一种物联网三相异步电机监测控制装置及其监测控制方法与流程

1.本发明属于机电领域，尤其涉及一种物联网三相异步电机监测控制装置及其监测控制方法。


背景技术：

2.目前中国农业生产大量使用电动机械，但多数使用场景依靠人工开关，费时费力，也不够智能，效率低下。目前市场存在大量无线开关产品，主要通讯方式为wifi，超外差，gprs，4g。通过超外差通讯的产品，使用与终端一对一配对的遥控器控制。这类产品只能单向控制，控制距离约为300m，遇到有遮挡复杂场景甚至更低，个低场合，其低廉的价格相比之下更有优势。通过wifi通讯的产品则更为智能，能双向通讯，向用户实时反馈设备状态，理论上能实现各种所需功能，但其通讯距离比超外差更短，在有完善无线局域网的场景下是成本最优的选择，但相比4g及gprs通讯的产品，若生产场景需要控制节点少，无法架设局域网，在小规模应用的环境下则略逊一筹。
3.由上可知，市面上各种无线控制装置的物理层存在着控制距离短，数据传输量小，监测程度低，最终导致成本与智能化无法达到良好的平衡。对于投入资金少，无法利用先进技术的规模优势的用户，很难保障电动机械稳定运行以及故障后及时发现异常。一旦故障，很可能出现严重的生产损失和人身伤害。


