阅读说明：本技术 机械设备的温度保护方法、装置和系统 (Temperature protection method, device and system for mechanical equipment ) 是由 翁松 于 2019-09-23 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种机械设备的温度保护方法、装置和系统。所述方法包括：获取温度变送器发送的温度信号,判断温度信号是否位于预设的温度阈值范围；若温度信号位于温度阈值范围,基于当前时刻的温度信号与前一时刻的温度信号计算温度变化率的绝对值；判断温度变化率的绝对值是否大于预设的温度变化率阈值；若温度变化率的绝对值小于或等于温度变化率阈值,判断温度信号是否超过预设的温度保护阈值；若温度信号超过温度保护阈值,向机械设备发送停机指令。本申请实施例提供的技术方案,通过增加多种判断信息,能够充分考虑温度信号的数据传输线路掉线或断线以及温度突变等异常情况,进而能够在一定程度上减少因异常情况引起的设备停机。(The application relates to a temperature protection method, a device and a system for mechanical equipment. The method comprises the following steps: acquiring a temperature signal sent by a temperature transmitter, and judging whether the temperature signal is within a preset temperature threshold range; if the temperature signal is within the temperature threshold range, calculating the absolute value of the temperature change rate based on the temperature signal at the current moment and the temperature signal at the previous moment; judging whether the absolute value of the temperature change rate is larger than a preset temperature change rate threshold value or not; if the absolute value of the temperature change rate is smaller than or equal to the temperature change rate threshold, judging whether the temperature signal exceeds a preset temperature protection threshold; and if the temperature signal exceeds the temperature protection threshold value, sending a shutdown instruction to the mechanical equipment. According to the technical scheme, due to the fact that various judgment information is added, abnormal conditions such as disconnection or disconnection of the data transmission line of the temperature signal and temperature mutation can be fully considered, and equipment halt caused by the abnormal conditions can be reduced to a certain extent.)

机械设备的温度保护方法、装置和系统

技术领域

本申请涉及自动化技术领域，尤其涉及一种机械设备的温度保护方法、装置和系统。

背景技术

在工业生产中，会涉及到多种机械设备，以新型干法水泥生产为例，生产线上包括窑、磨等主机设备。这些机械设备在运行时，其包含的电机绕组、轴承、滑履、推力瓦等结构会因摩擦或其他原因产生热量。为了保护设备，防止其被自身产生的热量损坏，因此，必须对设备中易产生热量的结构的实时温度进行监控，从而在温度超过设定值时将设备停机。

相关技术中，通常可以通过在设备上安装的PT100热电阻及现场变送器把温度信号传送至控制系统中进行处理并对设备进行保护。不过，现有技术中，对设备的温度保护未考虑可能发生的多种异常情况，例如温度保护设备的接线端子松动、数据线路断线或掉线等，因此可能会因发生此类异常情况而导致设备异常停机，从而不利于生产的正常进行。

发明内容

针对上述问题，本申请提供一种机械设备的温度保护方法、装置和系统，以在对机械设备进行温度保护时，充分考虑温度保护设备的异常情况，进而在一定程度上减少因异常情况引起的设备停机。

本申请的上述目的是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种机械设备的温度保护方法，所述方法包括：

获取温度变送器发送的温度信号，判断所述温度信号是否位于预设的温度阈值范围；

若所述温度信号位于所述温度阈值范围，基于所述温度信号与前一时刻的温度信号计算温度变化率的绝对值；

判断所述温度变化率的绝对值是否大于预设的温度变化率阈值；

若所述温度变化率的绝对值小于或等于所述温度变化率阈值，判断所述温度信号是否超过预设的温度保护阈值；

若所述温度信号超过所述温度保护阈值，向机械设备发送停机指令。

可选的，所述方法还包括：

若所述温度变化率的绝对值大于所述温度变化率阈值，开始计时，并暂时停止判断所述温度信号是否超过预设的温度保护阈值；

直至计时的时间达到预设的延时时间时，重新开始判断所述温度信号是否超过预设的温度保护阈值。

可选的，所述方法还包括：

若所述温度信号超出所述温度阈值范围，发出第一报警信号。

可选的，所述方法还包括：

若所述温度变化率的绝对值大于所述温度变化率阈值，发出第二报警信号。

可选的，所述方法还包括：

获取用户输入的启动温度保护指令或停止温度保护指令；

根据所述启动温度保护指令，开始获取温度变送器发送的温度信号；

或，根据所述停止温度保护指令，停止获取温度变送器发送的温度信号。

第二方面，本申请实施例还提供一种机械设备的温度保护装置，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取温度变送器发送的温度信号，判断所述温度信号是否位于预设的温度阈值范围；

