專利名稱：主扇安全運行在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及礦井電氣設備，具體說就是一種主扇安全運行在線監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術：
煤礦主通風機是煤礦的四大主要設備之一，作為礦井主通風，它每天不停地運轉(zhuǎn)， 是整個礦井的“呼吸”系統(tǒng)。如此重要的安全生產(chǎn)關鍵設備，如果因某種故障而停機運行， 將會給整個礦山的安全生產(chǎn)帶來巨大威脅。因此，對生產(chǎn)部門來說，及時準確地掌握主通風 機的運轉(zhuǎn)特性，對保障安全生產(chǎn)和提高經(jīng)濟效益有十分重要的意義。通風機需要進行定期 檢修，這不僅耗費較大的人力、財力，而且不能及時發(fā)現(xiàn)通風機的故障。因此，要求配套安裝 可長期可靠運行的在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種應用于煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控領域的，包含電動機絕 緣在線監(jiān)測功能的主扇安全運行在線監(jiān)測系統(tǒng)。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的它是由傳感器單元、數(shù)據(jù)處理單元、工控機、顯 示器、數(shù)據(jù)遠傳通信單元、報警單元、電動機絕緣在線監(jiān)測儀和漏電流傳感器組成的，傳感 器單元連接數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元連接工控機，工控機分別連接顯示器、數(shù)據(jù)遠傳通 信單元、報警單元和電動機絕緣在線監(jiān)測儀，電動機絕緣在線監(jiān)測儀連接漏電流傳感器。本實用新型還有以下技術特征(1)所述的傳感器單元包括風速傳感器、負壓傳感器、溫度傳感器、電參數(shù)傳感器、 開關量傳感器和擴展傳感器，風速傳感器、負壓傳感器、溫度傳感器、電參數(shù)傳感器、開關量 傳感器和擴展傳感器分別連接數(shù)據(jù)處理單元。(2)所述的漏電流傳感器包括漏電流傳感器甲、漏電流傳感器乙、漏電流傳感器 丙，漏電流傳感器甲、漏電流傳感器乙、漏電流傳感器丙分別連接電動機絕緣在線監(jiān)測儀。本實用新型一種主扇安全運行在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)通風機房與機電科、通風 科、調(diào)度室等管理部門的通訊聯(lián)網(wǎng)，遠程監(jiān)視當前主扇的工作狀況及運行參數(shù)，進行遠程參 數(shù)設置、遠程定值整定、故障數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)遠傳和數(shù)據(jù)分析等。

圖1為本實用新型的整體結構方框圖；圖2為本實用新型系統(tǒng)連接框圖；圖3為本實用新型模擬量通道原理圖；圖4為本實用新型開關量通道原理圖；圖5為本實用新型數(shù)據(jù)處理單元無源開關量原理框圖；圖6為本實用新型數(shù)據(jù)處理單元有源開關量原理框圖；圖7為本實用新型傳感器接線示意圖；[0016]圖8為本實用新型電動機絕緣在線監(jiān)測儀系統(tǒng)連接示意圖；圖9為本實用新型電動機絕緣在線監(jiān)測儀信號處理單元框圖；圖10為本實用新型電動機絕緣在線監(jiān)測儀預處理單元框圖；圖11為本實用新型電動機絕緣在線監(jiān)測儀預處理單元原理圖圖12為本實用新型電動機絕緣在線監(jiān)測儀軟件流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。實施例1 結合圖1，本實用新型一種主扇安全運行在線監(jiān)測系統(tǒng)，它是由傳感器 單元(16)、數(shù)據(jù)處理單元(6)、工控機(7)、顯示器(8)、數(shù)據(jù)遠傳通信單元(9)、報警單元
