阅读说明：本技术 一种测控一体电机、集群测控系统及集群控制方法 (Measurement and control integrated motor, cluster measurement and control system and cluster control method ) 是由 陈德木 池永为 杨晓斌 陆建江 于 2019-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种测控一体电机,包括电机和测控装置,所述测控装置包括外壳、变频器、电源接线端子、数据处理单元和信号接线端子。还公开一种测控一体电机集群测控系统,包括若干测控一体电机、信号采集子系统、信号及电力传输子系统、信号处理子系统和控制与维护子系统,另外还公开一种测控一体电机集群测控方法,包括传感器检测电机运行信息传递给数据处理单元；数据处理单元将传感器采集的信息传递给信号处理子系统；信号处理子系统对接收到的信息进行处理；控制与维护子系统根据信号处理子系统的处理结果对电机进行控制并判断是否需要报警,若需要报警则控制状态报警模块报警,若不需要则不报警。(The invention discloses a measurement and control integrated motor which comprises a motor and a measurement and control device, wherein the measurement and control device comprises a shell, a frequency converter, a power supply wiring terminal, a data processing unit and a signal wiring terminal. The integrated measurement and control motor cluster measurement and control system comprises a plurality of integrated measurement and control motors, a signal acquisition subsystem, a signal and power transmission subsystem, a signal processing subsystem and a control and maintenance subsystem; the data processing unit transmits the information acquired by the sensor to the signal processing subsystem; the signal processing subsystem processes the received information; the control and maintenance subsystem controls the motor according to the processing result of the signal processing subsystem and judges whether alarming is needed or not, if so, the control state alarming module alarms, and if not, the control state alarming module does not alarm.)

一种测控一体电机、集群测控系统及集群控制方法

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其涉及一种测控一体电机、集群测控系统及集群控制方法。

背景技术

电机广泛应用于仓储物流、港口机械、自动化生产线等多种工作场景，此类工作场景要求多台电机集群式分布在工作现场，通过控制多台电机联动实现系统级传动功能。在电机集群运行过程中，每台电机面临的工况和健康状态不同，需要进行启动、停止、加速或减速的运动控制，并根据不同电机的健康状态进行维护。

目前针对减速电机集群的控制问题，一般在减速电机工作现场采用分布式控制单元的方案，通过架设分布式控制单元同时控制某一区域内的多个减速电机，分布式控制单元将信号统一上传总控单元，减少了线缆成本和布线工作量。针对设备的状态监测与智能维护要求，一般多采用将传感器采集到的状态信号，包括：油温、振动、转速、绕组温度、电流等，通过网关上传至云端，在云端进行信号分析和智能诊断，为减速电机集群提供维护策略。目前对于减速电机设备集群的分布式控制和监测存在以下问题：（1）现有的控制系统与状态监测系统分属两个系统，在硬件方面造成具有相似功能的硬件设备冗余，多类信号在工业现场容易形成互相干扰；（2）集群式分布的减速电机设备所用电源线缆、控制信号线缆和状态监测信号线缆各自形成回路，造成线缆过多和布线工作量大等问题，容易引起造成现场安装调试人员的操作失误，存在较多故障隐患点；（3）控制系统和监测系统分离造成减速电机设备集群所用电源线缆、控制信号线缆和状态监测信号无线发送装置的成本和布线工时成本浪费。

发明内容

本发明主要解决了上述问题，提供了一种具有分布式控制和状态检测功能，能够减少线缆布设的测控一体电机、集群测控系统及集群控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是, 一种测控一体电机，包括电机和测控装置，所述测控装置设置在电机上，所述测控装置包括外壳、变频器、电源接线端子、数据处理单元和信号接线端子，数据处理单元分别与变频器和信号接线端子相连，数据处理单元还与用于检测电机运行信息的传感器相连，变频器与电机相连，电源接线端子连接外部电源为测控装置及传感器供电。

数据处理单元通过传感器获取电机运行信息，接收外部控制信息通过变频器对电机进行控制，数据处理单元通过信号接线端子向外传输或接收信息，实现了电机的信息的上传和远程控制。

作为上述方案的一种优选方案，所述外壳包括壳体和壳盖，在壳体两侧设置有供信号线、电源线和传感器连接线穿过的接线口，壳体上还设置有散热器。壳体能够保护设置在壳体内的变频器和数据处理单元，还能够避免工作人员直接接触电源接线端子，接线口便于测控装置的接线。

作为上述方案的一种优选方案，所述变频器内还设置有整流器，所述整流器第一端与外部电源的一条火线相连，整流器另一端与继电器线圈相连，继电器触头与电机抱闸相连。继电器用于控制电机抱闸，当变频器通电后，整流器得电，抱闸打开，运行电机运行，确保变频器通电后才允许电机运行。