计算模块，用于若所述温度信号位于所述温度阈值范围，基于所述温度信号与前一时刻的温度信号计算温度变化率的绝对值；

第一判断模块，用于判断所述温度变化率的绝对值是否大于预设的温度变化率阈值；

第二判断模块，用于若所述温度变化率的绝对值小于或等于所述温度变化率阈值，判断所述温度信号是否超过预设的温度保护阈值；

发送模块，用于若所述温度信号超过所述温度保护阈值，向机械设备发送停机指令。

可选的，所述装置还包括：

暂时停止模块，用于若所述温度变化率的绝对值大于所述温度变化率阈值，开始计时，并暂时停止判断所述温度信号是否超过预设的温度保护阈值；

重新开始模块，用于直至计时的时间达到预设的延时时间时，重新开始判断所述温度信号是否超过预设的温度保护阈值。

可选的，所述装置还包括：

第二获取模块，用于获取用户输入的启动温度保护指令或停止温度保护指令；

处理模块，用于根据所述启动温度保护指令，开始获取温度变送器发送的温度信号；或，根据所述停止温度保护指令，停止获取温度变送器发送的温度信号。

第三方面，本申请实施例还提供一种机械设备的温度保护系统，所述系统包括：控制设备、温度传感器和温度变送器；

所述控制设备，包括存储器和与所述存储器相连接的处理器；所述存储器用于存储程序，所述程序至少用于执行上述的机械设备的温度保护方法；所述处理器，用于调用并执行所述存储器存储的所述程序；

所述温度传感器，用于获取机械设备的温度信息；

所述温度变送器，用于将所述温度传感器获取的温度信息转换为所述控制设备可识别的温度信号。

可选的，所述系统还包括：延时继电器；

所述延时继电器，用于存储用户设置的延时时间，以及当确定所述温度信号位于所述温度阈值范围时开始计时，直至计时的时间达到所述延时时间时，向所述控制设备发送触发信号，以使所述控制设备重新开始判断所述温度信号是否超过预设的温度保护阈值；

所述控制设备中的存储器存储的所述程序，还用于执行包含延时处理步骤的机械设备的温度保护方法。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请实施例的技术方案中，通过温度变送器获取到机械设备的温度信号数据后，在判断温度信号数据是否超过设定的温度保护阈值之前，首先通过判断温度信号数据是否位于控制设备可接收的正常温度范围内，从而能够判断温度信号数据的传输过程是否发生掉线或断线等异常情况，然后通过判断温度信号数据在单位时间内的温度变化率是否位于正常的温度变化率范围内，从而能够判断机械设备的温度是否发生突变等意外情况，也就是说，在温度保护时，通过增加多种判断信息，能够充分考虑数据传输线路掉线或断线以及温度突变等异常情况，进而能够在一定程度上减少因异常情况引起的设备停机。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1为本申请实施例提供的一种机械设备的温度保护方法的流程示意图；

图2为本申请实施例二提供的一种机械设备的温度保护方法的思路示意图；

图3为本申请实施例二提供的一种机械设备的温度保护方法的模拟量处理过程示意图；

图4为本申请实施例提供的一种机械设备的温度保护装置的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种机械设备的温度保护系统的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在对本申请的技术方案进行详细说明前，首先对传统的机械设备的温度保护方法和其存在的问题进行说明。

传统的机械设备的温度保护方法中，通常可以通过在设备上安装的PT100热电阻及现场变送器把温度信号传送至控制系统中进行处理，并在温度信号超出设置的正常范围时，及时控制机械设备停机，从而对设备进行保护。不过，设备在运行过程中，可能发生多种异常情况，例如设备的电机绕组、轴承、滑履、推力瓦等结构在运行过程中，可能由于机械振动等原因发生接线端子松动或一次元件线路磨穿，或者因PT100热电阻的质量问题，振动造成铂电阻丝断丝，此外数据传输线路可能会由于人为或其他意外导致短路或断路等，上述异常情况都可能导致控制系统获取的温度信号不是实际温度信号，进一步可能会导致控制系统误判从而使机械设备异常停机，不利于生产工作的进行。而现有技术中，对设备的温度保护并未考虑上述异常情况，因此不利于机械设备正常稳定运行。

