一种基于PXIe测试平台的电机检测与远程监控系统的制作方法

本发明涉及工业控制与生产技术领域，尤其涉及一种基于pxie测试平台的电机检测与远程监控系统。

背景技术

电机是一种利用电和磁相互作用实现能量转换和传递的电磁机械装置，广泛应用于电力、冶金、建材、水利等领域，随着物联网和装备制造的发展，电机行业有着巨大的市场容量，同时对电机设备的可靠性要求越来越高。电机检测与运行状态远程监控对于电机生产企业以及电机应用客户有着重要的意义：

（1）对运行电机的状态长时间检测与远程监控，使得企业质检人员不用受到地域限制，便可高效管理产品质量；电机原始数据完整保存，方便研发人员全面了解电机性能，有助于改进电机品质，提高研发效率。

（2）对电机运行状态的远程监测，电机使用人员可以随时随地了解当前电机状态，及时发现异常或故障早期征兆，提前采取措施将损失及风险降到最低；异常/故障期间数据也为电机维护人员定位、排查故障源提供宝贵的第一手资料。

通过对电机性能与关键指标的调研，本发明电机状态检测同时选取温度、声音与振动、电压与电流、转速等4大类信号同时采集监测并无损存储，关键信号实时分析，对于故障的判断与异常征兆分析提供多重比对参考。

（1）由于电流具有热效应，使得电机在运行过程中机身温度升高。一般情况下，电机运行时的温度在安全范围内。过载状态或故障等特殊情况下，部分电机的温度可能超过额定值，导致电机使用寿命降低，甚至烧损。

（2）电压、电流等变量在电机运行过程中可能存在波动等问题，影响电机的机械特性，致使电机的转动性能改变。

（3）当电机处于非正常运行状态时，振动频率会发生变化，同时设备也会产生异响，通过声音振动信号分析，比对常见故障特征频谱，可以判断电机故障类别。

（4）转速作为电机极为重要的状态参数，在电机异常时，电机转速发生改变，直接影响电机控制精度与机械运动效果。

本系统电机检测硬件选用pxie测试平台，它具有高带宽和低延迟特点，有着业内领先的测量灵活性及易重复性，可根据不同的应用需求（如：测试通道数、传感器类型、采集精度等）为项目提供所需的硬件扩展模块，测试平台可以快速添加非传统的测量功能，包括视频和can总线通信等，大大的节省系统测试成本和开发时间。随着工业“互联网+”的发展以及智能应用终端的普及，各类云服务运营商不仅降低云服务使用门槛，还保证了数据的安全性，为工业控制与测量提供低成本、高效能的解决方案。

通过对专利数据库及相关参考文献的检索，发现目前研究机构关于电机状态检测的项目仅仅选取电机一类或某两类信号进行判别，并且硬件上大多采用plc或者自制dsp/单片机等开发采集，在同时兼顾系统稳定与功能扩展方面效果欠佳，另外电机检测涉及到的数据存储方案与远程监控应用的开发也欠缺。因此基于pxie测试平台的电机检测与远程监控系统的研制开发，对于电机生产企业以及电机应用客户有着重要的经济价值和社会效益，同时也为该系统在其他领域的应用提供了重要的参考价值。

技术实现要素：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于pxie测试平台的电机检测与远程监控系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于pxie测试平台的电机检测与远程监控系统，包括有pxie测试平台、云端服务器和智能终端应用模块，云端服务器分别通过互联网与pxie测试平台和智能终端应用模块连接，pxie测试平台面向运行电机同时检测温度、声音与振动、电压与电流、转速4大类信号，采集与实时数据分析，将原始信号与处理分析结果存储至云端服务器存储备份，同时为智能终端应用模块提供web网页端、android及ios平台下app应用服务，系统用户可通过不同的终端查看电机状态，也可根据查询条件读取历史记录。

所述的pxie测试平台包括有pxie机箱及附属模块、相应信号隔离驱动适配设备。

所述的pxie机箱及附属模块包括有8槽机箱pxie-1082以及集成在机箱pxie-1082内的机箱控制器pxie-8880、机箱同步模块pxi-6683h、温度采集模块pxie-4353、声音振动采集模块pxie-4497、2个电压采集模块pxie-6363和电流采集模块pxie-4310，所述的机箱控制器pxie-8880与云端服务器通讯连接。

