智能电机集成式多参数融合健康诊断及预警系统技术方案

本发明专利技术提出了一种智能电机集成式多参数融合健康诊断及预警系统，属于电机的智能在线监测领域。包括内置式的转速测量单元、温度测量单元、电参数测量单元，以及集成式的智能运行监测预警装置、智能轴承监测预警装置、智能振动监测预警装置。所述装置可在电机出厂时安装，与电机集成为一体，实现电机运行过程中的多参数、长期、连续、实时的全面运行大数据的采集和积累，基于多参数融合进行就地电机工作状态的精确辨识判断和健康诊断，并向便携设备和云服务器及时发出预警或报警信号。系统具有结构简单、免后期安装、使用方便、成本低廉等优点，可广泛应用于各种电机的健康诊断及故障预警。

Intelligent motor integrated multi parameter fusion health diagnosis and early warning system

The invention provides an intelligent motor integrated type multi parameter fusion health diagnosis and early warning system, belonging to the intelligent on-line monitoring field of the motor. Includes a built-in speed measuring unit, temperature measurement unit, electrical parameter measuring unit, and intelligent monitoring and alarming device, integrated intelligent monitoring and warning device, intelligent bearing vibration monitoring and warning device. The device can be installed in the motor factory, and one motor set, multi parameters, motor running in the process of collecting and accumulating comprehensive operation of large data long-term, continuous and real-time, accurate identification of multi parameter fusion in judging the motor working condition and health diagnosis based on, and to portable devices and cloud server timely warning or alarm signal. The system has the advantages of simple structure, no late installation, convenient operation and low cost. It can be widely used in the health diagnosis and early warning of various motors.

