一种电机保护系统及方法与流程

本申请涉及机电控制技术领域，尤其涉及一种电机保护系统及方法。

背景技术：

数控机床是工业和制造业生产过程中的关键设备，能够提高生产效率和精度，而数控机床在加工过程中会因各种原因导致工件与刀具间发生非正常接触。当加工切削用量不合理或刀具严重受损时会引起加工系统的切削力增大，使得电机转矩增大、主轴电机电流增大并超过正常工作电流。如果不能准确、快速地检测到数控机床在工作过程中的异常情况，并及时地作出相应的保护动作，就会导致电机包括刀具、工件、夹具及机床本身在内的加工系统受损。

针对相关技术中存在的诸多技术问题，目前尚未提供有效的解决方案。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种电机保护系统及方法。

第一方面，本申请实施例提供了一种电机保护系统，包括：依次相互连接的电流信号获取模块、ad转换模块以及控制器；

所述电流信号获取模块用于获取对电机的主轴进行采样得到的电流信号；

所述ad转换模块用于将所述电流信号转换为数字信号；

所述控制器用于根据数字信号以及预设的电流上限阈值得到对所述电机的控制策略。

可选的，如前述电机保护系统，所述电流信号获取模块包括：相互电连接的电流传感器和积分模块；

所述电流传感器用于对所述主轴的主轴电流进行感应，得到与所述主轴电流的信号进行微分后对应的电压信号；

所述积分模块用于对所述电压信号进行积分，得到正比于主轴电流信号的积分电压信号，并根据所述积分电压信号得到所述电流信号。

可选的，如前述电机保护系统，所述积分模块包括：第一电容c1、第二电容c2、第一电阻r1、第二电阻rf、第三电阻rs以及运算放大器；

所述第一电容c1的一端连至所述电流传感器，所述第一电容c1的另一端连至第一电阻r1相互串联，并通过所述第一电阻r1连至所述运算放大器的反向输入端；

所述第二电阻rf的两端分别连至所述运算放大器的反向输入端以及输出端；

所述第二电容c2与所述第二电阻rf相互并联；

所述第三电阻rs一端与所述运算放大器的同向输出端连接，另一端接地。

第二方面，本申请实施例提供了一种电机保护方法，包括：

获取对电机的主轴进行采样得到的电压信号；

根据所述电压信号得到与所述电机的主轴电流对应的电流数值信息；

在所述电流数值信息超过预设的电流上限阈值时，启动与所述电机对应的保护策略。

可选的，如前述的电机保护方法，所述在所述电流数值信息超过预设的电流上限阈值时，启动与所述电机对应的保护策略，包括：

所述在所述电流数值信息超过预设的电流上限阈值时，按照预设时间间隔获取所述电机对应的实时电流数值信息；

在所述实时电流数值信息超过所述电流上限阈值时，执行与所述保护策略对应的保护动作。

可选的，如前述的电机保护方法，在执行与所述保护策略对应的保护动作之后，还包括：

根据所述保护动作获取与所述电机对应的报警信息；

根据所述报警信号启动与所述电机对应的信号灯以及蜂鸣器。

可选的，如前述的电机保护方法，还包括：

获取所述电机的历史运行状态信息；

根据所述历史运行状态信息确定主轴电流数值与所述运行时间的对应关系；

获取所述电机的故障时间信息；

根据所述对应关系，确定所述故障时间信息对应的故障主轴电流数值信息；

根据所述故障主轴电流数值信息得到所述电流上限阈值。

第三方面，本申请实施例提供了一种电机保护装置，包括：

电压信号获取模块，用于获取对电机的主轴进行采样得到的电压信号；

数字信号获取模块，用于根据所述电压信号得到与所述电机的主轴电流对应的电流数值信息；

电机保护模块，用于在所述电流数值信息超过预设的电流上限阈值时，启动与所述电机对应的保护策略。

可选的，如前述的电机保护装置，所述电机保护模块，包括：

第一获取单元，用于所述在所述电流数值信息超过预设的电流上限阈值时，按照预设时间间隔获取所述电机对应的实时电流数值信息；

动作执行单元，用于在所述实时电流数值信息超过所述电流上限阈值时，执行与所述保护策略对应的保护动作。

