专利名称：设备故障预警保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于在设备运行工况出现异常时，保护电机或设备的装置之领域。
背景技术：
众所周知，当设备发生各种机械故障(如过载、传动装置故障或驱动装置故障等)时，通常都会在电机的运行电流的数值变化上反映出来。为了保护设备和电机的安全，现在各种电机保护装置被广泛采用。
但是，现有的各种常用保护装置或者只能检测电机的过载、缺相、过压和欠压等故障，着眼于保护电机本身的运行安全且多无参数显示装置；或者虽然检测功能齐全[如PLC(Programmable Logic Controller或Programmable Controller)可编程控制器或DCS(Distributed Control System)控制系统]，但是其存在结构复杂、价格昂贵、制造及维修维护费用高等不足。同时，上述保护装置只是针对电机本身进行检测和保护，往往忽略了电机故障总是滞后于设备的机械故障的情况，无法对各种传动装置的机械故障(如传动皮带或传动轴、销的断裂、传动齿轮或齿条的损坏或驱动装置与负载之间的连接装置出现脱开、断裂性故障)进行检测和故障报警，使得各种输送性设备(如输送机、提升机、皮带机或水泵等)的安全运行和生产的正常进行难以真正得到保障。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种显示直观、结构简单、制造及运行维护成本低、可提前发出故障预警信号的设备故障预警保护装置。
本实用新型的技术方案是提供一种设备故障预警保护装置，包括与断相保护单元、过载保护单元连接的放大单元、与放大单元连接的检测单元、与断相保护单元、过载保护单元连接的故障驱动单元和与故障驱动单元连接的报警单元，其特征是设置失载保护单元、失载驱动单元、投切单元和定时限保护输出单元，放大单元经失载保护单元与失载驱动单元连接，失载驱动单元与报警单元连接并经投切单元与定时限保护输出单元连接，定时限保护输出单元的输出控制接点串接在电动机起、停控制回路中。
其中所述的放大单元还与显示单元连接。
其所述的失载保护单元包括比较电路；所述的失载驱动单元包括放大电路；所述的投切单元包括开关切换电路；所述的定时限保护输出单元包括延时电路、比较电路、放大电路和信号输出电路；所述的报警单元包括声光报警电路；所述的显示单元包括数字式或指针式显示仪表、发光二极管显示电路或信号灯式显示电路其所述的显示单元包括数字式显示表DW和选择开关SWO；所述的过载保护单元包括电阻R30、R31、R32、R33、R36、可调电阻W31、W32和集成电路IC2；所述的故障驱动单元包括电阻R35、三极管T31、二极管D31和继电器J1；所述的失载保护单元包括电阻R42、R43、R46、可调电阻W41和集成电路IC3；所述的失载驱动单元包括电阻R45、三极管T41、二极管D431和继电器J2；所述的声光报警电路包括发光二极管LED1、LED2、LED3、电阻R36、R46、R47、二极管D42、D43和扬声器BJQ；所述的投切单元包括开关SW2、SW3；所述的定时限保护输出单元包括由电阻R51、可调电阻W51及电容C51构成的延时电路、由电阻R52、R53、R54及集成电路IC4构成的比较电路、由电阻R55及三极管T51构成的放大电路和由继电器J3及二极管D51构成的信号输出电路。
其中，选择开关SWO的三个输入端分别与电阻R31、R33和R43的一端连接，其输出端与数字式显示表DW的输入端连接；检测单元的输出端经电阻R30、可调电阻W31、电阻R31和R32与集成电路IC2的正输入端连接，集成电路IC2的负输入端经电阻R33与选择开关SWO的输入端2连接并与可调电阻W32的活动端连接，集成电路IC2的输出端经电阻R35与三极管T31的基极连接，三极管T31的发射极接地，其集电极与+12V电源之间并连有二极管D31、继电器J1和发光二极管LED1及电阻R36；检测单元的输出端还端经电阻R30和可调电阻W31与集成电路IC3的负输入端连接，集成电路IC3的正输入端经电阻R43与选择开关SWO的输入端3连接并与可调电阻W41的活动端连接，集成电路IC3的输出端经电阻R45与三极管T41的基极连接，三极管T41的发射极接地，其集电极与+12V电源之间并连有二极管D41、继电器J2和发光二极管LED2及电阻R46；三极管T31和T41的集电极还分别经过二极管D42和D43与电阻R47的一端连接，电阻R47的另一端经发光二极管LED3与+12V电源连接；电阻R36和R46的一端与+5V电源连接，其另一端分别经可调电阻W32和W41接地，可调电阻W32和W41的活动端分别与选择开关SWO的输入端2和3连接并分别与电阻R33和R43的一端连接；+12V电源经继电器J1和J2的常开触点J1-1和J12-1与电阻R52和可调电阻W51的一端连接并与可调电阻W51的活动端连接，同时经扬声器BJQ接地，可调电阻W51的另一端经电阻R51与集成电路IC4的正输入端、开关SW2和SW3的一端连接并经电容C51接地，开关SW2的另一端经常开触点J2-2接地，开关SW3的另一端接地，电阻R52的另一端经电阻R53接地并与集成电路IC4的负输入端连接，电阻R54并接在集成电路IC4的负输入端和输出端之间，集成电路IC4的输出端经电阻R55与三极管T51的基极连接，三极管T51的发射极接地，其集电极与+12V电源之间并连有二极管D51和继电器J3。
