如图2的架构，高压电机监测***包括一台高压电机管理装置和四台高压电机测量装置（作为其他实施方式，也可以连接更多的高压电机测量装置或者较少的高压电机测量装置）。一台高压电机管理装置301通过无线数据链路及供电链路204连接多个高压电机测量设备300，从而对多个高压电机进行监控管理。

如图1所示，高压电机测量装置包含微功耗MCU模块100（例如MSP430系列单片机等）、电源模块101、无线收发模块102等；高压电机管理装置主要包含无线收发模块102’（用于与高压电机测量装置的无线收发模块102进行交互）、激光发射模块103、高性能MCU模块104（例如STM32系列单片机等）。高压电机测量装置主要实现的是对单台高压电机的状态测量，例如温度、振动、电压、电流、转速等。高压电机管理装置主要实现的是对多台高压电机管理装置进行光纤供电和数据采集和状态监测。

高压电机管理装置301通过光纤供电链路202对高压电机测量设备300进行光纤供电，其中激光发射模块103通过使用多模OM1光缆（62.5/125um）将四类激光注入至电源模块101，通过电源模块101将激光转换成电能，电源模块101主要构成为光电转换电路和相关电平转换、稳压、滤波等电路，其属于市售产品。

电源模块101将激光转换成电能并通过内部的电源管理电路存储至内部的电池或者直接供给其他部分，如微功耗MCU101和无线收发模块102模块。电源模块101内部的电池可以用于低性能工作模式下的多余能量存储和光纤供电链路不稳定时或高性能时的缓冲。

由于整套***采用的是光纤供电模式，故采用以下两种方式降低对电源模块101的供电能量要求,1、对微功耗MCU101采用的是极低功耗型处理器（可以根据具体需求进行选型），在微功耗MCU101中不对传感器采集到的数据进行复杂分析处理；2对微功耗MCU101采用的是间歇性全性能工作，可采用触发的方式进行全性能工作，其实现的方式可以使用定时触发、事件触发（通过301发送的触发命令）、自动触发（传感器模块的数据105中检测到异常）等方式。

微功耗MCU100为采集测量提供了电参量信号接口200，主要有通用的串行接口、电压或电流接口。可通过此接口和传感器模块105（例如电压互感器和电流互感器）将高压电机的工程参数转换成电参量并采集至微功耗MCU100。同时微功耗100采集高压电机测量设备300的工作温度和湿度等（通过温度传感器和湿度传感器进行测量），为运维人员提供现场检测数据。

微功耗MCU100和电源模块101在上述触发事件的推动下可以对***的传感器模块有序的供电并采集数据。在微功耗MCU100中对采集到的数据进行简单的处理，如预设的触发预警值比较、数据压缩编码、数据存储、数据发送等。

微功耗MCU100模块将对电源模块101进行状态管理，其中包括：1、监测当前的电源模块101的输入电压、电流，根据其参数评估当前光纤供电链路的健康状态；2、监测当前的电源模块101中后备电池模块的电压、剩余容量、温度、电池内阻等参数，并结合光纤链路的健康状态预测出当光纤链路中断后可持续工作多久。通过无线收发模块102将此状态数据发送至高压电机测量管理装置301，为运行维护或管理人员对测量设备的使用和维护提供重要参考。

另外，微功耗MCU100可以采集无线收发模块102中的无线信号质量数据，对该无线收发模块进行发射功率调整，可以有效的节约电能，降低对电源模块101的供电能量要求。高性能MCU104在接收到微功耗100发送的数据后，对数据就行解析、计算、对高压电机和高压电机测量装置进行状态监测评估。同时高性能MCU104提供对外的数据接口，如网口、光纤口、串口、无线等。为了工业现场的数据互联提供便捷可以提供Modbus、TCP/IP、OPC UA或其他电力规约等协议。

无线收发模块102、102’在实际使用时可采用不同频段的通信模式，如3G、4G、WIFI等方式，其具体的通信频段可以根据高压电机的工作频段来选择，避开可能存在的电磁干扰频段以减少通信中断的风险。

以上部分的内容，均可以采用现有技术中类似的具体技术手段进行替换，许多功能可以根据需要省略某些功能，下面介绍本实施例的关键技术手段。

为了解决光纤供电中存在的问题：光纤接头处的振动的影响导致光纤供电不稳定，以及对激光的使用不当可能产生严重的生产安全事故。

当微功耗MCU100检测到电源模块101无激光功率或者激光功率输入小于设定阈值后可以及时通过无线收发模块102发送至高性能MCU104，高性能MCU 104接收后，检测相应的激光发射模块103的状态（所谓“相应的”是指，一个高压电机管理装置可以包含多个激光发射模块103，每个激光发射模块103对应一个高压电机测量装置的电源模块，通过接收到的信息可以判断出是哪一个高压电机测量装置出现问题，从而该高压电机测量装置对应的激光发射模块即为“相应的”激光发射模块），若为激光开启状态，则初步判定光纤供电链路中断（OM1多模光纤受到损坏，激光存在泄露风险），高性能MCU104即刻关闭相应激光发射模块103的激光器输出，并发出光纤受损、光纤供电链路中断等警告。

以上为本发明的一种较佳实施例，但是应当理解，上述具体的描述不应理解为对本发明实质和范围的限定，本领域技术人员再根据上述实施例做出的明显变型或者替换仍属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种基于光纤供电及无线通信的高压电机监测***，包括一个高压电机管理装置和至少一个高压电机测量装置；

所述高压电机测量装置用于对高压电机的状态进行测量；高压电机测量装置包括测量MCU模块、电源模块和测量无线收发模块；

所述高压电机管理装置用于对各高压电机测量装置进行光纤供电和数据采集、状态监测；高压电机管理装置包括管理MCU模块、激光发射模块和管理无线收发模块；

其特征在于，当测量MCU检测到电源模块无激光功率或者激光功率输入小于设定阈值后，通过测量无线收发模块向管理MCU模块发送消息，管理MCU模块接收到所述消息后，检测相应的激光发射模块的状态，若为激光开启状态，则判定光纤供电链路中断，管理MCU模块关闭相应激光发射模块的激光器输出，并进行告警。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤供电及无线通信的高压电机监测***，其特征在于，所述测量MCU模块为微功耗MCU。

3.根据权利要求2所述的一种基于光纤供电及无线通信的高压电机监测***，其特征在于，所述管理MCU模块为高性能MCU。

4.根据权利要求1所述的一种基于光纤供电及无线通信的高压电机监测***，其特征在于，所述高压电机测量装置通过信号采集接口连接用于采集高压电机电压、电流数据的电气量传感器模块。

5.根据权利要求4所述的一种基于光纤供电及无线通信的高压电机监测***，其特征在于，所述高压电机测量装置还连接有用于采集高压电机温度、湿度数据的环境传感器模块。

6.根据权利要求1所述的一种基于光纤供电及无线通信的高压电机监测***，其特征在于，所述高压电机管理装置还包括用于提供对外的数据接口，所述数据接口为网口、光纤口、串口或无线通信接口。

7.根据权利要求6所述的一种基于光纤供电及无线通信的高压电机监测***，其特征在于，所述测量无线收发模块和管理无线收发模块为3G、4G或WIFI模块。

8.根据权利要求1所述的一种基于光纤供电及无线通信的高压电机监测***，其特征在于，所述电源模块包括电池。