专利技术：大中型电机工况远程监测保护装置介绍

专利技术：大中型电机工况远程监测保护装置
项
目
资
料
湖北天工机电有限公司
2013年3月
目录
一、大中型电机工况远程监测保护装置技术介绍 (3)
二、专利技术项目介绍 (5)
三、通信原理图 (6)
五、电机监控现状及需求实例 (7)
六、水泥厂DCS与GSM分散式远程监控系统性能比较 (8)
一、大中型电机工况远程监测保护装置技术介绍
大中型电机工况远程监测保护装置的特点及用途：大中型电动机是厂矿企业数量众多的重要电气设备。

如何强化对电动机运行状态的监视与保护一直是设备运行部门和相关厂商非常关注的问题。

对于一台重要的大型电动机，需要配置各类监视仪表和价格不菲的控制系统（例如DCS系统）以监控电动机的运行。

它不仅为电动机提供更加先进可靠的保护功能，还极大地提升了工厂生产自动化的水平，使得电动机的各种运行管理更加便捷，安装、运行、维护的工作更加高效，为安全生产提供强大的技术支持。

但是，目前对于工业电机系统等末端设备，尚缺乏经济而有效的手段进行大面积、远距离跟踪监测和保护。

由于设备资金的限制，大多采用人工巡检的方式进行设备管理、维护和故障处理、费用较高，效率低下、时效性差。

这一现状制约了工业设备电机系统的测控自动化发展和电机系统新型管理模式的实施，直接影响着企业的安全生产、节能减排、产品质量和经济效益。

本实用新型专利（专利号：ZL 2010 2 0558147.X）在电机起动器上增加远程监测与保护装置，投资成本低，适用于大中型电机工况远程监测和保护，对于保障工业设备电机系统的安全、稳定和经济运行，提高产品成品率、降低安全事故率、避免较大规模和重复投资、增加经济效益等具有促进作用。

本实用新型特点：电机起动器扩展远程监测与保护功能，设备资源综合利用；共享公共移动通信网路资源，无需综合控制系统和通讯网络建设的庞大投资，运行维护费用低；组网灵活，可按需求和资金增减监测节点；可并入工厂计算机局域网设备信息管理系统，形成信息采集与处理互通与共享。

电机运行参数图表直观方便，操作灵活；适应性强，现场测控不受地域、时间、气候和环境的限制。

（一）技术领域：本实用新型着力解决电机的远程自动监测与保护，可将电机通过传感器组与控制计算机相连，其运行状态和运行趋势（如振动、转速、电压、电流、功率以及温度等参数）自动生成图表、曲线和文字供技术人员分析判断和处理，精确而有效的评估电机的现场工作状况，提高了故障的早期发现率。

所采用技术涉及机电技术、传感器技术、单片机芯片技术、工业级移动通讯技术、网络及计算机技术等。

（二）背景技术：在现有的电机软启动控制系统中，增加本实用新型装置，应用工业手机的二次开发，通过设计单片机、集成电路和智能化通信与控制软件，以及设计电量、温度传感器组对中型高压电动机的运行参数（功耗、电流、电压、温度及振动）等进行远程实时监测，以闭环保护电路实施电机保护。

当电压、过流、温度及振动等参数超过设定值时自动报警并保存事件记录，同时启动电机保护装置。

报警通信方式为移动通信（3G、GSM、CDMA短信等）或RS485网络。

解决了电机起动器完成起动后闲置以及无电机参数自动监测和保护功能的问题。

根据对中国知识产权网检索和国内有关资料文献的查阅（见中国工控网、中华动力传动与控制技术网、中国机电网、等网站刊物），目前尚无专门技术资料和实用型产品面世。

特别是移动通信（3G、GSM、
CDMA短信等）远程电机监测与保护、电机起动器与远程监测保护装置组合设计并无实用产品投放市场，形成了该应用领域的空白。

（三）实用技术内容：
1、电机起动器（起动柜）与大中型电机工况远程监测保护装置的组合设计，提高设备利用率。

对电
机的功耗、电压、电流，温度及机械振动幅度实时监测；
2、电机起动器（起动柜）完成起动后对电机综合参数实现远程移动通信方式（3G、GSM、CDMA
短信等结合有线局域网络）的监测与数据传输模式；
3、电机远程移动通信方式（3G、GSM、CDMA短信等结合有线局域网络）实时保护控制模式，报
警信号同时发送到值班人员手机和远程监测中心计算机。

