本發(fā)明涉及一種智能電機(jī)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)，特別是一種實(shí)現(xiàn)電機(jī)振動(dòng)智能在線監(jiān)測(cè)的同時(shí)，還能進(jìn)行預(yù)警的系統(tǒng)，屬于智能電機(jī)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電機(jī)的安全可靠運(yùn)行，在很大程度上取決于它的振動(dòng)。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的關(guān)鍵機(jī)械部件發(fā)生損壞或異常后若繼續(xù)運(yùn)行，會(huì)誘發(fā)電機(jī)異常振動(dòng)變化。對(duì)于長(zhǎng)期處于異常振動(dòng)運(yùn)行的電機(jī)，其機(jī)械性能和電氣性能將大大下降，若不及時(shí)進(jìn)行檢修，往往會(huì)導(dǎo)致電機(jī)關(guān)鍵部件的不可逆轉(zhuǎn)的損壞，減低電機(jī)使用壽命，破壞系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，從而對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)帶來(lái)安全隱患，因此對(duì)電機(jī)振動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)預(yù)警十分必要。

現(xiàn)有的電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要都是針對(duì)大型或特殊機(jī)組而設(shè)計(jì)，功能相對(duì)單一，存在成本普遍較高、應(yīng)用范圍有限等不足，尚無(wú)針對(duì)普通電機(jī)的低成本、通用性的電機(jī)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。如中國(guó)專利“風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)及故障診斷方法”（申請(qǐng)?zhí)枺?00810118822.4）提出了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)及故障診斷方法，通過(guò)傳感器采集振動(dòng)原始信號(hào)由總線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心存儲(chǔ)，并通過(guò)分析模塊來(lái)進(jìn)行故障診斷和報(bào)警，該方法適用于監(jiān)測(cè)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組關(guān)鍵零部件，系統(tǒng)成本高；采用振動(dòng)數(shù)據(jù)超過(guò)閾值方式進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)警和狀態(tài)預(yù)警，而不是依據(jù)電機(jī)振動(dòng)的故障先兆特征，誤報(bào)率高、且不能辨識(shí)振動(dòng)原因；振動(dòng)傳感器采用磁性方式布置，易松動(dòng)、干擾大，很難精確采集振動(dòng)數(shù)據(jù)；且無(wú)法排除電機(jī)振動(dòng)受功率波動(dòng)和負(fù)載率的影響。

此外，如中國(guó)專利“一種水電機(jī)組振動(dòng)多變量遠(yuǎn)程預(yù)警方法”（申請(qǐng)?zhí)枺?01410671054.0）提出了一種水電機(jī)組振動(dòng)多變量遠(yuǎn)程預(yù)警方法，建立水電機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)庫(kù)、故障數(shù)據(jù)庫(kù)，遠(yuǎn)程監(jiān)控并獲取水電機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)，將采集的機(jī)組各部位振動(dòng)信號(hào)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)值進(jìn)行比對(duì)匹配，能夠?qū)收项愋瓦M(jìn)行判斷。但是該專利僅是提出了一種能夠辨識(shí)水電機(jī)組部分故障的方法，且需建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)和故障數(shù)據(jù)庫(kù)，需要的設(shè)備和算法復(fù)雜，硬件成本很高，難以實(shí)現(xiàn)就地監(jiān)測(cè)預(yù)警；未考慮到異常振動(dòng)前兆、功率波動(dòng)和負(fù)載率的影響，容易導(dǎo)致漏報(bào)警或誤報(bào)警。而且水電機(jī)組振動(dòng)產(chǎn)生原因及特征與中小型電動(dòng)機(jī)有很大差別，該方法不能用于中小型電機(jī)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種適用于中小型電機(jī)的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、綜合考慮功率抖動(dòng)和負(fù)載率影響的智能電機(jī)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)。本發(fā)明的目的在于通過(guò)該系統(tǒng)，在電機(jī)出現(xiàn)故障先兆和不正常工作狀態(tài)時(shí)能夠及時(shí)診斷、及時(shí)預(yù)警、及時(shí)處理，有效避免了故障的擴(kuò)大，以及由其引發(fā)的設(shè)備損毀和意外停產(chǎn)等嚴(yán)重后果。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