针对现场存在的上述问题，如果不予以解决将无法对机械设备进行有效的温度保护，进而可能严重影响生产。但是如果对硬件实施改造又存在费用高、实施工作量大的问题，因此，本方案从温度保护系统的软件控制方式出发，首先提供一种机械设备的温度保护方法。

实施例一

请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种机械设备的温度保护方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

S101：获取温度变送器发送的温度信号，判断所述温度信号是否位于预设的温度阈值范围；

具体的，由于控制系统通常需要接收电流或电压等模拟量信号，而例如常用的PT100热电阻传感器测得的温度实际是电阻信号，因此温度传感器测得的信号需要经过温度变送器的转换后才能发送至控制系统进行处理。温度变送器作为二次测量元件，从测温元件(温度传感器)获取信号到变送器模块，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的4～20mA电流信号0-5V/0-10V电压信号，以便控制系统分析处理。也就是说，步骤S101中所述的温度信号指的并非是实际温度数值，而可以是与温度数值存在线型对应关系的电流值或电压值等，而具体是电流值还是电压值，则取决于所选择的具体控制设备的类型和信号等，例如本实施例可以选择西门子S7-300的PLC控制器作为控制设备，那么所述温度信号就可以是4～20mA的电流信号。

此外，预设的温度阈值范围指的是，在温度检测以及温度信号的传输过程正常时，控制设备所应该获取到的温度信号的最大范围，以西门子S7-300的PLC控制器为例，预设的温度阈值范围指的就是4～20mA的电流信号对应的温度范围。

S102：若所述温度信号位于所述温度阈值范围，基于所述温度信号与前一时刻的温度信号计算温度变化率的绝对值；

具体的，温度变化率的绝对值的计算方法可以是：首先将当前的温度信号与前一时刻的温度信号作差，将差值取绝对值，再除以当前时刻与前一时刻的时间差。当然，也可以是将当前的温度信号与前一时刻的温度信号作差后，直接除以当前时刻与前一时刻的时间差，最后再取绝对值。也就是说，对计算温度变化率的绝对值的过程不进行限定，只要能得出所需的结果即可。

另外，若所述温度信号超出所述温度阈值范围，则可以确定温度检测或温度信号传输过程发生意外，例如数据线路发生短路或断路等，此时可以发出第一报警信号，以提示用户及时对异常情况进行查看和排除。其中，报警信号可以是语音报警信号或灯光报警信号等，例如可以通过声光报警器实现。

进一步的，以所述温度信号实际为电流信号为例，一般情况下，若温度信号小于预设的温度阈值范围的最小值(即电流过小)，则可以确定温度信号的采集和传输过程中发生断路，例如数据线断裂，反之，若温度信号大于预设的温度阈值范围的最大值(即电流过大)，则可以确定温度信号的采集和传输过程中发生短路，例如数据电缆绝缘度下降。如此，相关维修人员可以有针对性的进行排查和修理。

S103：判断所述温度变化率的绝对值是否大于预设的温度变化率阈值；

具体的，设备运行时，其主机设备的轴承、滑履、推力瓦及电机绕组等结构的温度上升是缓慢的过程，其在正常运行中最终会缓慢达到额定温升(在一定温度范围内小幅波动)，也就是说，正常的温度变化率(绝对值)不应超过设定的温度变化率阈值，如果某一时刻的温度变化率(的绝对值)超过了所述温度变化率阈值，则可以确定设备运行过程中出现异常，即温度发生突变，此时，应当向用户发出第二报警信号。其中，第二报警信号可以设置为(与数据信号超出预设的温度阈值范围时发出的)第一报警信号不同，以便于维修人员更好的对异常情况进行排查。

此外，所述方法还可以包括：若所述温度变化率的绝对值大于所述温度变化率阈值，开始计时，并暂时停止判断所述温度信号是否超过预设的温度保护阈值；直至计时的时间达到预设的延时时间时，重新开始判断所述温度信号是否超过预设的温度保护阈值。

