一种电机传感器数据采集单元及数据采集方法技术

一种电机传感器数据采集单元及数据采集方法，包括单片机及与之相连接的温度采集模块、ADC采集模块、485总线驱动模块和存储模块；单片机开启DSP单元，将采集到的温度、电压、电流信号进行处理，通过滤波算法去除周期性和突发性的干扰噪声，然后再用机理模型算法识别电机的特征性的故障，当检测到已知类型的时候，单片机加快采样速度，更加精确的识别故障信息，对电机的振动、电流、温度的信号的综合采集，可以在采集端进行判断已经边缘计算，而不用等待网络主机对底层下达命令去执行。在网络带宽不是太高现场环境，可以减少数据上传对网路的需求，并且可以提升网络的实时性。还可以在网络出现异常时，防止网络对现场的干扰，造成生产事故。

A data acquisition unit and method of motor sensor

【技术实现步骤摘要】
一种电机传感器数据采集单元及数据采集方法
本专利技术涉及电机控制
，特别涉及一种电机传感器数据采集单元及数据采集方法。
技术介绍
目前的工业现场中，很少对电机的振动、电流、温度一起进行采集，有的现场只采集电流和温度进行监控性质的分析，却不会针对设备进行预判性的分析，只能预估设备出现故障的周期来负责维护。这样会浪费人力物力对设备进行周期性的全面检修，不利于生产效率提高。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中的技术问题，本专利技术提供一种电机传感器数据采集单元及数据采集方法，对电机的振动、电流、温度的信号的综合采集，可以在采集端进行判断已经边缘计算，而不用等待网络主机对底层下达命令去执行。在网络带宽不是太高现场环境，可以减少数据上传对网路的需求，并且可以提升网络的实时性。还可以在网络出现异常时，防止网络对现场的干扰，造成生产事故。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：一种电机传感器数据采集单元，所述的电机传感器数据采集单元包括单片机及与之相连接的温度采集模块、ADC采集模块、485总线驱动模块和存储模块；ADC采集模块对单个台电机的三相电流、电压进行采集；温度采集模块对单个电机的温度进行采集；ADC采集模块还对单个单机的轴两侧进行振动信号采集；对单台电机采集信号后，经过滤波筛选，按照一定频率上传。所述的电机传感器数据采集单元的数据采集方法，所述的单片机开启DSP单元，将采集到的温度、电压、电流信号进行处理，采用限幅滤波法、消抖滤波法或递推平均滤波法，通过这些滤波算法去除周期性和突发性的干扰噪声，然后再用机理模型算法识别电机的特征性的故障，当检测到已知类型的时候，单片机加快采样速度，更加精确的识别故障信息，然后将数据上传至服务器云端。采用动态采集方法，在低速采样的时候，采样速度和采样点数都降低到采样的最低标准，需要满足奈奎斯特采样原理，达到信号采集的频率。高速采样时将信号采集速度提升到最低采样速度的10倍以上处理。所述的单片机还通过存储模块的存储功能周期性的保存历史数据进行对比，起到一部分电机黑匣子的功能，通过电机损坏后的数据，进行分析得出特征数据，将数据上传到云端，从而获得新的故障数据模型。所述的单片机还预留无线通信接口，将来将与5G模组进行对接，实现5G通信。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术在现场复杂工作条件下，构筑一套无人智能的电机电流、温度、振动采集系统，通过各种传感器进行数据采集，并且将采集的数据进行边缘计算分析，降低上传带宽以减少通讯网络的负担，最终通过上传板将数据传输到上位机工程师站，进行云平台分析。2、由于采用了动态可调的采样速度，可以在平时没检测特征点的时候慢速采集，降低网络上传节省带宽，当出现特征点时，加快采集，更加精确的定位问题。3、作为最底层的数据采集节点，还可以通过存储功能周期性的保存一些数据进行对比，起到一部分电机黑匣子的功能，通过电机损坏后的数据，进行分析得出特征数据，将数据上传到云端，从而获得新的故障数据模型。附图说明图1是本专利技术的一种电机传感器数据采集单元的结构图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术提供的具体实施方式进行详细说明。如图1所示，一种电机传感器数据采集单元，所述的电机传感器数据采集单元包括单片机及与之相连接的温度采集模块、ADC采集模块、485总线驱动模块和存储模块；ADC采集模块对单个台电机的三相电流、电压进行采集；温度采集模块对单个电机的温度进行采集；ADC采集模块还对单个单机的轴两侧进行振动信号采集；对单台电机采集信号后，经过滤波筛选，按照一定频率上传。所述的电机传感器数据采集单元采用嵌入式32位单片机为核心，对现场电机的振动信号、电流信号、温度信号进行采集。