所述的相应信号隔离驱动适配设备包括有温度信号适配器tb-4353热电偶恒温接线盒、声音振动传感器、电压信号隔离驱动设备、电流信号适配器tb-4310和转速信号传感器，所述的温度信号适配器tb-4353热电偶恒温接线盒连接温度采集模块pxie-4353，所述的声音振动采集模块pxie-4497采用infiniband转bnc电缆，直接采集来自所述的声音振动传感器的信号，电压信号隔离驱动设备通过shc68-68-epm屏蔽电缆与一个电压采集模块pxie-6363连接，接口为68孔vhdci，电流信号适配器tb-4310连接电流采集模块pxie-4310，+/-10v输入范围，所述的转速信号传感器与另一个电压采集模块pxie-6363连接，所述的温度信号适配器tb-4353热电偶恒温接线盒、声音振动传感器、电压信号隔离驱动设备、电流信号适配器tb-4310和转速信号传感器均与每个运行电机连接。

所述的电压信号隔离驱动设备是基于vfc/fvc原理的电压信号隔离驱动设备，包括有vfc隔离设备和接收端fvc隔离设备，外界电信号通过bnc接口进入vfc隔离设备，前置信号调理模块amp将输入信号调整到适合vfc输入的范围，通过对高性能同步v/f转换器芯片ad652中积分器正/反向充电时间的控制，实现输入电压到输出频率的转换，将输出的信号发送给光电发送器hfbr1414tz，光电发送器hfbr1414tz通过驱动器sn75451驱动，通过光纤将信号发射到接收端fvc隔离设备，接收端fvc隔离设备的光电接收器hfbr2412tz将外界光纤信号转换为电信号，再由ad652芯片将数字信号转换为模拟电压信号，通过低通滤波器lpf平滑输出结果，集成多路信号的结果通过vhdci接口与电压采集模块pxie-6363连接。

所述的声音振动传感器采用gras高灵敏度麦克风40ph；所述的转速信号传感器采用光电式转速传感器lg-930。

本发明的优点是：1、本发明提出的一种基于pxie测试平台的电机检测与远程监控系统，测试平台硬件选用pxie工业级产品，具有高精度、高带宽和低延迟等显著特点，可根据不同的应用需求更换、扩展通用模块，也可快速集成其他总线和独立设备；自主研制了基于vfc/fvc（voltagefrequencyconverter/frequencyvoltageconverter）的模拟信号隔离驱动设备，具有较强的抗干扰能力，保证信号远距离无失真传输。软件采用模块化设计方式，方便功能修改、性能升级、模块调试，节省系统测试成本和开发时间。

2、本发明提出的一种基于pxie测试平台的电机检测与远程监控系统，单节点pxie测试平台至少能够同时提供32路24位温度信号通道、温度范围-50~150℃，16路200k/s、114db采样声音振动信号，32路16位±10v电压采集通道，8路16位采样率200k/s的电流采集通道和32路精度±2%fs的转速测量通道，并能根据特定需求，通过增加相应的采集模块实现采集通道的扩展。同时每个pxie测试平台配置有定时同步模块（pxie-6683h），可通过ieee1588协议方便实现多个pxie测试平台的扩展。对大规模系统功能集成和测试类型扩展，具有很好的推广意义。

3、本发明提出的一种基于pxie测试平台的电机检测与远程监控系统，面向运行电机能同时检测温度、声音与振动、电压与电流、转速等4大类信号（采集通道可扩展、采集速率可调），长时间信号无损采集存储，并对关键信号实时数据分析，对于故障的判断与异常征兆分析提供多重比对参考。大量完整的历史数据，对了解电机性能、排查故障异常、改进电机品质提供宝贵的第一手资料。

4、本发明提出的一种基于pxie测试平台的电机检测与远程监控系统，选用商业云平台作为数据远程存储媒介，保证了数据安全性，降低维护成本。同时提供远程监控管理功能，开发内容包括web网页端、android及ios平台下app应用等服务，使得用户不受地域限制，便能直观便捷的获得现场pxie测试平台相同的功能操作和数据显示，有助于远程了解电机状态，高效管理产品质量。