对应的本发明还提供一种测控一体电机集群测控系统，包括若干测控一体电机、信号采集子系统、信号及电力传输子系统、信号处理子系统和控制与维护子系统，所述信号及电力传输子系统包括电源线和信号线，外部电源与第一台电机的电源接线端子相连，相邻电机的电源接线端子通过电源线相连，相邻电机的信号接线端子通过信号线相连，所述信号线还与信号处理子系统相连。相邻电机之间的电源接线端子通过电源线相连，相邻电机之间的信号接线端子通过信号线相连，这些电源线和信号线各自组成一条电源线和信号总线，使得整个系统的线路简洁，布线方便。

作为上述方案的一种优选方案，所述信号处理子系统包括信号数据预处理模块、信号特征提取模块、信号模式识别模块和特征库，所述特征库包括用于存储电机工况的工况特征库和用于存储电机状态的健康状态特征库。信号处理子系统通过信号线获取各个电机的运行信息后，对信息依次进行预处理、特征提取、模式识别后，根据模式识别结果，将提取的特征与预先存入到工况特征库和健康状态特征库中的特征进行对比以给出合适的控制策略和维护策略。

作为上述方案的一种优选方案，所述控制与维护子系统包括控制电机启停的电机启停模块、控制电机转速的电机加减速模块和用于提示工作人员电机处于异常状态的状态报警模块。控制与维护子系统根据信号处理子系统提取的电机特征对各个电机进行控制。

对应的，本发明还提供一种测控一体电机集群测控方法，包括以下步骤：

S1：传感器检测电机运行信息传递给数据处理单元；

S2：数据处理单元将传感器采集的信息传递给信号处理子系统；

S3：信号处理子系统对接收到的信息进行处理；

S4：控制与维护子系统根据信号处理子系统的处理结果对电机进行控制并判断是否需要报警，若需要报警则控制状态报警模块报警，若不需要则不报警。

通过信号线传递电机运行信息给信号处理子系统，信号处理子系统对信息进行处理与预存的信息进行对比，为电机的控制及维护维修提供便利，能够根据对比后的信息进行报警，使工作人员能够及时发现有电机处于异常状态。

作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S3中对接收到的信息进行处理包括以下步骤：

S31：数据预处理模块辨别信息来源；

S32：信号特征提取模块提取收到的信息中的电机工况特征和电机状态特征；

S33：信号模式识别模块识别提取的特征是电机工况特征还是电机状态特征，若是电机工况特征则将提取的特征与工况特征库内特征进行对比；若是电机状态特征，则将提取的特征与健康状态特征库内特征进行对比。实现信息的来源、特征、种类识别。

本发明的优点是：设有测控装置，为电机的集群测控提供硬件基础；采用串接式布线方法连接测控一体电机，节省了现场布线成本和时间；数据处理子系统获取并存储电机集群的运动和运行状态，为电机的集群控制和维护策略提供数据支持。

附图说明

图1为本发明中测控一体电机的一种立体结构示意图。

图2为本发明中测控装置的一种立体结构示意图。

图3为本发明中测控一体电机的一种电气原理图。

图4为本发明中测控一体电机集群控制系统的一种原理框图。

图5为本发明中测控一体电机集群控制系统的一种接线示意图。

图6为本发明中测控一体电机集群控制方法的一种流程示意图。

图7为本发明中信息处理的一种流程示意图。

1-测控装置 2-减速电机 3-振动传感器 4-电机减速箱 5-温度传感器 6-变频器7-220V/24V电源接线端子 8-信号接线端子 9-380V电源接线端子 10-出线口 11-散热器12-测控一体电机 13-信号采集子系统 14-信号及电路传输子系统 15-信号处理子系统16-控制与维护子系统 17-电源线 18-信号线。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例：

本实施例一种测控一体电机，如图1所示，包括减速电机2、测控装置1，设置在电机减速箱4上的振动传感器3和温度传感器5，电机内还设置有检测电机转速的转速传感器、检测电机绕组温度的绕组温度传感器和检测电机电流的电流传感器，振动传感器、温度传感器、转速传感器、绕组温度传感器和电流传感器均与测控装置相连。