(10)、電動機絕緣在線監(jiān)測儀(11)和漏電流傳感器(17)組成的，傳感器單元(16)連接數(shù) 據(jù)處理單元(6)，數(shù)據(jù)處理單元(6)連接工控機(7)，工控機(7)分別連接顯示器(8)、數(shù)據(jù) 遠傳通信單元(9)、報警單元(10)和電動機絕緣在線監(jiān)測儀(11)，電動機絕緣在線監(jiān)測儀
(11)連接漏電流傳感器(17)。本實用新型還有以下技術特征所述的傳感器單元(16)包括風速傳感器(1)、負壓傳感器(2)、溫度傳感器(3)、電 參數(shù)傳感器(4)、開關量傳感器(5)和擴展傳感器(15)，風速傳感器(1)、負壓傳感器(2)、 溫度傳感器(3)、電參數(shù)傳感器(4)、開關量傳感器(5)和擴展傳感器(15)分別連接數(shù)據(jù)處 理單元(6)。所述的漏電流傳感器(17)包括漏電流傳感器甲(12)、漏電流傳感器乙(13)、漏電 流傳感器丙(14)，漏電流傳感器甲(12)、漏電流傳感器乙(13)、漏電流傳感器丙(14)分別 連接電動機絕緣在線監(jiān)測儀(11)。實施例2 結合圖2-圖12，本實用新型一種主扇安全運行在線監(jiān)測系統(tǒng)，具有以下 結構特征獨有的電動機絕緣在線監(jiān)測技術所述的電動機絕緣在線監(jiān)測技術由電動機絕 緣在線監(jiān)測儀實現(xiàn)，其組成包括由零磁通穿芯對地漏電流傳感器(簡稱漏電流傳感器)、 信號預處理單元、信號采集計算單元、通訊管理單元、電源單元等，電動機絕緣在線監(jiān)測儀 通過通訊電纜與后臺機連接，實現(xiàn)電動機絕緣數(shù)據(jù)同步采集、計算、上傳等功能。當主扇運 行時，電動機絕緣在線監(jiān)測儀連續(xù)采集主扇電機對地泄露電流和工況電壓信號，通過工況 電壓和對地泄露電流信號計算介質(zhì)損耗、絕緣電阻、等值電容。通過對主扇電機介質(zhì)損耗、 絕緣電阻等的連續(xù)監(jiān)測和分析，判斷電機的絕緣狀況?？蓴U展性、系統(tǒng)預留振動傳感器接 口、轉(zhuǎn)速傳感器接口、4-20mA輸入接口、電流、電壓輸入接口。方便用戶擴展功能，增加接入 量。本實用新型采取如下的技術解決方案1 2信號數(shù)據(jù)處理單元所述的信號處理單元包括隔離電路、放大電路、濾波電路、 輸出電路依次電信號連接，輸出電路電信號通過模擬量電纜連接后臺工控機內(nèi)模擬量采集 卡。3電動機絕緣在線監(jiān)測儀所述的內(nèi)容組成包括由零磁通穿芯對地漏電流傳感器 (簡稱漏電流傳感器)、信號預處理單元、信號采集計算單元、通訊管理單元、電源單元等。1)漏電流傳感器是整個測量單元的核心，也是本發(fā)明的關鍵元件，工作原理是 電信號穿過傳感器后經(jīng)過磁感應以及反饋補償輸出電信號到信號預處理單元；傳感器測 量精度高，相位測量精度高士0. 02度；測量范圍寬100μΑ 700πιΑ ；工作溫度寬_35°C +65 "C。2)信號預處理單元對信號進行放大、濾波、量程選擇等處理后，將信號輸出到信 號采集計算單元。3)信號采集計算單元包括A/D采樣單元和計算單元，單片機控制A/D進行采樣， 然后由計算單元采用諧波分析法，對A/D采樣序列進行FFT變換，計算出信號有效值以及相 對于參考信號的相位差。4)通訊管理單元將采集、計算的數(shù)據(jù)通過RS485接口上傳至后臺機。電動機絕緣在線監(jiān)測儀工作流程如下1)傳感器信號轉(zhuǎn)換傳感器采集到的信號經(jīng)過放大、濾波、反饋等處理后輸出電 信號到信號預處理單元。2)信號預處理單元經(jīng)過隔直濾波、放大、濾波、選擇量程等處理后將信號輸出到信 號采集計算單元。[0039]3)信號采集計算單元由單片機控制14位A/D采樣，將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，單 片機對數(shù)字信號序列采用諧波分析法進行分析，再通過FFT對信號進行頻域分析，最后計 算出信號的有效值以及相對于參考信號的相位；經(jīng)過多次測量和數(shù)字濾波方法計算出穩(wěn)定 的信號有效值和相位差，之后將信號的有效值和相位通過RS485接口上傳到后臺機。4后臺機由工控機、顯示器、鍵盤、鼠標等組成。后臺機的工作流程如下1)周期采集各個模擬量傳感器模擬信號數(shù)據(jù)、開關量傳感器邏輯信號數(shù)據(jù)。