附图说明

图1为本发明的系统结构关系图。

图2为pxie测试平台硬件结构图。

图3为vfc隔离单元模块示意图。

图4为fvc隔离设备示意图。

图5为pxie测试平台电机检测系统软件结构图。

图6为云端服务器工作流程图。

图7为网页开发架构图。

图8为app应用开发架构。

具体实施方式

如图1所示，一种基于pxie测试平台的电机检测与远程监控系统，包括有pxie测试平台1、云端服务器2和智能终端应用模块3，云端服务器2分别通过互联网与pxie测试平台1和智能终端应用模块3连接，pxie测试平台1面向运行电机4同时检测温度、声音与振动、电压与电流、转速4大类信号，采集与实时数据分析，将原始信号与处理分析结果存储至云端服务器2存储备份，同时为智能终端应用模块3提供web网页端、android及ios平台下app应用服务，系统用户可通过不同的终端查看电机状态，也可根据查询条件读取历史记录。

如图2所示，所述的pxie测试平台1包括有pxie机箱5及附属模块、相应信号隔离驱动适配设备。

所述的pxie机箱及附属模块包括有8槽机箱pxie-1082以及集成在机箱pxie-1082内的pxie-8880机箱控制器6、pxi-6683h机箱同步模块7、pxie-4353温度采集模块8、pxie-4497声音振动采集模块9、2个pxie-6363电压采集模块10和pxie-4310电流采集模块11，所述的pxie-8880机箱控制器6与云端服务器2通讯连接。

所述的相应信号隔离驱动适配设备包括有温度信号适配器tb-4353热电偶恒温接线盒12、声音振动传感器13、电压信号隔离驱动设备14、tb-4310电流信号适配器15和转速信号传感器16，所述的温度信号适配器tb-4353热电偶恒温接线盒12连接pxie-4353温度采集模块8，所述的pxie-4497声音振动采集模块9采用infiniband转bnc电缆，直接采集来自所述的声音振动传感器13的信号，电压信号隔离驱动设备14通过shc68-68-epm屏蔽电缆与一个电压采集模块pxie-6363连接，接口为68孔vhdci，tb-4310电流信号适配器15连接pxie-4310电流采集模块11，+/-10v输入范围，所述的转速信号传感器16与另一个电压采集模块pxie-6363连接，所述的温度信号适配器tb-4353热电偶恒温接线盒12、声音振动传感器13、电压信号隔离驱动设备14、tb-4310电流信号适配器15和转速信号传感器16均与每个运行电机4连接。

如图3、4所示，所述的电压信号隔离驱动设备14是基于vfc/fvc原理的电压信号隔离驱动设备，包括有vfc隔离设备和接收端fvc隔离设备，外界电信号通过bnc17接口进入vfc隔离设备，前置信号调理模块amp18将输入信号调整到适合vfc输入的范围，通过对高性能同步v/f的ad652转换器芯片19中积分器正/反向充电时间的控制，实现输入电压到输出频率的转换，将输出的信号发送给hfbr1414tz光电发送器20，hfbr1414tz光电发送器20通过sn75451驱动器21驱动，通过光纤将信号发射到接收端fvc隔离设备，接收端fvc隔离设备的hfbr2412tz光电接收器22将外界光纤信号转换为电信号，再由ad652芯片23将数字信号转换为模拟电压信号，通过低通滤波器lpf24平滑输出结果，集成多路信号的结果通过vhdci接口25与电压采集模块pxie-6363连接。