所述的智能電機(jī)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)包括振動(dòng)傳感器（1）、處理分析模塊（2）、日歷模塊（3）、存儲(chǔ)模塊（4）、通訊模塊（5）、現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警模塊（6）、便攜設(shè)備（7）。

振動(dòng)傳感器（1）緊密固定于電機(jī)外殼（8）上，此時(shí)電機(jī)振動(dòng)會(huì)準(zhǔn)確傳遞到傳感器上，將測(cè)得的電機(jī)實(shí)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)送給處理分析模塊（2），處理分析模塊（2）通過(guò)日歷模塊（3）獲取時(shí)間，將電機(jī)實(shí)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)按照設(shè)定的連續(xù)時(shí)段在存儲(chǔ)模塊（4）中儲(chǔ)存。

處理分析模塊（2）對(duì)每一連續(xù)時(shí)段的實(shí)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取振動(dòng)特征，與預(yù)存的標(biāo)準(zhǔn)樣本進(jìn)行對(duì)比分析，按照實(shí)測(cè)的振動(dòng)波形與標(biāo)準(zhǔn)樣本的偏離度是否超出設(shè)定的閾值作為判據(jù)，來(lái)判斷電機(jī)是否存在異常振動(dòng)，如果存在異常振動(dòng)，則通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警模塊（6）進(jìn)行預(yù)警，同時(shí)通過(guò)通訊模塊（5）向便攜設(shè)備（7）發(fā)出預(yù)警信號(hào)。

便攜設(shè)備（7）通過(guò)通訊模塊（5）連接處理分析模塊（2），隨時(shí)查看電機(jī)運(yùn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)。

振動(dòng)傳感器（1）安裝位置的選擇關(guān)系到分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，要保證其安裝位置必須能正確反映電機(jī)的工作狀態(tài)，且振動(dòng)傳感器（1）一般具有明顯的方向性，因此振動(dòng)傳感器（1）同時(shí)測(cè)量x、y、z三個(gè)方向的振動(dòng)數(shù)據(jù)，處理分析模塊（2）分別針對(duì)三個(gè)方向振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行異常振動(dòng)分析判斷；或者針對(duì)三個(gè)方向振動(dòng)數(shù)據(jù)的合成矢量進(jìn)行異常振動(dòng)分析判斷。

電機(jī)是一個(gè)極其復(fù)雜的機(jī)電耦合系統(tǒng)，電機(jī)振動(dòng)分為機(jī)械振動(dòng)和電氣振動(dòng)。電氣振動(dòng)主要表現(xiàn)在三相電壓不平衡，電機(jī)缺相運(yùn)行，定轉(zhuǎn)子鐵芯松動(dòng)，繞組故障，內(nèi)部接線錯(cuò)誤等；電機(jī)機(jī)械振動(dòng)主要表現(xiàn)在轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子斷條、轉(zhuǎn)子端環(huán)開(kāi)裂、滾動(dòng)軸承異常、電機(jī)安裝中心未找準(zhǔn)或精度不夠，電機(jī)基礎(chǔ)不平或不牢固等。電機(jī)異常振動(dòng)是由電機(jī)某些部件不正常運(yùn)行而導(dǎo)致，同時(shí)這些異常部件運(yùn)行時(shí)也會(huì)影響其他部件，從而引發(fā)電機(jī)故障，因此可對(duì)電機(jī)外殼、轉(zhuǎn)子側(cè)部、前后軸承側(cè)部、電機(jī)基座固定螺栓、風(fēng)葉重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位安裝振動(dòng)傳感器（1）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以提高運(yùn)行可靠性，此時(shí)振動(dòng)傳感器（1）為多個(gè)，分別緊密固定于電機(jī)需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的部位，對(duì)該部位進(jìn)行針對(duì)性異常振動(dòng)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。

