伺服电机预防保全系统及方法

技术领域

本发明涉及一种对伺服电机运行状态进行测量、监控及控制的系统及方法，进行预防保全，保证各种伺服电机在可控参数范围内运行。

背景技术

现在，随着无人化工厂的推进，大量的伺服电机逐渐应用于生产现场，经常需要对大量的伺服电机进行状态运行监控、自动进行关键参数控制等。采取的技术措施是一般需要保全人员用手持钳形电流表进行电流检测、用万用表对电压进行检测、用测温仪对运行温度进行检测、用示波器等进行编码器的检测等。虽然也能检测到电机的基本的运行状态，但是需要从事设备点检的保全人员携带各种专用的手持仪器仪表，管理麻烦，测量数据实时存储不容易，目视化地显示出来趋势曲线、形成报表、数据上传服务器等不易实施的问题。

发明内容

本发明提供一种伺服电机预防保全系统及方法，以解决从事伺服电机点检的保全人员携带各种专用的手持仪器仪表，管理麻烦，测量数据实时存储不容易，目视化地显示出来趋势曲线、形成报表、数据上传服务器等不易实施的问题。

本发明采取的技术方案是，液晶显示屏通过信号线与控制器相连，电源模块与控制器的电源接口相连，WIFI模块与控制器的WIFI接口相连，电压处理器、电流处理器、温度处理模块、振动检测处理模块和电机编码器处理模块与控制器相连，电机电压传感器与电压处理器连接，电机电流传感器与电流处理器连接，电机温度传感器与温度处理模块连接，电机振动检测传感器与振动检测处理模块连接，电机编码器检测传感器与电机编码器处理模块连接。

本发明电机冷却风扇驱动模块与控制器输出接口连接，用于驱动冷却风扇。

本发明声光报警灯与控制器输出接口连接，用于声光报警。

本发明所述控制器采用C8051系列的C8051F020芯片。

本发明所述电压处理模块采用交流电压变送器AC500V转0-5V输出信号隔离模块传感器；电机电压传感器用于与电机的接口连接，电机电压传感器采用电压变送器AC500V转0-5V输出信号隔离模块传感器适配的专用探头。

本发明所述电流处理模块采用30A量程电流检测板ACS712-05B霍尔电流传感器，电机电流传感器用于与电机的接口连接，电机电流传感器采用华电互感器LMZ-0.66，300/5。

本发明所述温度处理模块采用智能一体化温度变送器模块，电机温度传感器固定连接在电机的外壳上面，电机温度传感器采用铂热电阻PT100测温元件。

本发明所述振动检测处理模块采用深达威高精度数字振动仪SW65A，电机振动检测传感器固定连接在电机的外壳上面，电机振动检测传感器采用深达威数字振动仪所相适配的传感器专用探头。

本发明所述电机编码器处理模块采用光栅磁栅编码器采集器模块ER-3A，电机编码器检测传感器与电机编码器连接，电机编码器检测传感器采用欧姆龙的E6B2-CWZ1X编码器，差分输出，电源电压5V。

本发明的预防保全方法，包括下列步骤：

(1)、检查线路后，开启电源，用程序调试下载器将编译好的程序下载到控制器，进行试运行；

(2)、设置采样周期、设置同步信号等参数；

(3)、根据实现的显示效果、曲线的显示位置、字体大小、颜色等进行调整；

(4)、在显示屏上可以显示出各种伺服电机运行参数、曲线、历史记录；

(5)、控制器已进入正常工作状态，首先对输入电压进行采样，然后经过“模数转换”，与标准电压进行对比，如果超出标准值，画面会产生报警界面，提醒电源过高或过低报警，报警灯闪亮，提醒设备维护人员处理，如果平时无异常，屏幕则正常显示；

(6)、对于电流监测，将主电缆经电流华电互感器LMZ-0.66，300/5穿过，然后经电流检测板ACS712-05B霍尔电流传感器对电流进行采样，然后也经过“模数转换”，与标准电流进行对比，如果超出电流标准值，画面会产生电流报警界面，提醒电流过高或过低报警，报警灯闪亮，提醒设备维护人员处理，如果平时无异常，屏幕则正常显示；

(7)、温度值处理方面，伺服电机运行温度值在界面进行设置，设置80℃，当伺服电机的温度超过设定值80℃后，控制器控制电机冷却风扇开始运转，直至冷却到设定值以下；如果超过规定时间30分钟依旧超温，则控制器控制灯光报警，提醒设备人员进行处理；平时风扇则不运转，实现自动节能运行，达到减少保全人员设备点检工作量，起到预防保全的作用；

(8)、对于电机振动检测部分，通过电机振动检测传感器对电机振动信号进行采样，然后经过控制器进行“模数转换”，与标准振动值进行对比，标准振动值为4.6mm/s，如果超出标准值，画面会产生报警界面，提醒振动值过高报警，报警灯闪亮，提醒设备维护人员处理；

(9)、电机编码器检测传感器检测电机编码器信号的状态，在屏幕显示，如果异常则报警；

(10)、平时运行及各种异常数据，可通过WIFI模块4传入保全人员电脑，再上传服务器，维护保全人员在自己的班组电脑上可远程查看各种伺服电机运行的状态。

本发明能够直观地目视化出伺服电机的运行状态，无需各种仪器仪表、管理方便，保全人员不必定期手工测量点检，自动检测电机运行状态，自动控制运行温度，对其他超值参数进行灯光报警、异常履历进行存储，可查询以前报警履历信息，对异常进行分析，测量数据能够进行实时存储，目视化显示出来趋势曲线、能够自动形成各种报表、数据上传云服务器等。