测控装置如图2所示，包括外壳、变频器6、380V电源接线端子9、220V/24V电源接线端子7、信号接线端子8和数据处理单元，变频器6、380V电源接线端子9、220V电源接线端子7、24V电源接线端子、信号接线端子8和数据处理单元均设置在外壳内，外壳包括壳体和壳盖，壳体两侧设置有出线口10，壳体两侧下方设置有散热器11，外部380V电源线及设置在电机上的传感器的连接线和供电线均通过出线口进入到壳体内，如图3所示，380V电源线与380V电源接线端子进线端相连，380V电源接线端子进线端分别与380V电源接线端子出线端和变频器相连，变频器与减速电机相连，为减速电机供电，380V电源接线端子进线端中的一个与380V电源火线相连的端子还与220V电源接线端子相连，220V电源接线端子与设置在变频器内的整流器输入端相连，整流器输出端与继电器线圈相连，继电器触头与电机抱闸相连，在继电器线圈通电后控制电机抱闸打开。整流块输出端还与降压稳压电路输入端相连，降压稳压电路输出端与24V电源接线端子相连，为振动传感器、温度传感器、转速传感器、绕组温度传感器和电流传感器供电，数据处理单元的IO口分别与振动传感器、温度传感器、转速传感器、绕组温度传感器、电流传感器和变频器相连，数据处理单元的通讯口与信号接线端子相连。

本实施例中使用RS485进行通信，测控装置通过电源接线端子与外部电源相连，振动传感器、温度传感器、转速传感器、绕组温度传感器和电流传感器分别采集减速电机的振动加速度信号、减速箱内润滑油温度信号、电机转速信号、电机绕组温度信号和电流信号等电机运行信息，数据处理单元接收这些电机运行信息后通过RS485通信将电机运行信息传递给上位机。

对应的本实施例还提供一种测控一体电机集群测控系统，如图4所示，包括若干测控一体电机12、信号采集子系统13、信号及电力传输子系统14、信号处理子系统15和控制与维护子系统16，信号采集子系统即设置在各个电机上的振动传感器、温度传感器、转速传感器、绕组温度传感器、电流传感器，信号处理子系统包括信号数据预处理模块、信号特征提取模块、信号模式识别模块和特征库，特征库包括用于存储电机标准工况的工况特征库和用于存储电机正常状态的健康状态特征库，控制与维护子系统包括控制电机启停的电机启停模块、控制电机转速的电机加减速模块和用于提示工作人员电机处于异常状态的状态报警模块，控制与维护子系统根据信号处理子系统获取的电机信息对各个电机进行控制。信号及电力传输子系统包括电源线和信号线，如图5所示，实线为电源线，虚线为信号线，从左到右依次为同轴式齿轮测控一体减速电机、平行轴齿轮测控一体减速电机、直交轴齿轮测控一体减速电机、直交轴蜗杆测控一体减速电机，外部380V电源与第一台电机的380V电源接线端子进线端相连，第一台电机的380V电源接线端子出线端与第二台电机的380V电源接线端子进线端相连，即相邻电机的380V电源线接线端子通过电源线相连，使各台电机以串接的布线方式连接，信号线布线方式同电源线，第一台电机的信号接线端子与第二台电机的信号接线端子相连，相邻电机之间的信号接线端子通过信号线相连，信号线最终与信号处理子系统相连。

信号采集子系统采集测控一体电机的振动加速度信号、减速箱内润滑油温度信号、电机转速信号、电机绕组温度信号和电流信号等电机运行信息，通过信号及电力传输子系统将这些电机运行信息传递给信号处理子系统，信号处理子系统对这些信息进行预处理确定信息来源后，提取信息中的电机运行特征，再辨别提取出来的特征是属于工况特征还是状态特征，最后将工况特征与预存在工况特征库内的特征进行对比，根据对比结果控制相应电机进行启动、停止、加速和减速；将状态特征与预存在健康状态特征库中的特征进行对比，根据对比结果判断减速电机健康状态并以此为依据对减速电机进行维护。

本实施例还提供一种测控一体电机集群测控方法，基于上述测控一体电机集群测控系统，如图6所示，包括以下步骤：

S1：传感器检测电机运行信息传递给数据处理单元；

S2：数据处理单元将传感器采集的信息传递给信号处理子系统；

S3：信号处理子系统对接收到的信息进行处理，如图7所示，包括以下步骤：

S31：数据预处理模块辨别信息来源；

S32：信号特征提取模块提取收到的信息中的电机工况特征和电机状态特征，工况特征包括启停工况特征、高速状态特征、低速状态特征、升速状态特征、降速状态特征，电机状态特征包括健康状态特征、电机故障特征、减速箱故障特征；

S33：信号模式识别模块识别提取的特征是电机工况特征还是电机状态特征，若是电机工况特征则将提取的特征与工况特征库内特征进行对比；若是电机状态特征，则将提取的特征与健康状态特征库内特征进行对比；

S4：控制与维护子系统根据信号处理子系统的处理结果对电机进行控制并判断是否需要报警，若需要报警则控制状态报警模块报警，若不需要则不报警。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。