【技术实现步骤摘要】
智能电机集成式多参数融合健康诊断及预警系统
本专利技术涉及一种电机健康诊断及预警技术，特别是一种智能电机集成式多参数融合健康诊断及预警系统。属于电机的智能在线监测领域。
技术介绍
电机广泛应用于工业生产的各个领域，在运行过程中可能会出现各种类型故障，如过压，过流、过载、缺相、温度异常等，影响整个系统和生产的正常进行，甚至造成严重的经济损失。针对这一问题传统上采用电机保护装置解决，电机保护是检测到故障发生时主动跳闸，防止故障扩大，虽然保护了电机本体免受损坏，但是由于保护跳闸具有随机性，会意外中断生产过程，仍然可能造成严重经济损失。电机故障的产生是由多种因素导致的，包括电机设计缺陷、运行环境、工作方式、运行工况等，而且电机故障的产生是一个渐进的过程，在发生故障前会有不正常运行状态或故障先兆出现，如果能够提前发现电机的不正常运行状态或故障先兆，提前预警进行检修维护，就能有效防止故障的发生，提前安排调整生产计划，有效避免影响正常生产。我国电机大量投入生产的同时，也产生了一系列的问题，比较显著的就是针对电机的健康诊断和故障预警技术没有随着大量电机的投入运行而明显提高，导致电机故障频发。目前国内在这方面的研究不多，由于所获取的参量较少，评估结果与实际情况还有较大的出入。如中国专利“一种电机故障监测及报警装置”（申请号：201510713436.X）提出了基于电能采样、温度采集和湿度采集的多参数故障监测及报警装置，实现了电机运行状态的监测和故障诊断。但是未能实现故障预警，而且采集的电机运行参数类型较少，该装置中只采集了电机的电能、温度和湿度，显然不足以精确分析故障原因和准确评估电机健康状况。装置和电机为分体式，安装拆卸不便，部分传感器甚至需要拆开电机安装拆卸，且成本高、占用空间大，不具备通用性；该装置的目的是为了电机运行状态实时监测和故障诊断，难以进行电机的大数据积累，更不能实现电机的健康诊断。有统计表明，如果能有效地对设备进行监测并做出及时的故障诊断预警，设备的故障率大约能降低75%，其相关的维修费用也会下降38%左右。因此，对电机进行故障精确诊断与预警，对保障使用单位安全运行、提高电机效率有着重要的现实意义和经济价值。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提出一种智能电机集成式多参数融合健康诊断及预警系统。将电机运行参数采集装置和对应的传感器预先集成安装在电机上，与电机配套集成一体，实现电机运行过程中的多参数、长期、连续、实时的全面运行大数据的采集和积累，基于多参数融合进行就地电机工作状态的精确辨识、判断和预警，并根据电机运行历史数据进行电机健康诊断。具有结构简单、免后期安装、使用方便、成本低廉等优点。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：所述的智能电机集成式多参数融合健康诊断及预警系统包括内置式转速测量单元（1）、内置式温度测量单元（2）、内置式电参数测量单元（3）、集成式智能运行监测预警装置（4）、集成式智能轴承监测预警装置（5）、集成式智能振动监测预警装置（6）、便携设备（7）、云服务器（8）。在电机生产制造时，就将各种运行参数的采集模块预先内置到电机本体上，与电机配套集成一体，在电机投入运行后，不必进行另行安装即可直接使用；而且为了保证安装的效果，在电机设计时，也要为各种运行参数的采集模块预留合适的安装空间和位置，解决了后期安装时拆机麻烦、安装困难等问题。内置式转速测量单元（1）预装于电机内，实时采集电机（9）的运行转速，送给集成式智能运行监测预警装置（4）。内置式温度测量单元（2）预装于电机内，实时采集电机（9）内部关键构件（10）的温度，送给集成式智能运行监测预警装置（4）。伴随着电机故障的产生，一般会出现电机过热现象，过热对电机的绝缘是很不利的。每种绝缘材料只能承受一定的温度，超过自身允许的温度，就会加速绝缘的老化，缩短电机使用寿命，而且还可能因绝缘损坏引发各种事故。因此，电机过热故障的检查、检测和防护，对于降低事故率和减少事故损失及提高企业的经济效益是非常重要的。温度采集是电机运行大数据的重要组成。基于电机运行异常容易造成的发热部位，内置式温度测量单元（2）在电机出厂时直接将温度探头分别安装在定子轭部、定子绕组、定子端部绕组等部位，实时监测电机各个部位温度，有助于故障预警和寿命预测。而且，有些特殊部位如定子绕组等，在电机投入运行后是无法再进行温度探头安装的。内置式电参数测量单元（3）预装于电机内部，实时采集电机（9）的运行电压、电流，送给集成式智能运行监测预警装置（4），并据此计算、统计出衍生运行参数。在电机的故障中，与电气和机械有关的故障超过65%，机械故障和电气故障有着一定的联系，机械故障很多都是通过电机的电气特征表现出来的，如定子绕组的电流、电压、绝缘电阻等。电机的电参数是电机运行状态分析的重要数据，也是各种电机控制策略效果的重要体现。因此，通过所述装置测量的信息，可以针对大部分的电机故障进行诊断和预警。计算得出的衍生运行参数包括频率、谐波、电压等电能质量信息，有功功率、无功功率、视在功率、耗电量等电能信息；以及各运行参数的最大值、最小值、平均值、有效值等特征信息。统计得出的衍生运行参数包括电压闪变、骤升、骤降、重合闸、负载波动等发生的时间、次数和规模；以及起停时间、次数、负载率变化及时间区间等工作管理信息。将原始参数和衍生参数与标准指标和历史数据进行对比分析，一旦达到预警要求，就向外部设备发出预警信号。集成式智能运行监测预警装置（4）安装在电机（9）上，分析、统计转速、温度、电压、电流、衍生运行参数的异常情况，查找故障先兆特征、判断电机运行状态，对电机（9）进行预警。根据大量的事故统计以及分析结果来看，电机故障通常是由于对早期的故障征兆重视不够而引起的，由于不能及时发现以及及时处理，使其发展成为恶性故障。电机能否安全可靠的运行，需要对电机发生的原因、故障征兆特征、运行参数的发展变化趋势等进行分析、判断和预警。集成式智能轴承监测预警装置（5）安装在电机（9）上，实时采集、处理、分析电机（9）的轴承运行数据，判断发现轴承异常时，将相关数据发送给集成式智能运行监测预警装置（4），结合转速、温度、电压、电流、衍生运行参数进行多参数融合分析，对电机（9）进行预警。集成式智能轴承监测预警装置（5）的传感单元分别安装在电机电机前后轴承上。轴承运转时由于异物进入轴承内部、润滑不当及油中存在杂质都会引起磨损，轴承在重载、高速下运转，短时间内会有噪音，局部甚至会达到高温，因此通过分析轴承处噪音特征、温度上升趋势和温升值，可以判别轴承故障发展的速度，以便及时采取措施。集成式智能振动监测预警装置（6）安装在电机（9）上，实时采集、处理、分析电机（9）的振动运行数据，判断发现振动异常时，将相关数据发送给集成式智能运行监测预警装置（4），结合转速、温度、电压、电流、衍生运行参数进行多参数融合分析，对电机（9）进行预警。电机的振动是评定电机质量的主要指标之一，对于大多数电机来说，在稳定工作时，振动频谱具有特定的特征，在内部出现故障时，振动频谱的特征会发生变化，同时电参数等其他参数也可能会产生相应的变化。集成式智能运行监测预警装置（4）综合转速、温度、电压、电流、衍生运行参数、轴承运行数据、振动运行数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
智能电机集成式多参数融合健康诊断及预警系统，其特征在于：系统包括内置式转速测量单元（1）、内置式温度测量单元（2）、内置式电参数测量单元（3）、集成式智能运行监测预警装置（4）、集成式智能轴承监测预警装置（5）、集成式智能振动监测预警装置（6）、便携设备（7）、云服务器（8）；内置式转速测量单元（1）预装于电机内，实时采集电机（9）的运行转速，送给集成式智能运行监测预警装置（4）；内置式温度测量单元（2）预装于电机内，实时采集电机（9）内部关键构件（10）的温度，送给集成式智能运行监测预警装置（4）；内置式电参数测量单元（3）预装于电机内部，实时采集电机（9）的运行电压、电流，送给集成式智能运行监测预警装置（4），并据此计算、统计出衍生运行参数；集成式智能运行监测预警装置（4）安装在电机（9）上，分析、统计转速、温度、电压、电流、衍生运行参数的异常情况，查找故障先兆特征、判断电机运行状态，对电机（9）进行预警；集成式智能轴承监测预警装置（5）安装在电机（9）上，实时采集、处理、分析电机（9）的轴承运行数据，判断发现轴承异常时，将相关数据发送给集成式智能运行监测预警装置（4），结合转速、温度、电压、电流、衍生运行参数进行多参数融合分析，对电机（9）进行预警；集成式智能振动监测预警装置（6）安装在电机（9）上，实时采集、处理、分析电机（9）的振动运行数据，判断发现振动异常时，将相关数据发送给集成式智能运行监测预警装置（4），结合转速、温度、电压、电流、衍生运行参数进行多参数融合分析，对电机（9）进行预警；集成式智能运行监测预警装置（4）综合转速、温度、电压、电流、衍生运行参数、轴承运行数据、振动运行数据的历史运行数据及变化趋势，与电机（9）的正常运行参数进行大数据对比分析，对电机（9）进行健康状态诊断评估、对健康劣化速度和趋势进行预测，对电机（9）进行预警；便携设备（7）和云服务器（8）与集成式智能运行监测预警装置（4）、集成式智能轴承监测预警装置（5）、集成式智能振动监测预警装置（6）交换数据，接受预警信号，并实时存储、查看电机（9）的全部历史数据和运行数据。...