2)周期采集電動機絕緣在線監(jiān)測儀測量的數(shù)據(jù)。電動機絕緣在線監(jiān)測儀采樣、計 算，本地測量單元完成數(shù)據(jù)測量后，向工控機請求上傳數(shù)據(jù)，得到工控機認可后，電動機絕 緣在線監(jiān)測儀將測量的數(shù)據(jù)上傳到工控機。3)人機對話和顯示，通過與工控機配套的液晶顯示器、鍵盤鼠標實現(xiàn)對主扇風機 運行狀態(tài)監(jiān)視、故障診斷、安全運行信息采集與管理、主扇風機起停時間等歷史數(shù)據(jù)的記錄 等功能。4)通訊聯(lián)網(wǎng)，遠程監(jiān)控。5屏體本系統(tǒng)采用標準2260mm(高)*800mm(寬)*600mm(深)標準屏體。后臺機實現(xiàn)功能如下1主扇運行狀態(tài)監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)采集單元實時采集傳感器接入的各種信號(電氣參數(shù)、風力參數(shù)、環(huán) 境參數(shù)等)，信號經(jīng)變換處理后傳送到主機單元進行保存、計算、顯示等操作。系統(tǒng)可處理并顯示的數(shù)據(jù)包括1)主扇參數(shù)風機轉(zhuǎn)數(shù)、運行時間、風速、風量、風壓等。2)電機參數(shù)電流、電壓、有功和無功功率、功率因數(shù)、溫度和絕緣等。3)安全狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)與各模塊或裝置通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中管理、顯示及記錄。用 戶可通過實時監(jiān)測畫面、趨勢圖、歷史數(shù)據(jù)等及時解主扇的安全狀態(tài)，同時系統(tǒng)可設置各項 預警界限和故障判斷在主扇出現(xiàn)故障或故障趨勢時發(fā)出提示和報警。2數(shù)據(jù)管理功能系統(tǒng)采用SQLServer數(shù)據(jù)庫，記錄系統(tǒng)采集和計算數(shù)據(jù)、系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)、各項事件 等，包括以下內(nèi)容1)系統(tǒng)所管理裝置包括主扇信息、電機信息、環(huán)境信息等的數(shù)據(jù)。3)主扇安全狀態(tài)各項數(shù)據(jù)記錄。4)主扇故障時數(shù)據(jù)記錄。5)主扇啟停記錄。6)報警及事件記錄。7)系統(tǒng)操作日志記錄。8)用戶及權限記錄。9)其它記錄。數(shù)據(jù)記錄的時間可設置，記錄時間長度可達10年。3數(shù)據(jù)分析功能根據(jù)數(shù)據(jù)庫記錄數(shù)據(jù)對主扇各項數(shù)據(jù)進行分析和診斷，包括以下功能[0067]1)歷史數(shù)據(jù)檢索、輸出和報表打印。2)狀態(tài)數(shù)據(jù)或電氣數(shù)據(jù)的趨勢圖。3)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計，包括保護動作、數(shù)值越限等的次數(shù)統(tǒng)計。4)故障統(tǒng)計。4狀態(tài)診斷功能根據(jù)獲得的主扇狀態(tài)信息數(shù)據(jù)及主扇電氣量數(shù)據(jù)對主扇的運行狀態(tài)進行分析和 故障識別，給出決策參考。1)故障識別，根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)與設置的期望值判斷是否發(fā)生故障，發(fā)出報警處理。2)故障預測，對影響主扇組運行的故障信息進行統(tǒng)計分析，根據(jù)故障等級及影響 程度給出預警信息。5遠程監(jiān)測功能本系統(tǒng)提供遠程客戶端軟件，遠程客戶端軟件通過公用電話線撥號、串行口、局域 網(wǎng)可以在遠離裝置現(xiàn)場的任何地方實現(xiàn)與FMS-200型主扇安全運行在線監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場程 序連接。