也就是说，控制设备在判断温度变化率超过设定值后，可以在维修人员进行排查时，暂时停止(即延时)进行温度保护，以避免该温度信号异常引起设备停机，影响生产，但该延时时间不能过长，否则可能长时间运行后机械设备的温度真正出现异常，造成设备损坏。延时时间结束后，则控制设备自动重新对机械设备进行温度保护。

S104：若所述温度变化率的绝对值小于或等于所述温度变化率阈值，判断所述温度信号是否超出预设的温度保护阈值；

S105：若所述温度信号超出所述温度保护阈值，向机械设备发送停机指令。

也就是说，若温度信号计算出的温度变化率的绝对值不大于预设的温度变化率阈值，且温度信号没有超出预设的温度保护阈值，则可以确定机械设备运行时的温度正常，而一旦温度信号超出所述温度保护阈值，则可以确定机械设备运行时的温度过高，需要对其进行停机保护。

此外，由于机械设备在运行过程中，经常会出现一些控制系统无法自动判断的异常情况，需要人工介入，因此上述方法还可以包括：获取用户输入的启动温度保护指令或停止温度保护指令；根据所述启动温度保护指令，开始获取温度变送器发送的温度信号；或，根据所述停止温度保护指令，停止获取温度变送器发送的温度信号。

也就是说，当用户发现设备运行正常但温度信号异常时，用户可以手动中断对设备的温度保护，并对意外情况进行排查，此时生产设备可以在没有温度保护的情况下继续运行，从而不会影响生产。在排除意外情况后，用户可以再重新启动温度保护。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请实施例的技术方案中，通过温度变送器获取到机械设备的温度信号数据后，在判断温度信号数据是否超过设定的温度保护阈值之前，首先通过判断温度信号数据是否位于控制设备可接收的正常温度范围内，从而能够判断温度信号数据的传输过程是否发生掉线或断线等异常情况，然后通过判断温度信号数据在单位时间内的温度变化率是否位于正常的温度变化率范围内，从而能够判断机械设备的温度是否发生突变等意外情况，也就是说，在温度保护时，通过增加多种判断信息，能够充分考虑数据传输线路掉线或断线以及温度突变等异常情况，进而能够在一定程度上减少因异常情况引起的设备停机。

为了对本申请的技术方案进行更好地说明，以下将通过一个具体示例对上述方案的具体实现方式进行详细说明。

实施例二

请同时参阅图2和图3，图2为本申请实施例二提供的一种机械设备的温度保护方法的思路示意图，图3为本申请实施例二提供的一种机械设备的温度保护方法的模拟量处理过程示意图。

如图2所示，用户需要首先为控制系统设置温度变化率阈值，机械设备开机后，现场主机设备的温度信号经变送器和电缆传输至DCS(Distributed Control System，分布式控制系统)控制柜后，由DCS中的AI输入(Analog Input，模拟量输入)模块采集相应的温度信号，随后根据AI输入模块(例如可以是西门子S7-300的PLC模拟模块)内置的模拟值表来判断温度信号是否发生断线等异常情况，如果判断结果为否，则基于预设的温度变化率阈值判断温度信号是否发生突变，在温度未发生突变时，则基于预设的温度保护阈值判断是否产生保护信号，在温度发生突变时时，则触发延时，延时期间暂时不进行温度保护并报警提示维修人员处理。

如图3所示，用户需要提前为控制系统设置“延时时间”“断线判断条件”“温度保护阈值”和“温度变化率阈值”等参数，设备在启动后，对于温度是否发生突变的判断过程，通过计算温度变化率的绝对值来判断，其中，通过“PV”端输入的温度信号，经“DEADT_P”延时后再由“Q”端输出至“SUB_R和ABS_R”，SUB_R为表示实数相减的数学运算功能块，ABS_R为表示取绝对值的数学运算功能块，经“SUB_R和ABS_R”功能块计算后得出的温度变化的绝对值再输出至“DIV_R”，DIV_R为表示实数相除的数学运算功能块，其根据IN1端输入的温度变化的绝对值和IN2端输入的延时时间计算温度变化率du/dt，其中IN1端为被除数，IN2端为除数，随后由“CMP_R”将计算出的温度变化率du/dt与预设的温度变化率阈值比较大小，CMP_R为实数比较大小的数学运算功能块，如果温度变化率du/dt大于预设的温度变化率阈值，则输出开关量“0”，从而使报警模块报警，提示用户进行异常处理，如果温度变化率du/dt小于或等于预设的温度变化率阈值，则向“AND”与门输出“1”。