電機(jī)振動(dòng)表現(xiàn)為多對(duì)多的復(fù)雜映射關(guān)系，除了電機(jī)本體原因造成的振動(dòng)外，所帶負(fù)載功率的波動(dòng)也會(huì)引發(fā)電機(jī)本體的振動(dòng)。負(fù)載功率的波動(dòng)會(huì)反映到電機(jī)運(yùn)行電參數(shù)上，為了進(jìn)一步提高預(yù)警的準(zhǔn)確度，所述系統(tǒng)包括電參數(shù)測(cè)量模塊（9），實(shí)時(shí)測(cè)量電機(jī)運(yùn)行的電壓和電流，由處理分析模塊（2）計(jì)算出負(fù)載率，以及在所述對(duì)應(yīng)連續(xù)時(shí)段的實(shí)時(shí)有功功率，并提取有功功率抖動(dòng)的特征，與提取的該時(shí)段振動(dòng)特征聯(lián)合分析，判斷是否由于功率波動(dòng)引起振動(dòng)；同時(shí)計(jì)算功率抖動(dòng)的頻率和幅值，以及電流諧波的頻譜分布。

此外，電動(dòng)機(jī)與所帶負(fù)載設(shè)備之間一般采用硬軸連接，負(fù)載設(shè)備的振動(dòng)也會(huì)經(jīng)過(guò)硬軸傳遞到電機(jī)本體上，轉(zhuǎn)速在一定程度能夠反映這種振動(dòng)，而且，負(fù)載功率的抖動(dòng)也會(huì)在轉(zhuǎn)速上體現(xiàn)。因此系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊（10），實(shí)時(shí)測(cè)量電機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速，由處理分析模塊（2）計(jì)算出在所述對(duì)應(yīng)時(shí)段的轉(zhuǎn)速抖動(dòng)的特征，輔助進(jìn)行功率抖動(dòng)判斷，同時(shí)計(jì)算出轉(zhuǎn)速抖動(dòng)頻率和幅值。

由于電機(jī)在不同工況下帶負(fù)載不同，此時(shí)對(duì)于被監(jiān)測(cè)電機(jī)而言，空載、滿載、或負(fù)載率為80%時(shí)的所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)特定標(biāo)準(zhǔn)樣本是不同的，因此系統(tǒng)可以在電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定正常運(yùn)行后進(jìn)行標(biāo)定，記錄在不同典型負(fù)載率下的振動(dòng)波形，提取辨識(shí)特征作為該典型負(fù)載率下的標(biāo)準(zhǔn)樣本。

系統(tǒng)還包括中心服務(wù)器（11），處理分析模塊（2）經(jīng)通訊模塊（5）與中心服務(wù)器（11）遠(yuǎn)程交換數(shù)據(jù)，并在發(fā)現(xiàn)異常振動(dòng)時(shí)向中心服務(wù)器（11）遠(yuǎn)程預(yù)警。

處理分析模塊（2）監(jiān)測(cè)當(dāng)前功率下的振動(dòng)頻率和幅值的變化趨勢(shì)，在沒(méi)有發(fā)現(xiàn)所述異常振動(dòng)特征的情況下，如果振動(dòng)頻率和幅值產(chǎn)生明顯偏離當(dāng)前功率下的標(biāo)準(zhǔn)樣本的趨勢(shì)，則通過(guò)通訊模塊（5）向便攜設(shè)備（7）發(fā)出預(yù)警信號(hào)或向中心服務(wù)器（11）遠(yuǎn)程預(yù)警。

在電機(jī)長(zhǎng)期正常運(yùn)行過(guò)程中，依據(jù)周期性歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，不斷完善閾值和標(biāo)準(zhǔn)樣本。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）采用振動(dòng)數(shù)據(jù)特征及變化趨勢(shì)對(duì)電機(jī)的故障先兆預(yù)警，算法簡(jiǎn)單、對(duì)硬件要求低，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，應(yīng)用范圍廣，且可以盡早發(fā)現(xiàn)電機(jī)出現(xiàn)劣化、部件損耗等情況，提高了預(yù)警準(zhǔn)確率，有效避免了故障的擴(kuò)大，以及由其引發(fā)的設(shè)備損毀和意外停產(chǎn)等嚴(yán)重后果。

2）多個(gè)振動(dòng)傳感器緊密固定電機(jī)需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位的設(shè)計(jì)，提高對(duì)振動(dòng)原因判斷的準(zhǔn)確性，能輔助運(yùn)行人員迅速確定故障位置及時(shí)檢修，避免故障深化，節(jié)約維修成本。