完成遠程登錄后，即可以實時監(jiān)測現(xiàn)場主扇運行狀態(tài)、并可進行遠程參數(shù)設置、遠 程定值整定、遠程故障數(shù)據(jù)分析、歷史數(shù)據(jù)遠傳和分析等功能。實施例3 結合圖2-圖12，本實用新型主扇安全運行在線監(jiān)測系統(tǒng)配置見下表裝置通道容量1 模擬量(48路)裝置通道容量1 模擬量(48路) 2 開關量(128路)無源空節(jié)點(常開或常閉)輸入。3 電動機絕緣監(jiān)測每套裝置配四臺電動機絕緣在線監(jiān)測儀裝于屏內(nèi)，三臺6kV/100V電壓互感器放 置于屏外安全、可靠位置。電動絕緣在線監(jiān)測儀通過485接口與計算機通訊，完成電動機絕 緣監(jiān)測。配置如下 本實施例的具體包括以下步驟(1)將一臺主扇安全運行在線監(jiān)測系統(tǒng)的屏體(以下簡稱裝置)安裝在被監(jiān)測主 扇的附近，例如可以同現(xiàn)場的主扇電機的控制柜、儀表柜等并排放置。(2)將風速傳感器懸掛在靠近主扇的巷道內(nèi)，裝置通過三芯屏蔽電纜為傳感器提 供輔助電源同時接收傳感器發(fā)出的的4-20mA信號。(3)測量巷道負壓的靜壓、全壓傳感器懸掛主扇控制室的U型水銀氣壓計附近，通 過醫(yī)用橡膠軟管與水銀氣壓計串聯(lián)，裝置通過三芯屏蔽電纜為傳感器提供輔助電源同時接 收傳感器提供的4-20mA信號。(4)安裝在主扇電機內(nèi)，測量電機溫度的PT100或⑶50測溫電阻通過通過三芯屏 蔽電纜引至裝置后部端子排，經(jīng)屏內(nèi)端子排至信號處理單元。(5)主扇電機一般為交流6kV電壓供電，電流根據(jù)電機容量不同，幾十安培不等。 為方便指示儀表及電機保護裝置工作一般配備有隔離電壓互感器、隔離電流互感器，將高電壓、大電流信號成比例的轉(zhuǎn)化為與之對應的低電壓小、電流信號并使高壓、低壓之間隔 離。接入裝置端子排的電機電流、電壓號取自隔離電壓互感器、隔離電流互感器二次側(cè)，其 電壓、電流額定為100V、5A。(6)打開被監(jiān)測電動機定子A、B、C相繞組連接的星點，加裝將漏電流傳感器在電 機上，閉合星點，連接好漏電流傳感器與電動機絕緣在線監(jiān)測儀之間電纜，同時將電動機電 壓信號(隔離電壓互感器二次信號)引入電動機絕緣在線監(jiān)測儀。電動機絕緣在線監(jiān)測儀 測量原理測量原理分以下幾部分(1)漏電流傳感器采集電動機漏電流信號原理電機正常運行情況下，三相負荷 電流和對地漏電流基本平衡，流過漏電流傳感器一次線圈電流的相量和約為零，即由它在 鐵芯中產(chǎn)生的總磁通基本為零，漏電流傳感器二次線圈基本無輸出。當電機絕緣變差時，漏 電流通過大地成回路，亦即產(chǎn)生了零序電流。這個電流不經(jīng)過互感器一次線圈流回，破壞了 平衡，于是鐵芯中便有零序磁通，使漏電流傳感器二次線圈電流變大。這個電流信號經(jīng)過電 流_電壓變換、放大、濾波反饋等處理后輸出電信號到信號預處理單元。漏電流傳感器信號轉(zhuǎn)換傳感器采集到的信號經(jīng)過放大、濾波、反饋等處理后輸 出電信號到信號預處理單元。號進行相應的放大或縮小，放大或縮小的范圍由CPU通過 MAX333控制，輸入信號再經(jīng)過由0P27G搭建的二階低通濾波進行兩次濾波，最后輸入的電 信號經(jīng)過低噪聲、高精度運放器件0P27G放大后輸入到信號處理單元。(3)信號處理單元單元由CPU控制14位A/D采樣，每采樣20個周波計算一組數(shù) 據(jù)，將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，DSP對數(shù)字信號序列采用諧波分析法進行分析，再通過FFT 對信號進行頻域分析，最后計算出信號的有效值以及相對于參考信號的相位；經(jīng)過多次測 量和數(shù)字濾波方法計算出穩(wěn)定的信號有效值和相位差，之后將信號的有效值和相位上傳到 后臺機。根據(jù)電介質(zhì)損耗等值電路計算介質(zhì)損耗、等值電容等絕緣特征參數(shù)。由等值電路 可得介質(zhì)損耗表達式為P = U2 ω Ctg δ 式中δ—功率因素角爐的余角，稱為介質(zhì)損失角；tg5—介質(zhì)損失角正切值，又稱為介質(zhì)損耗因數(shù)；ω——電源角頻率。