使用16位高速多通道ADC，对传感器采集来的电压信号进行处理。使用嵌入式32位单片机的DSP内核，对采集的数据进行数值滤波和以及用算法去除周期性和突发噪声带来的干扰。采用可变的采样速度，使得程序可以适应各种各样的现场场景。所述的电机传感器数据采集单元的数据采集方法，所述的单片机开启DSP单元，将采集到的温度、电压、电流信号进行处理，采用限幅滤波法、消抖滤波法或递推平均滤波法，通过这些滤波算法去除周期性和突发性的干扰噪声，然后再用机理模型算法识别电机的特征性的故障，当检测到已知类型的时候，单片机加快采样速度，更加精确的识别故障信息，然后将数据上传至服务器云端。数据的上传方面，由于采用了动态可调的采样速度，可以在平时没检测特征点的时候慢速采集，降低网络上传节省带宽，当出现特征点时，加快采集，更加精确的定位问题。采用动态的采样方法，当采样值变化不大的时候，降低采样速度和计算上传速度，当采集单元多的情况下，可以有效降低上传带宽，使得传输网络不用一直处在饱和状态。当采样值变化幅度较大，加快采样速度和计算上传速度，提升采样精度更加精准的判断故障信息，利用DSP算法对采样值进行更高精度特征值提取，并且将数据上传到云采用动态的采样方法，当采样值变化不大的或者周期性明显时候，同时振动的采集值变化在一个稳定区间内或者FFT计算的频域值稳定时，这样做可以降低采样速度和计算上传速度。并且在采集单元多的情况下，可以有效降低上传带宽，使得传输网络不用一直处在饱和状态。当采样值变化幅度较大，特征采集的周期性不强，或者采集样本点超出采集平均值，又或者FFT计算的频域值超出常规范围时，加快采样速度和计算上传速度，这种提升采样精度方法可以更加精准的判断故障信息，利用DSP算法对采样值进行更高精度特征值提取，在多个节点采集节点上传的应用场景更加高效。动态采集方法，在低速采样的时候，采样速度和采样点数都会降低到采样的最低标准，需要满足奈奎斯特采样原理，达到信号采集的频率。高速采样时将信号采集速度提升到最低采样速度的10倍以上处理，具体倍数需要根据实际电机厂家参数而定。最低采样标准：电流、温度、振动都有不同的采样标准，其中交流电的电流有50Hz和60Hz两种不同的标准。50Hz的情况必须在20ms内采集最少50个样本点，才可以获得电流的有效值。60Hz的情况则需要在16.666ms内采集50个采样点。温度由于变化比较缓慢，每秒采集20次以上进行计算。振动信号的处理则比较复杂，振动信号需要根据电机的转速以及轴振动的固有频率设定，对于普通小型电机，一般设置5KHz的采样频率，针对2KHz以下的振动信号进行采集即可。由于振动信号需要计算出FFT频域信号，需要满足最低64个点的采样计算。高速采样标准：电流、温度、振动也有不同的采样标准，交流电的在50Hz的情况下，20ms内需要采集1000个点，并将1000个点按照10个一组的方式取进行算法计算，剩下100个点进行计算算出有效值。60Hz的情况同理，需要在16.666ms内采集同样点数计算。温度信号则同样需要每秒采集100个点进行算法计算，去除干扰。振动信号的最高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电机传感器数据采集单元，其特征在于，包括单片机及与之相连接的温度采集模块、ADC采集模块、485总线驱动模块和存储模块；/nADC采集模块对单个台电机的三相电流、电压进行采集；/n温度采集模块对单个电机的温度进行采集；/nADC采集模块还对单个单机的轴两侧进行振动信号采集；/n对单台电机采集信号后，经过滤波筛选，按照一定频率上传。/n

【技术特征摘要】
1.一种电机传感器数据采集单元，其特征在于，包括单片机及与之相连接的温度采集模块、ADC采集模块、485总线驱动模块和存储模块；
ADC采集模块对单个台电机的三相电流、电压进行采集；
温度采集模块对单个电机的温度进行采集；
ADC采集模块还对单个单机的轴两侧进行振动信号采集；
对单台电机采集信号后，经过滤波筛选，按照一定频率上传。


2.权利要求1所述的一种电机传感器数据采集单元的数据采集方法，其特征在于，所述的单片机开启DSP单元，将采集到的温度、电压、电流信号进行处理，采用限幅滤波法、消抖滤波法或递推平均滤波法，通过这些滤波算法去除周期性和突发性的干扰噪声，然后再用机理模型算法识别电机的特征性的故障，当检测到已知类型的时候，单片机加快采样速度，更加精确的识别故障信息，然后将数据上传至...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳伟，吴冰，刘继丹，陈万平，李帅，臧理萌，顾文钢，闫峰，
申请(专利权)人：鞍钢集团自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21