3）基于多種原因引發(fā)的振動(dòng)變化、電壓變化、電流變化和轉(zhuǎn)速變化聯(lián)合進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，一方面能夠?qū)﹄姍C(jī)本體振動(dòng)進(jìn)行分析和預(yù)警，還能對(duì)負(fù)載引起的功率異常抖動(dòng)進(jìn)行預(yù)警，進(jìn)一步提高了預(yù)警的準(zhǔn)確率；另一方面可對(duì)電機(jī)功率抖動(dòng)的頻率、幅值和電流諧波的頻譜分布進(jìn)行分析，提高電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。

4）采用存儲(chǔ)模塊和中心服務(wù)器，可以存儲(chǔ)電機(jī)運(yùn)行的實(shí)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)電壓、電流、轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，建立電機(jī)振動(dòng)的大數(shù)據(jù)庫(kù)，保存本地電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄，為后續(xù)研究提供支持并輔助檢修人員制定電機(jī)檢修計(jì)劃。

5）采用便攜式裝置，使運(yùn)行人員隨時(shí)能夠通過(guò)便攜設(shè)備查詢電機(jī)狀態(tài)，減少了運(yùn)行人員巡檢的工作量，節(jié)約人力。

附圖說(shuō)明

圖1：系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。

圖2：電機(jī)正常運(yùn)行和異常振動(dòng)原始波形。

圖3：電機(jī)正常運(yùn)行和異常振動(dòng)特征診斷波形。

圖中：1-振動(dòng)傳感器、2-處理分析模塊、3-日歷模塊、4-存儲(chǔ)模塊、5-通訊模塊、6-現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警模塊、7-便攜設(shè)備、8-電機(jī)外殼、9-電參數(shù)測(cè)量模塊、10-轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊、11-中心服務(wù)器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明：

如圖1所示，系統(tǒng)包括振動(dòng)傳感器（1）、處理分析模塊（2）、日歷模塊（3）、存儲(chǔ)模塊（4）、通訊模塊（5）、現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警模塊（6）、便攜設(shè)備（7）、電機(jī)外殼（8）、電參數(shù)測(cè)量模塊（9）、轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊（10）、中心服務(wù)器（11）。

振動(dòng)傳感器（1）緊密固定于電機(jī)外殼（8）上，將測(cè)得的電機(jī)實(shí)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)送給處理分析模塊（2），處理分析模塊（2）通過(guò)日歷模塊（3）獲取時(shí)間，將電機(jī)實(shí)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)按照設(shè)定的連續(xù)時(shí)段在存儲(chǔ)模塊（4）中儲(chǔ)存。

處理分析模塊（2）對(duì)每一連續(xù)時(shí)段的實(shí)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取振動(dòng)特征，與預(yù)存的標(biāo)準(zhǔn)樣本進(jìn)行對(duì)比分析，按照實(shí)測(cè)的振動(dòng)波形與標(biāo)準(zhǔn)樣本的偏離度是否超出設(shè)定的閾值作為判據(jù)，來(lái)判斷電機(jī)是否存在異常振動(dòng)，如果存在異常振動(dòng)，則通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警模塊（6）進(jìn)行預(yù)警，同時(shí)通過(guò)通訊模塊（5）向便攜設(shè)備（7）發(fā)出預(yù)警信號(hào)。

便攜設(shè)備（7）通過(guò)通訊模塊（5）連接處理分析模塊（2），隨時(shí)查看電機(jī)運(yùn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)。

振動(dòng)傳感器（1）為多個(gè)，分別緊密固定于電機(jī)需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的部位，對(duì)該部位進(jìn)行針對(duì)性異常振動(dòng)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，同時(shí)測(cè)量x、y、z三個(gè)方向的振動(dòng)數(shù)據(jù)，處理分析模塊（2）分別針對(duì)三個(gè)方向振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行異常振動(dòng)分析判斷，或者針對(duì)三個(gè)方向振動(dòng)數(shù)據(jù)的合成矢量進(jìn)行異常振動(dòng)分析判斷。