結合圖11，電動機絕緣在線監(jiān)測儀預處理單元(1)由精密電阻R107和R108構成分壓選擇電路，由多路CMOS模擬開關ΜΑΧ333控 制輸入信號的縮小比例?？s小比例最大為R108/(R107+R108) =10.(2)由低噪聲、高精度運放器0P27G及精密電阻RllO和R109構成有源同相比例放 大電路，放大比例為:(R110+R109)/R109 = 10.(3)由低噪聲、高精度運放器0P27G及精密電阻R113和R114構成有源同相比 例放大電路，由多路模擬開關MAX333控制電路放大信號或不放大信號，放大比例最大為 (R113+R114)/Rl14 = 10.(4)由低噪聲、高精度運放器0P27G及精密電阻R115、R116和精密電容C105、C104構成有源二階低通濾波，截止頻率由R115、R116、C105、C104確定。
權利要求一種主扇安全運行在線監(jiān)測系統(tǒng)，它是由傳感器單元(16)、數(shù)據(jù)處理單元(6)、工控機(7)、顯示器(8)、數(shù)據(jù)遠傳通信單元(9)、報警單元(10)、電動機絕緣在線監(jiān)測儀(11)和漏電流傳感器(17)組成的，其特征在于傳感器單元(16)連接數(shù)據(jù)處理單元(6)，數(shù)據(jù)處理單元(6)連接工控機(7)，工控機(7)分別連接顯示器(8)、數(shù)據(jù)遠傳通信單元(9)、報警單元(10)和電動機絕緣在線監(jiān)測儀(11)，電動機絕緣在線監(jiān)測儀(11)連接漏電流傳感器(17)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種主扇安全運行在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的傳感 器單元(16)包括風速傳感器(1)、負壓傳感器(2)、溫度傳感器(3)、電參數(shù)傳感器(4)、開 關量傳感器(5)和擴展傳感器(15)，風速傳感器(1)、負壓傳感器(2)、溫度傳感器(3)、電 參數(shù)傳感器(4)、開關量傳感器(5)和擴展傳感器(15)分別連接數(shù)據(jù)處理單元(6)。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種主扇安全運行在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的漏電 流傳感器(17)包括漏電流傳感器甲(12)、漏電流傳感器乙(13)、漏電流傳感器丙(14)，漏 電流傳感器甲(12)、漏電流傳感器乙(13)、漏電流傳感器丙(14)分別連接電動機絕緣在線 監(jiān)測儀(11)。
專利摘要本實用新型提供一種應用于煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控領域的，包含電動機絕緣在線監(jiān)測功能的主扇安全運行在線監(jiān)測系統(tǒng)。它是由傳感器單元、數(shù)據(jù)處理單元、工控機、顯示器、數(shù)據(jù)遠傳通信單元、報警單元、電動機絕緣在線監(jiān)測儀和漏電流傳感器組成的，傳感器單元連接數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元連接工控機，工控機分別連接顯示器、數(shù)據(jù)遠傳通信單元、報警單元和電動機絕緣在線監(jiān)測儀，電動機絕緣在線監(jiān)測儀連接漏電流傳感器。本實用新型可以實現(xiàn)通風機房與機電科、通風科、調(diào)度室等管理部門的通訊聯(lián)網(wǎng)，遠程監(jiān)視當前主扇的工作狀況及運行參數(shù)，進行遠程參數(shù)設置、遠程定值整定、故障數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)遠傳和數(shù)據(jù)分析等。
文檔編號F04B51/00GK201621056SQ201020141250
公開日2010年11月3日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權日2010年3月26日
發(fā)明者周文良, 國際平, 張孝芳, 王懷君 申請人:哈爾濱國力電氣有限公司