本发明在系统的画面显示伺服电机电压、电流、温度及振动等的实时曲线，振动检测方面，对电机振动标准进行监测，异常报警，对厂房分布广的伺服电机进行集中监控，集中管理，减少设备保全员带着各种工具，进行跑腿点检的日常工作量，能处理的异常即刻处理，处理不了的，向上级进行“报告、联络、商谈”处理，实时监测电机关键数据，根据报警值进行再确认，达到提前更坏损坏的电机、预防保全的作用。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明控制器的电路原理图。

具体实施方式

参见图1

液晶显示屏1通过信号线与控制器3相连，电源模块2与控制器3的电源接口相连，WIFI模块4与控制器3的WIFI接口相连，电压处理模块5、电流处理模块6、温度处理模块7、振动检测处理模块8和电机编码器处理模块9与控制器3相连，电机电压传感器10与电压处理器5连接，电机电流传感器11与电流处理器6连接，电机温度传感器12与温度处理模块7连接，电机振动检测传感器13与振动检测处理模块8连接，电机编码器检测传感器14与电机编码器处理模块9连接；

电机冷却风扇驱动模块15与控制器3输出接口连接，用于驱动冷却风扇；

声光报警灯16与控制器3输出接口连接，用于声光报警；

控制器3采用C8051系列的C8051F020芯片；

电压处理模块5采用交流电压变送器AC500V转0-5V输出信号隔离模块传感器，电机电压传感器10用于与电机的接口连接，电机电压传感器10采用电压变送器AC500V转0-5V输出信号隔离模块传感器适配的专用探头。

电流处理模块6采用30A量程电流检测板ACS712-05B霍尔电流传感器，电机电流传感器11用于与电机的接口连接，电机电流传感器11采用华电互感器LMZ-0.66，300/5；

温度处理模块7采用智能一体化温度变送器模块，电机温度传感器12固定连接在电机的外壳上面，电机温度传感器12采用铂热电阻PT100测温元件；

振动检测处理模块8采用深达威高精度数字振动仪SW65A，电机振动检测传感器13固定连接在电机的外壳上面，电机振动检测传感器采用深达威数字振动仪所相适配的传感器专用探头；

电机编码器处理模块9采用光栅磁栅编码器采集器模块ER-3A，电机编码器检测传感器14与电机编码器连接，电机编码器检测传感器采用欧姆龙品牌的E6B2-CWZ1X编码器，差分输出，电源电压5V。

本发明的预防保全方法，包括下列步骤：

(1)、检查线路后，开启电源，用程序调试下载器将编译好的程序下载到控制器3，进行试运行；

(2)、设置采样周期、设置同步信号等参数；

(3)、根据实现的显示效果、曲线的显示位置、字体大小、颜色等进行调整；

(4)、在显示屏上可以显示出各种伺服电机运行参数、曲线、历史记录；

(5)、控制器已进入正常工作状态，首先对输入电压进行采样，然后经过“模数转换”，与标准电压进行对比，如果超出标准值，画面会产生报警界面，提醒电源过高或过低报警，报警灯闪亮，提醒设备维护人员处理，如果平时无异常，屏幕则正常显示；

(6)、对于电流监测，将主电缆经电流华电互感器LMZ-0.66 300/5穿过，然后经电流检测板ACS712-05B霍尔电流传感器对电流进行采样，然后也经过“模数转换”，与标准电流进行对比，如果超出电流标准值，画面会产生电流报警界面，提醒电流过高或过低报警，报警灯闪亮，提醒设备维护人员处理，如果平时无异常，屏幕则正常显示；

(7)、温度值处理方面，伺服电机运行温度值在界面进行设置，设置80℃，当伺服电机的温度超过设定值80℃后，控制器3控制电机冷却风扇开始运转，直至冷却到设定值以下；如果超过规定时间30分钟依旧超温，则控制器3控制灯光报警，提醒设备人员进行处理；平时风扇则不运转，实现自动节能运行，达到减少保全人员设备点检工作量，起到预防保全的作用；

(8)、对于电机振动检测部分，通过电机振动检测传感器对电机振动信号进行采样，然后经过控制器3进行“模数转换”，与标准振动值进行对比，标准振动值为4.6mm/s，如果超出标准值，画面会产生报警界面，提醒振动值过高报警，报警灯闪亮，提醒设备维护人员处理；

(9)、电机编码器检测传感器14检测电机编码器信号的状态，在屏幕显示，如果异常则报警；

(10)、平时运行及各种异常数据，可通过WIFI模块4传入保全人员电脑，再上传服务器，维护保全人员在自己的班组电脑上可远程查看各种伺服电机运行的状态。

参见图2控制器3包括：

芯片U1是单片机，为主要部件，VDD引脚接3.3v电源，P1是调试接口，电阻R1与电容C1连接，再连接至reset引脚，起到上电复位的作用；

P2是无线信号接口，用于无线网络传输信号用，

P3是触摸屏信号接口，与单片机TXRX引脚相连接；电容C3与C4连接至晶振，然后与XTAL1及XTAL2引脚相连接，起到心跳震荡的作用。

P4连接电机输入电压传感器10，用于处理三相电压；

P5连接电机输入电流传感器11，用于处理输入电机的三相电流；

P6连接电机温度传感器12，对电机运行时的温度进行处理；

P7连接电机振动传感器13，对输入电机运行时的振动量进行处理；

P8连接电机编码器检测传感器14；

P9连接电机其他需要处理信号的备用模块，对所输入信号进行处理；

P10与P11为备用接口；

P12连接电机冷却风扇驱动模块15，用于驱动风扇的接触器；

P17连接声光报警灯16，用于控制声光报警。