可选的，如前述的电机保护装置，所述电机保护模块还包括：

报警信息获取单元，用于根据所述保护动作获取与所述电机对应的报警信息；

报警信号启动单元，用于根据所述报警信号启动与所述电机对应的信号灯以及蜂鸣器。

可选的，如前述的电机保护装置，还包括：

历史信息获取模块，用于获取所述电机的历史运行状态信息；

对应关系确定模块，用于根据所述历史运行状态信息确定主轴电流数值与所述运行时间的对应关系；

故障时间信息获取模块，用于获取所述电机的故障时间信息；

电流数值确定模块，用于根据所述对应关系，确定所述故障时间信息对应的故障主轴电流数值信息；

阈值确定模块，用于根据所述故障主轴电流数值信息得到所述电流上限阈值。

第四方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括：处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、通信接口和存储器通过通信总线完成相互间的通信；

所述存储器，用于存放计算机程序；

所述处理器，用于执行所述计算机程序时，实现如前述任一项所述的处理方法。

第五方面，本申请实施例提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时执行如前任一项所述的方法步骤。

本申请实施例提供了一种电机保护系统及方法，其中方法包括：获取对电机的主轴进行采样得到的电压信号；根据所述电压信号得到与所述电机的主轴电流对应的电流数值信息；在所述电流数值信息超过预设的电流上限阈值时，启动与所述电机对应的保护策略。本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：通过电机的主轴电流判断电机是否正常运行，进而可以据此得到该电机对应的机床加工系统中异常情况，同时，通过本实施例中的方法，可以自动对电机的运行情况进行监测，无需人工对安装有该电机的机床进行监控，可以极大地降低用人成本，且相对于人工监控，实时性更高，可以及时发现机床运行时的异常情况，进而可以有效保护安装有该电机的机床，提高其安全性以及使用寿命。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种电机保护系统的框图；

图2为本申请实施例提供的一种电流传感器的等效电路图；

图3为本申请实施例提供的一种积分模块的电路图；

图4为本申请实施例提供的一种电机保护方法的流程示意图；

图5为本申请实施例提供的一种电机保护装置的框图；

图6为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施例提供的一种电机保护系统，包括：依次相互连接的电流信号获取模块1、ad转换模块2以及控制器3；

电流信号获取模块1用于获取对电机的主轴进行采样得到的电流信号；

ad转换模块2用于将电流信号转换为数字信号；

控制器3用于根据数字信号以及预设的电流上限阈值得到对电机的控制策略。

具体的，电流信号获取模块1是用于对电机的主轴进行电流采样，确定主轴电流变化情况的装置。

其中，电流信号可以是直接对电机主轴电流进行采集得到的信号；也可以是通过测量得到的其它数据得到的正比于主轴电流的信号。

由于电流信号获取模块1采集得到的电流信号一般都是模拟信号；而控制器3在进行分析处理时，只能够对数字信号进行处理，因此需要通过ad转换模块2将原为模拟信号的电流信号转换为数字信号。

在得到数字信号之后，控制器3便可以对该数据信号进行分析，并判断数字信号与电流上限阈值之间的关系，进而得到对电机传动控制策略，其中，控制策略可以是预先存储于控制器3中的存储器中，在控制器3得到数字信号与电流上限阈值之间的关系之后，直接调取得到对应的控制策略，以对电机的运行状态进行控制。

本实施例中的控制装置的结构简单，通过电流信号对电机进行控制，数据处理量也小，同时可以有较快的响应速度，可以及时发现电机运行环境中的异常情况，避免对电机等组件造成损坏和影响。