（四）原理说明：
附图为实现本实用新型功能的技术流程框图。

高压电机运行状态的电量综合参数、温度及振动参数经由传感器和采样电路传至集中控制器，由前置通信与控制器通过3G、GSM、CDMA等或其他移动通信网络，将参数发至远端后台通信与控制器，在监控中心电脑上显示电机运行参数并进行软件分析，生成报表与图线，超限时发出保护指令，通过通信与控制器发送接收(或值班手机接收预警信号)并迅速启动保护电路对电机实（过流、过热等）施保护。

（五）具体实施方式：采用电量变送电路、传感器采样电路、集中处理电路、前置（后台）通信（工业级移动通信）与控制电路组合，与控制软件一起构成大中型高压电动机工况远程监测保护装置。

与电机软启动装置配合，组成集电机启动、远程工况监测和实时保护功能的新型装置。

提高电机运行的安全性、可靠性、降低事故率、增加经济效益的特点。

二、专利技术项目介绍
（一）项目简介：本项目通过设计集成电路和单片机专用新型装置对中型高压电动机的运行参数：功耗、电流、电压、温度及振动等进行实时监测和保护。

智能监测电压、过流、温度及振动超过设定值时自动报警并保存事件记录。

报警通信方式为GSM短信或RS485网络。

项目填补了软启动装置启动后闲置以及无电机参数自动监控功能的空白。

（二）研发内容：通过专用集成电路和单片机对电动机的运行参数：功耗、电流、电压、温度及振动等参数进行实时监测。

电压、过流、温度及振动超过设定值时自动报警并保存事件记录。

报警方式为GSM短信或RS485网络。

（三）技术参数：
1、对电动机的功耗、电压，电流，温度及振动幅度实时监测，超过设定值时报警并保存事件记录；
2、报警方式：发送到计算机、发送到有关人员手机
3、电量测量误差<5％，温度测量误差<1℃
4、GSM报警信号传输延时<2S
5、RS-485 接口通讯波特率9600
6、使用电源：220V AC或12VDC（蓄电池供电）
（四）控制装置框图
三、通信原理图
连接原理图
GSM通讯模块GSM通讯模块GSM通讯模块
软件采用C/S模式，通过GSM短信模块取得的电机数据进行数据实时显示，并通过GPRS定位和GIS数据库相连接，取得具体电机所在位置，并给以地图上的状态显示。

6
四、电机监控现状及需求实例
考察调研对象：湖北娲石水泥股份有限公司
A.现状：
1、电机的工作温度、振动监测目前靠人手工测试；
2、300W以下小型电机主要靠电机保护器，不必要监控；1000W以上大型电机靠所配备的监控系统监
控。

300W-1000 W中型电机目前无监控，是最需要配备的；
3、所用电机基本都没有配装内置式温度传感器，建议考虑在电机外壳加温度传感器间接测温，用软件
方法换算内部温度；
4、目前使用的都是高压电机，电压范围：6000 V -10000V，由35KV高压输电线路经变压器获得；
5、电机的电量监测：从电机的开关柜上可取得由互感器变换的5A交流电流和100V交流电压信号；
6、老电机一般用的是哈尔滨电机厂和沈阳电机一厂的产品，较新的电机多为湘潭、重庆和南昌电机厂
产品。

B.需求：
1、考虑成本投入，300W-1000W中型电机（价值在几十万元——上百万元）很需要加装监控装置；
2、最需要监测的是三类参数：电量、温度和振动，怎样解决外部安装振动传感器，类型与具体型号的
选择；
3、窜动监测也需要，但难度较大，可以暂缓考虑；
4、希望尽快先做现场试验（不能停产情况下），然后推进全部加装监控装置；
5、球磨机的轴瓦温度也需要实时监测。

五、水泥厂DCS与GSM分散式远程监控系统性能比较
8。