对于温度信号传输过程中是否发生断线或掉线等，通过温度信号是否符合预设的断线判断条件来判断，其中，温度信号输入“SUB_R”从而与断线判断条件中的参数值相减，根据相减的结果来进行判断，如果判断结果为发生断线，则“SUB_R”输出“0”，从而使报警模块报警，提示用户进行异常处理，如果判断结果为未发生断线，则“SUB_R”向“AND”与门输出“1”。

对于是否需要因温度异常而停机，通过温度信号是否超过预设的温度保护阈值来判断，其中，温度信号输入“CMP_R”从而与预设的温度保护阈值比较大小，当温度信号大于预设的温度保护阈值时，向“AND”与门输出“1”。

“AND”与门的所有输入均为“1”时，输出为“1”，此时产生温度保护信号，即因温度异常而使设备停机。

需要注意的是，现场的温度信号接入PLC模块后均按照模拟量进行处理。

为了对本申请的技术方案进行更全面地介绍，对应于本申请上述实施例提供的机械设备的温度保护方法，本申请实施例还提供一种机械设备的温度保护装置。

请参阅图4，图4为本申请实施例提供的一种机械设备的温度保护装置的结构示意图。如图4所示，该装置包括以下结构：

第一获取模块41，用于获取温度变送器发送的温度信号，判断所述温度信号是否位于预设的温度阈值范围；

计算模块42，用于若所述温度信号位于所述温度阈值范围，基于所述温度信号与前一时刻的温度信号计算温度变化率的绝对值；

第一判断模块43，用于判断所述温度变化率的绝对值是否大于预设的温度变化率阈值；

第二判断模块44，用于若所述温度变化率的绝对值小于或等于所述温度变化率阈值，判断所述温度信号是否超过预设的温度保护阈值；

发送模块45，用于若所述温度信号超过所述温度保护阈值，向机械设备发送停机指令。

可选的，所示装置还包括：

暂时停止模块，用于若所述温度变化率的绝对值大于所述温度变化率阈值，开始计时，并暂时停止判断所述温度信号是否超过预设的温度保护阈值；

重新开始模块，用于直至计时的时间达到预设的延时时间时，重新开始判断所述温度信号是否超过预设的温度保护阈值。

可选的，所示装置还包括：

第二获取模块，用于获取用户输入的启动温度保护指令或停止温度保护指令；

处理模块，用于根据所述启动温度保护指令，开始获取温度变送器发送的温度信号；或，根据所述停止温度保护指令，停止获取温度变送器发送的温度信号。

具体的，上述每个模块的功能的具体实现方式可以参照上述机械设备的温度保护方法中的内容来实现，在此不再详述。

为了对本申请的技术方案进行更全面地介绍，对应于本申请上述实施例提供的机械设备的温度保护方法，本申请实施例还提供一种机械设备的温度保护系统。

请参阅图5，图5为本申请实施例提供的一种机械设备的温度保护系统的结构示意图。如图5所示，该系统包括：控制设备53、温度传感器51和温度变送器52；

控制设备53，包括存储器531和与存储器531相连接的处理器532；存储器532用于存储程序，所述程序至少用于执行上述的机械设备的温度保护方法；处理器532，用于调用并执行存储器531存储的所述程序；

温度传感器51，用于获取机械设备的温度信息；

温度变送器52，用于将温度传感器51获取的温度信息转换为控制设备53可识别的温度信号。

可选的，该系统还可以包括：延时继电器

所述延时继电器，用于存储用户设置的延时时间，以及当确定所述温度信号位于所述温度阈值范围时开始计时，直至计时的时间达到所述延时时间时，向所述控制设备发送触发信号，以使所述控制设备重新开始判断所述温度信号是否超过预设的温度保护阈值；

控制设备53中的存储器531存储的所述程序，还用于执行包含延时处理步骤的机械设备的温度保护方法。

具体的，上述程序的功能的具体实现方式请参照上述机械设备的温度保护方法中的相关内容来实现，在此不再详述。

此外，上述控制设备通常为PLC控制器，因此实际应用时，还可以将上述程序生成供PLC控制器调用的功能块，从而方便其他设备使用，为整个生产项目的编程提供高效率。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。