在一些实施例中，如前述电机保护系统，电流信号获取模块1包括：相互电连接的电流传感器11和积分模块12；

电流传感器11用于对主轴的主轴电流进行感应，得到与主轴电流的信号进行微分后对应的电压信号；

积分模块12用于对电压信号进行积分，得到正比于主轴电流信号的积分电压信号，并根据积分电压信号得到电流信号。

具体的，基于罗氏线圈本身存在无磁饱和、精确度高、频带宽、动态范围大和绝缘性能好的特点，因此电流传感器11可以采用等效电路如图2所示的罗氏线圈(rogowski线圈)，其中，图中l0为自感线圈，r0为线圈等效电阻，c0为线圈的杂散电容，rs为采样电阻。i(t)为被测电流，u(t)采样电压为被测电流的微分信号。

由于整个罗氏线圈相当于一个微分电路，因此要将输出信号还原成被测电流信号，须后接积分电路。但是由于罗氏线圈是通过感应将主轴电流转换为了一个电压信号，同时由于该信号是主轴电流的微分，为了使信号能直接反应主轴电流，必须加一个积分电路进行变换，使得变换后的电压正比于主轴电机电流信号。

采用本实施例方法中通过电流传感器11对电机电流间接监测的方式成本很低，同时电流传感器11安装方便，不需要对安装有电机的机床结构进行改变。

如图3所示，在一些实施例中，如前述电机保护系统，积分模块12包括：第一电容c1、第二电容c2、第一电阻r1、第二电阻rf、第三电阻rs以及运算放大器；

第一电容c1的一端连至电流传感器11，第一电容c1的另一端连至第一电阻r1相互串联，并通过第一电阻r1连至运算放大器的反向输入端；

第二电阻rf的两端分别连至运算放大器的反向输入端以及输出端；

第二电容c2与第二电阻rf相互并联；

第三电阻rs一端与运算放大器的同向输出端连接，另一端接地。

可选的，罗氏线圈与第一电容c1连接，输出电压信号u(t)至c1。

如图4所示，根据本申请的另一方面的一个实施例，还提供了一种电机保护方法，包括如下所述步骤s1至s3：

步骤s1.获取对电机的主轴进行采样得到的电压信号。

具体的，对电机的主轴进行采样得到的电流信号可以由前述实施例中的电流传感器进行检测后得到，具体的，由于在检测时无法直接将电流传感器接入电机中进行检测，因此一般情况下是采用罗氏线圈(即：rogowski线圈)进行检测。

步骤s2.根据电压信号得到与电机的主轴电流对应的电流数值信息。

具体的，由于罗氏线圈作为电流传感器使用时，是将主轴电流转换为了一个电压信号，但该信号是主轴电流的微分，因此需要对电流信号进行处理，以得到与电机的主流电流对应的电流数值信息。

其中一种可选的实现方式可以是：通过增加一个积分电路对进行变换，使得变换后的电压正比于主轴电机电流信号；进而可以通过电压值得到与主轴电流对应的电流数值，并得到电流数值信息。

步骤s3.在电流数值信息超过预设的电流上限阈值时，启动与电机对应的保护策略。

具体的，电流上限阈值可以根据电机在日常运行过程中发生故障时的电流数值确定得到；进一步的，电流上限阈值的选择，可以根据电机在运行时，对故障的包容程度进行选择。

综上所述，采用本实施例中的方案，可以通过对电机的主轴电流的判断电机是否正常运行，进而可以据此得到该电机对应的机床加工系统中异常情况，通过本实施例中的方法，可以自动对电机的运行情况进行监测，无需人工对安装有该电机的机床进行监控，可以极大地降低用人成本，且相对于人工监控，实时性更高，可以及时发现机床运行时的异常情况，进而可以有效保护安装有该电机的机床，提高其安全性以及使用寿命。