【技术特征摘要】
1.智能电机集成式多参数融合健康诊断及预警系统，其特征在于：系统包括内置式转速测量单元（1）、内置式温度测量单元（2）、内置式电参数测量单元（3）、集成式智能运行监测预警装置（4）、集成式智能轴承监测预警装置（5）、集成式智能振动监测预警装置（6）、便携设备（7）、云服务器（8）；内置式转速测量单元（1）预装于电机内，实时采集电机（9）的运行转速，送给集成式智能运行监测预警装置（4）；内置式温度测量单元（2）预装于电机内，实时采集电机（9）内部关键构件（10）的温度，送给集成式智能运行监测预警装置（4）；内置式电参数测量单元（3）预装于电机内部，实时采集电机（9）的运行电压、电流，送给集成式智能运行监测预警装置（4），并据此计算、统计出衍生运行参数；集成式智能运行监测预警装置（4）安装在电机（9）上，分析、统计转速、温度、电压、电流、衍生运行参数的异常情况，查找故障先兆特征、判断电机运行状态，对电机（9）进行预警；集成式智能轴承监测预警装置（5）安装在电机（9）上，实时采集、处理、分析电机（9）的轴承运行数据，判断发现轴承异常时，将相关数据发送给集成式智能运行监测预警装置（4），结合转速、温度、电压、电流、衍生运行参数进行多参数融合分析，对电机（9）进行预警；集成式智能振动监测预警装置（6）安装在电机（9）上，实时采集、处理、分析电机（9）的振动运行数据，判断发现振动异常时，将相关数据发送给集成式智能运行监测预警装置（4），结合转速、温度、电压、电流、衍生运行参数进行多参数融合分析，对电机（9）进行预警；集成式智能运行...

【专利技术属性】
技术研发人员：周封，赵文亮，郝婷，李隆，王支业，王晨光，刘健，王丙全，王业彬，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，徐州大元电机有限公司，周封，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23