技术实现要素：

4.发明目的：为了解决现有技术中电动机械监控无法同时实现低成本效果好的问题，本发明提供一种物联网三相异步电机监测控制装置及其监测控制方法。
5.技术方案：一种物联网三相异步电机监测控制装置，包括mcu、电流采样模块、电压采样模块、计量模块、无线通信模块及开关模块，所述电流采样模块与电压采样模块用于采集电机三相电流及电压，电流采样模块、电压采样模块均与计量模块连接，计量模块、无线通信模块及开关模块均与mcu连接，开关模块用于驱动低压直流继电器，所述低压直流继电器用于控制交流接触器，交流接触器用于控制电机，无线通信模块用于与云平台通信。
6.进一步地，所述计量模块与mcu之间通过spi总线连接。
7.进一步地，所述无线通信模块包括4g通信模块，用于将监测结果上传至云服务器。
8.进一步地，还包括手机客户端，所述手机客户端用于与云服务器通信，获取监测结果。
9.一种物联网三相异步电机监测控制方法，包括以下步骤：
10.步骤一、提供电机的相电流额定值、相电压额定值，分别根据相电流额定值与相电压额定值设置相电流额定阈值、相电压额定阈值；设置零序电流异常阈值；
11.步骤二、采集电机的三相电流及三相电压，传输至mcu；计算三相电流有效值、三相电流矢量和及三相电压值；
12.步骤三、分别将各相电流有效值与相电流额定阈值进行比较，判断是否过流或短
路；分别将各相电压值与相电压额定阈值进行比较，判断是否过压或欠压；将三相电流矢量和与零序电流异常阈值进行比较，判断是否漏电；
13.步骤四、对于步骤三判断得到的异常状态，mcu发出控制信号控制开关模块，开关模块通过驱动低压直流继电器控制交流接触器切断负载；mcu将异常状态信息通过无线通信模块上传至云服务器，云服务器将异常状态信息发送至手机客户端显示。
14.进一步地，步骤三中，若各相电流有效值超出相电流额定阈值，则认为过流；若各相电流有效值超出相电流额定值至少八倍，则认为短路。
15.进一步地，步骤三中，还包括判断三相电流平衡性若各相电流有效值的差值高于30％的相电流额定值，则认为三相电流不平衡。
16.进一步地，步骤三中，还包括判断三相电源是否缺相，若检测到三相电压中存在无电压或电压低，则认为三相电源缺相。
17.进一步地，步骤一中，相电流额定阈值设为相电流额定值的120％；相电压额定阈值包括过压阈值及欠压阈值，所述过压阈值为相电压额定值的130％，欠压阈值为相电压额定值的70％；零序电流设为0.3a。
18.进一步地，步骤三中，若相电压高于过压阈值，则认为发生过压；若相电压低于欠压阈值，则认为发生欠压。
19.本发明提供一种物联网三相异步电机监测控制装置及其监测控制方法，相比较现有技术，存在以下有益效果：
20.1、通过计量芯片对电机运行状态进行监测，集成度高，能快速准确识别多种电机运行过程中出现的故障，如欠压、过压、过流、短路、漏电等异常状态。
21.2、依照设定条件自动启停三相异步电机。能够实时上报运行状态，抓取异常状态发生时的信息，向云平台上报并存储在本地，立即向用户报告故障类型，提醒用户进行相应的应对措施。
22.3、实时监测，操作延时极低，能实现不同局域网下的远程控制，操作方便高效，省时省力。
23.4、使用更稳定的无线控制方式，同时保障数据传输速度与距离。
附图说明
24.图1为物联网三相异步电机监测控制装置的网络连接示意图；
25.图2为物联网三相异步电机监测控制装置的结构示意图。
具体实施方式
26.下面结合附图及具体实施方式，对本发明做进一步说明。
27.一种物联网三相异步电机监测控制装置，包括终端设备和手机客户端，终端设备可以通过无线通信与云服务器进行数据通信，通过云服务器与手机客户端建立连接，通过4g蜂窝网络向手机客户端发送运行状态监测结果，便于用户查看,向用户提供实时的控制手段，如图1所示。
28.如图2所示，物联网三相异步电机监测控制装置中的终端设备包括mcu、电流采样模块、电压采样模块、计量模块、无线通信模块及开关模块，所述电流采样模块与电压采样
模块用于采集电机三相电流及电压，通过电压互感器、电流互感器和电容电阻网络实现。电流采样模块、电压采样模块均与计量模块连接，向计量模块提供符合计量芯片输入范围的模拟量。计量模块、无线通信模块及开关模块均与mcu连接，所述计量模块与mcu之间通过spi总线连接，计量芯片将模拟量转化为数字量，通过spi总线传输至mcu。开关模块通过光耦、三极管、按键驱动驱动低压直流继电器，所述低压直流继电器用于控制交流接触器，实现弱点驱动强电及高低压隔离，所述交流接触器用于控制开关大功率电机。无线通信模块无线通讯模块网络制式为lte cat1，负责与物联网云平台通讯。所述无线通信模块包括4g通信模块，用于将监测结果上传至云服务器。
29.一种物联网三相异步电机监测控制方法，包括以下步骤：
30.步骤一、提供电机的相电流额定值、相电压额定值，分别根据相电流额定值与相电压额定值设置相电流额定阈值、相电压额定阈值；设置零序电流异常阈值。比如本实施例中，相电流额定阈值设为相电流额定值的120％；零序电流异常阈值设为0.3a；相电压额定阈值还包括过压阈值及欠压阈值，所述过压阈值为相电压额定值的130％，欠压阈值为相电压额定值的70％。
31.步骤二、采集电机的三相电流及三相电压，传输至mcu；计算三相电流有效值、三相电流矢量和及三相电压值；
32.步骤三、实现针对接地短路、匝间短路、机械磨损堵转烧毁、欠压的电机保护，需要测量三相电流有效值、三相电流矢量和、三相电压。测量各相电流有效值，通过比较各相电流与额定电流值，可以判别是否出现匝间短路，堵转等故障。电机堵转指电机转速为0但任然输出扭矩，导致这种情况出现的原因通常为负载过大，自身轴承损坏或拖动机械故障。电机堵转电流可达额定电流的七倍，这是线圈大量发热，很快就会烧毁。对于正常运行的异步电机，转子会产生同步于定子线圈旋转磁场的磁场。当电压下降时，输出转矩不足，由于电机机械特性硬度的原因，定子线圈的电流会增大以维持足够的电磁转矩。这时，发热量会增大，超过设计的安全范围，最终可能导致电机烧毁。测量三相电流矢量和，若矢量和为零，则没有出现漏电。当出现接地短路时会出现零序电流，等于电流矢量和。但通常零序电流不会完全为零，可以设定正常的运行阻抗，当阻抗突变的时候才判定为漏电。具体比较措施如下：
33.(1)过压：分别将各相电压值与相电压额定阈值进行比较，判断是否过压或欠压，若相电压高于过压阈值，则认为发生过压；
34.(2)欠压：若相电压低于欠压阈值，则认为发生欠压；
35.(3)漏电：将三相电流矢量和与零序电流异常阈值进行比较，若超过电流异常阈值0.3a，则判断为有漏电；
36.(4)过流：分别将各相电流有效值与相电流额定阈值进行比较，判断是否过流或短路，若各相电流有效值超出相电流额定阈值，则认为过流；
37.(5)短路：若各相电流有效值超出相电流额定值至少八倍，则认为短路；
38.(6)三相电流不平衡：若各相电流有效值的差值高于30％的相电流额定值，则认为三相电流不平衡；
39.(7)三相电源缺相：若检测到三相电压中存在无电压或电压低，则认为三相电源缺相。
40.步骤四、对于步骤三判断得到的异常状态，mcu发出控制信号控制开关模块，开关模块通过驱动低压直流继电器控制交流接触器切断负载；mcu将异常状态信息通过无线通信模块上传至云服务器，云服务器将异常状态信息发送至手机客户端显示。