在一些实施例中，如前述的电机保护方法，所述步骤s3在电流数值信息超过预设的电流上限阈值时，启动与电机对应的保护策略，包括如下所述步骤s31和s32：

步骤s31.在电流数值信息超过预设的电流上限阈值时，按照预设时间间隔获取电机对应的实时电流数值信息。

步骤s32.在实时电流数值信息超过电流上限阈值时，执行与保护策略对应的保护动作。

具体的，预设时间间隔对应的具体间隔时长可以根据实际情况进行选取得到。在电流数值信息超过预设的电流上限阈值时，按照预设时间间隔获取电机对应的实时电流数值信息，也就是说，当发生电流数值信息超过电流上限阈值时，不会马上对电机采取保护措施，而会按照预设时间间隔在此获取实时电流数值信息之后进行判断。

当实时电流数值信息仍然超过电流上限阈值时，说明电流数值信息超过电流上限阈值并不是偶发性事件，说明安装有该电机的机床存在某些故障，例如：机床加工系统切削用量不合理、刀具严重磨损等异常情况出现时，会引起切削力异常增大，导致主轴转矩及其电动机输出转矩增大，由输出转矩公式m＝c×φ×i×d(式中：m为电机转矩、φ为电机磁通、i为电机电流、d为转动半径)可知，其最终反映在电机电流中。

其中，保护动作可以是：电机急停，以避免因为机床的某些故障，影响电机或者其它装置的正常运行。

当在预设时间间隔之后得到的实时电流数值信息未超过电流上限阈值时，说明之前获取的超过电流上限阈值的电流数值信息是偶发性事件，因此不必执行相关的保护动作。

通过本实施例中的方法，可以避免因为偶发性原因而对电机甚至机床进行急停，导致对生产造成的影响。

在一些实施例中，如前述的电机保护方法，在步骤s32执行与保护策略对应的保护动作之后，还包括如下所述步骤s33和s34：

步骤s33.根据保护动作获取与电机对应的报警信息。

具体的，报警信息可以是在确定执行保护动作的同时获取得到的，其中，报警信息可以是预先生成，并存储于特定的存储空间中，也可以是在确定执行保护动作的时候生成得到的。

步骤s34.根据报警信号启动与电机对应的信号灯以及蜂鸣器。

具体的，在获取报警信号之后，可以将报警信号发送至执行报警的装置的接收模块中，然后使执行报警的装置能够启动信号灯以及蜂鸣器进行报警；进一步的，还可以将报警信号通过app或者其他信息发送至对电机或者安装有电机的机床进行维护的平台或终端，以使相关人员能够及时进行故障排查。

在一些实施例中，如前述的电机保护方法，还包括如下所述步骤p1至p5：

步骤p1.获取电机的历史运行状态信息。

具体的，历史运行状态信息中包括电机正常运行时的状态信息以及在故障状态下的状态信息。

进一步的，历史运行状态信息中的数据量需要达到预设数量要求，以使历史运行状态信息具有可参考性。

步骤p2.根据历史运行状态信息确定主轴电流数值与运行时间的对应关系。

具体的，可以根据历史运行状态信息中主轴电流数值与运行时间之间的对应关系，得到主轴电流数值随时间变化得到的变化曲线。

步骤p3.获取电机的故障时间信息。

具体的，电机的故障时间信息可以根据历史记录的故障信息得到，举例的，在故障信息中可以获取故障发生的时间以及故障的持续时间等信息。

步骤p4.根据对应关系，确定故障时间信息对应的故障主轴电流数值信息。

具体的，可以在变化曲线中确定故障时间信息对应的时间段，然后确定该时间段中得到的主轴电流数值，并将其记为故障主轴电流数值信息；进一步的，故障主轴电流数值信息中的每组数据包括相互对应的主轴电流数值以及时间。

步骤p5.根据故障主轴电流数值信息得到电流上限阈值。

具体的，在得到故障主轴电流数值信息之后，得到电流上限阈值的方法可以是：确定故障主轴电流数值信息中的最小值，并将其作为电流上限阈值；还可以是：确定故障主轴电流数值信息中的平均值或中间值等等，并将其作为电流上限阈值。根据故障主轴电流数值信息得到电流上限阈值还可以采用其他方法得到，在此不一一列举。