電參數(shù)測(cè)量模塊（9）實(shí)時(shí)測(cè)量電機(jī)運(yùn)行的電壓和電流，由處理分析模塊（2）計(jì)算出負(fù)載率，以及在所述對(duì)應(yīng)連續(xù)時(shí)段的實(shí)時(shí)有功功率，并提取有功功率抖動(dòng)的特征，與提取的該時(shí)段振動(dòng)特征聯(lián)合分析，判斷是否由于功率波動(dòng)引起振動(dòng)，并計(jì)算功率抖動(dòng)的頻率和幅值，以及電流諧波的頻譜分布。轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊（10）實(shí)時(shí)測(cè)量電機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速，由處理分析模塊（2）計(jì)算出在所述對(duì)應(yīng)時(shí)段的轉(zhuǎn)速抖動(dòng)的特征，輔助進(jìn)行功率抖動(dòng)判斷，同時(shí)計(jì)算出轉(zhuǎn)速抖動(dòng)頻率和幅值。

系統(tǒng)包括中心服務(wù)器（11），處理分析模塊（2）經(jīng)通訊模塊（3）與中心服務(wù)器（11）遠(yuǎn)程交換數(shù)據(jù)，并在發(fā)現(xiàn)異常振動(dòng)時(shí)向中心服務(wù)器（11）遠(yuǎn)程預(yù)警。

處理分析模塊（2）監(jiān)測(cè)當(dāng)前功率下的振動(dòng)頻率和幅值的變化趨勢(shì)，在沒(méi)有發(fā)現(xiàn)所述異常振動(dòng)特征的情況下，如果振動(dòng)頻率和幅值產(chǎn)生明顯偏離當(dāng)前功率下的標(biāo)準(zhǔn)樣本的趨勢(shì)，則通過(guò)通訊模塊（5）向便攜設(shè)備（7）發(fā)出預(yù)警信號(hào)或向中心服務(wù)器（11）遠(yuǎn)程預(yù)警。

系統(tǒng)在電機(jī)穩(wěn)定正常運(yùn)行后進(jìn)行標(biāo)定，記錄在不同典型負(fù)載率下的振動(dòng)波形，提取辨識(shí)特征作為該典型負(fù)載率下的標(biāo)準(zhǔn)樣本。在電機(jī)長(zhǎng)期正常運(yùn)行過(guò)程中，依據(jù)周期性歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，不斷完善閾值和標(biāo)準(zhǔn)樣本。

如圖2所示，在某一負(fù)載率下，以設(shè)定的連續(xù)時(shí)段2個(gè)小時(shí)為基準(zhǔn)，振動(dòng)傳感器（1）采集電機(jī)正常運(yùn)行和異常振動(dòng)的振動(dòng)數(shù)據(jù)。圖a)為當(dāng)電機(jī)底座固定螺栓牢固時(shí)正常運(yùn)行的原始波形，圖b)為當(dāng)電機(jī)底座固定螺栓松動(dòng)時(shí)異常振動(dòng)的原始波形。

如圖3所示，考慮到正常運(yùn)行和異常振動(dòng)時(shí)時(shí)域波形差別不大，將時(shí)域轉(zhuǎn)化為頻域，處理分析模塊（2）提取出正常運(yùn)行和異常振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)特征，得到相應(yīng)的特征診斷波形。圖a)為當(dāng)電機(jī)底座固定螺栓牢固時(shí)正常運(yùn)行的特征診斷波形。圖b)為當(dāng)電機(jī)底座固定螺栓松動(dòng)時(shí)異常振動(dòng)的特征診斷波形。當(dāng)電機(jī)底座固定螺栓牢固即正常運(yùn)行時(shí)，其特征診斷波形在64hz和448hz附近的諧波幅值相對(duì)其他頻段較大，其整體分布類似于“駝峰”。在基座固定螺栓松動(dòng)即異常運(yùn)行的情況下，其特征診斷波形與標(biāo)準(zhǔn)樣本相比“駝峰”相對(duì)較小，且在128hz至384hz頻段其雜波頻率與標(biāo)準(zhǔn)樣本相比幅值增加，此時(shí)處理分析模塊（2）計(jì)算出偏離度，判定是否超出設(shè)定的閾值來(lái)確定電機(jī)是否存在異常振動(dòng)，如果存在異常振動(dòng)，則通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警模塊（6）進(jìn)行預(yù)警，同時(shí)通過(guò)通訊模塊（5）向便攜設(shè)備（7）發(fā)出預(yù)警信號(hào)或向中心服務(wù)器（11）遠(yuǎn)程預(yù)警。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施實(shí)例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。