所述的声音振动传感器13采用gras高灵敏度麦克风40ph；所述的转速信号传感器16采用光电式转速传感器lg-930。

测试平台硬件包括：pxie机箱及附属模块、相应信号隔离驱动适配设备。

本系统pxie硬件设备具体型号为：

1）1个ni公司的8槽机箱pxie-1082，用于集成各类采集控制模块；

2）1个机箱控制器pxie-8880，预装windows10操作系统，用于运行测试控制程序；

3）1个机箱同步模块pxi-6683h，位于机箱第二槽，用于测试平台扩展，使得多个pxie测试平台数据具有相同的时间戳；

4）1个温度采集模块pxie-4353用于采集温度类型信号；

5）1个声音振动采集模块pxie-4497，可连接麦克风和振动传感器，采集声音和振动类型的信号；

6）2个电压采集模块pxie-6363分别用于采集电压信号和转速转换信号；

1个电流采集模块pxie-4310用于采集电流信号,具有通道隔离的滤波模拟输入模块。

隔离驱动适配器包括：

1）温度信号适配器tb-4353热电偶恒温接线盒，连接pxie-4353热电偶采集模块，通过螺栓端子连接，可实现热插拔；

2）pxie-4497声音振动模块采用infiniband转bnc电缆，直接采集来自声音振动传感器的信号；

3）基于vfc/fvc的自研隔离驱动设备通过shc68-68-epm屏蔽电缆与pxie-6363模件相连接，接口为68孔vhdci（veryhighdensityconnectorinterface）。

电流信号适配器tb-4310是连接pxie-4310的前端接线盒，+/-10v输入范围，满足本系统采集需求。

自主开发的电压信号隔离驱动设备基于vfc/fvc（voltagefrequencyconverter/frequencyvoltageconverter）原理，采用光纤传输，具有较强的抗干扰能力，保证模拟信号远距离无失真传输。vfc主要功能是在规定的精度和频率要求范围内，将模拟电压信号转换成具有一定逻辑电平的数字脉冲输出，数字脉冲的频率与电压信号成正比。fvc的功能则相反，它是在一定精度和频率范围内将某一频率的数字信号转换成模拟量输出。两者的转换均成较好的线性关系。图3为vfc隔离单元模块示意图。

外界电信号通过bnc接口进入vfc隔离设备，前置信号调理模块（amp）用于将输入信号调整到适合vfc输入的范围。通过对高性能同步v/f转换器芯片ad652中积分器正/反向充电时间的控制，实现输入电压到输出频率的转换。hfbr1414tz通过sn75451驱动，通过光纤将信号发射出去。光纤选用st-st（50/125μm）多模塑料光纤，通过光纤接头与收发器紧密结合。接收端fvc隔离设备示意图如图4所示。

光电接收器hfbr2412tz将外界光纤信号转换为电信号，再由ad652芯片将数字信号转换为模拟电压信号，通过低通滤波器（lpf）平滑输出结果，集成多路信号的结果通过vhdci接口与采集模块连接。

测试平台软件构架

pxie测试平台的电机检测系统的软件结构如图5所示，主要包括登陆模块、人机界面、数据采集模块、数据分析模块、历史数据模块五部分。登陆模块用于实现用户注册与登陆验证等功能；人机界面包括系统参数设置和故障预警显示两部分，系统参数设置可以配置采样率、采集通道等，故障预警可以通过数据分析结果显示电机状态；数据采集模块包括原始数据采集和云端数据存储接口，实现数据的本地和远程采集和存储；数据分析模块针对关键信号进行实时处理，例如振动信号功率谱、相位谱、阶次谱、三级阈值故障预警等，定位电机振动噪声源及判定故障原因；历史数据模块用于查询本地或远程历史数据，了解设备运行状态。

云端服务器负责实现数据的远程储存、消息查询、信息筛选以及结果分发等功能。本系统使用阿里云服务器实现云端功能，专业维护、性能稳定可靠。服务器端的实现直接影响客户端请求数据的方式以及解析数据的方法，因此客户端与服务器采用经典的c/s（客户/服务器）架构，使用apache提供接口的访问操作，通过php（hypertextpreprocessor）实现服务器对数据库的增删改查。云端服务器工作流程如图6所示，客户端向服务器发送post请求，服务器接收到请求后生成sql语句并调用sql类进行数据库查询，查询到的数据将以json格式返回给客户端。

智能终端应用开发

针对不同的用户终端，智能终端应用开发包括网页和app应用。设备现场pxie测试平台采集和实时分析数据作为数据主体，通过中间层接口，实现与pxie测试平台功能类似的应用，便于用户随时了解电机状态，远程管理设备，减小故障发生风险。网页开发架构如图7所示。

针对andriod和ios用户终端开发的app应用，虽然开发环境不一样，但是设计框架均采用模型-控制器-视图(model-view-controller,mvc)架构，能够有效分离业务逻辑，视图和用户界面，本系统app应用开发架构如图8所示。