对上述方法实施例进行应用的应用例如下所述：

实现上述方法的pmc有三组输入信号：前级输入的反映主轴电机电流大小的电流数值信息、保护装置投入使用信号(实现保护策略的信号)和故障排除后的重新复位保护系统信号。通过对机床正常工作时的输入信号进行多次采样分析，取多次采样的均值作为机床正常工作的标准值，再将该标准值乘以一个大于1的系数，作为安全阈值写入机床pmc的一个固定内存地址单元中。保护启用时，pmc对前级输入信号进行周期扫描，再将该值与安全阈值(即：电流上限阈值)进行比较，如果小于安全阈值，则保护不动作；如果大于安全阈值，再等待一个特定时间(以躲过偶尔的波动，即虚假信息)，如果输入值仍然大于安全阈值，则pmc保护程序运行、保护动作，机床急停，同时输出一个外部信号，用于点亮保护专用信号灯和蜂鸣器；在故障排除之后，可通过复位保护装置解除机床急停状态。

如图5所示，根据本申请另一方面提供的一个实施例，还提供了一种电机保护装置，包括：

电压信号获取模块21，用于获取对电机的主轴进行采样得到的电压信号；

数字信号获取模块22，用于根据电压信号得到与电机的主轴电流对应的电流数值信息；

电机保护模块23，用于在电流数值信息超过预设的电流上限阈值时，启动与电机对应的保护策略。

具体的，本发明实施例的装置中各模块实现其功能的具体过程可参见方法实施例中的相关描述，此处不再赘述。

在一些实施例中，如前述的电机保护装置，电机保护模块，包括：

第一获取单元，用于在电流数值信息超过预设的电流上限阈值时，按照预设时间间隔获取电机对应的实时电流数值信息；

动作执行单元，用于在实时电流数值信息超过电流上限阈值时，执行与保护策略对应的保护动作。

具体的，本发明实施例的装置中各模块实现其功能的具体过程可参见方法实施例中的相关描述，此处不再赘述。

在一些实施例中，如前述的电机保护装置，电机保护模块还包括：

报警信息获取单元，用于根据保护动作获取与电机对应的报警信息；

报警信号启动单元，用于根据报警信号启动与电机对应的信号灯以及蜂鸣器。

具体的，本发明实施例的装置中各模块实现其功能的具体过程可参见方法实施例中的相关描述，此处不再赘述。

在一些实施例中，如前述的电机保护装置，还包括：

历史信息获取模块，用于获取电机的历史运行状态信息；

对应关系确定模块，用于根据历史运行状态信息确定主轴电流数值与运行时间的对应关系；

故障时间信息获取模块，用于获取电机的故障时间信息；

电流数值确定模块，用于根据对应关系，确定故障时间信息对应的故障主轴电流数值信息；

阈值确定模块，用于根据故障主轴电流数值信息得到电流上限阈值。

具体的，本发明实施例的装置中各模块实现其功能的具体过程可参见方法实施例中的相关描述，此处不再赘述。

根据本申请的另一个实施例，还提供一种电子设备，包括：如图6所示，电子设备可以包括：处理器1501、通信接口1502、存储器1503和通信总线1504，其中，处理器1501，通信接口1502，存储器1503通过通信总线1504完成相互间的通信。

存储器1503，用于存放计算机程序；

处理器1501，用于执行存储器1503上所存放的程序时，实现上述方法实施例的步骤。

上述电子设备提到的总线可以是外设部件互连标准(peripheralcomponentinterconnect，pci)总线或扩展工业标准结构(extendedindustrystandardarchitecture，eisa)总线等。该总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。

存储器可以包括随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)，也可以包括非易失性存储器(non-volatilememory，nvm)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、网络处理器(networkprocessor，np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

本申请实施例还提供一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，程序运行时执行上述方法实施例的方法步骤。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。