与现有技术比较，本实用新型的优点是1.可在电机或设备发生故障的初期及时发出相应的预警信号，避免事故范围的扩大，将故障对设备和生产的损失和影响减少到最低限度。
2.动作可靠，线路简单实用，易于制作，生产、购买和运行维护的成本低。
3.适用设备范围广，抗干扰能力和适应恶劣工作环境能力强。
4.可同时发出声、光报警信号，便于生产现场工人及时发现和处理问题。
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步阐述。
图1是本实用新型的电路原理方框图；图2是本实用新型检测单元实施例的线路图；图3是本实用新型检测单元另一实施例的线路图；图4是本实用新型显示单元、断相保护单元、过载保护单元、故障驱动单元、失载保护单元和失载驱动单元实施例的线路图；图5是本实用新型投切单元和定时限保护输出单元实施例的线路图。
具体实施方式
图1中，检测单元的输出信号经放大电路处理后被分别送至显示单元、断相保护单元、过载保护单元和失载保护单元的输入端，当发生断相、过载或失载故障时，断相保护单元、过载保护单元和失载保护单元输出相应故障信号，分别经过故障驱动单元或失载驱动单元与报警单元输出相应的报警声、光信号，并可在投切单元的选择和控制下，经定时限保护输出单元输出电机延时停机控制信号。
由于设置了失载保护单元，对于电机在正常启动后的运行电流的减少或降低进行检测，当与电机相联接的负载设备出现各种诸如传动皮带或传动轴、销的断裂、传动齿轮或齿条的损坏或驱动装置与负载之间的连接装置出现脱开、断裂性故障等情况时，电机的运行电流会急剧下降(最终至空载电流)，此时失载保护单元动作，发出警报信号，报警单元输出相应的报警声、光信号。当故障是瞬时性的时，本装置只发出预警信号，当故障的时间大于定时限保护输出单元的整定时间时，在投切单元的选择和控制下，经定时限保护输出单元输出电机延时停机控制信号，控制电机停车，这样，在电机或设备发生故障的初期就可及时发出相应的预警信号，避免事故范围的扩大，将故障对设备和生产的损失和影响减少到最低限度，避免设备故障的进一步扩展和给生产带来更大的损失。
图2中，从电流互感器输出端LH1、LH2输出的交流检测信号，经过整流桥ZLQ的全波整流，变成直流信号，在电阻RL上变换成为直流电压信号，经过电阻R12和电容C11滤波后送至集成电路IC1放大，并经其输出端A输出。
图3中，整流电路采用二极管半波整流，其余与图2相同。
图4中，电阻R20、R21、可调电阻W21、二极管D21、D22和三极管T21、T22构成断相保护单元；电阻R30、R31、R32、R33、R36、可调电阻W31、W32、集成电路IC2构成过载保护单元；电阻R35、三极管T31、二极管D31和继电器J1构成故障驱动单元；数字式显示表DW和选择开关SWO构成显示单元；电阻R42、R43、R46、可调电阻W41、集成电路IC3构成失载保护单元；电阻R45、三极管T41、二极管D41和继电器J2构成失载驱动单元；发光二极管LED1、LED2、LED3、电阻R36、R46、R47和二极管D42、D43构成报警单元中的光报警电路。
从放大单元输出的检测信号从A点分别输入至断相保护单元和过载保护单元的输入端R20和R30的一端，供断相保护单元和过载保护单元使用。
当发生断相故障时，若断相正好发生在检测单元所在的一相上，则信号电流为零，此时的信号电压由电阻R20和可调电阻W21构成的分压电路送至三极管T21的基极，该三极管反转，三极管T22导通，继电器J1得电动作，其触点动作，输出保护动作信号，同时发光二极管LED1得电发光，输出光报警信号。若断相故障发生在其他两相上，则检测单元所在一相的电流会上升1.732倍，此时的保护动作信号由过载保护单元进行检测和发出保护动作信号。
当发生过载故障时，信号电压由电阻R30和可调电阻W31构成的分压电路送至由集成电路IC2构成的比较电路的正输入端，与由电阻R36和可调电阻W32构成的动作值整定电路的电压进行比较，若检测信号电压高于动作值整定电压，则集成电路IC2输出高电位，三极管T31导通，继电器J1得电动作，其触点动作，输出保护动作信号，同时发光二极管LED1得电发光，输出光报警信号。与此同时，发光二极管LED3得电发光，输出光报警信号。
当设备发生失载故障时，电机的工作电流迅速下降，最终成为电机空载运行电流，此时，信号电压由电阻R30和可调电阻W31构成的分压电路经电阻R31、R42送至由集成电路IC3构成的比较电路的负输入端，与由电阻R46和可调电阻W41构成的动作值整定电路的电压进行比较，若检测信号电压低于动作值整定电压，则集成电路IC3输出高电位，三极管T41导通，继电器J2得电动作，其触点动作，输出保护动作信号，同时发光二极管LED2得电发光，输出光报警信号。与此同时，发光二极管LED3得电发光，输出光报警信号。
通过选择开关SWO的选择，显示仪表DW可以显示电机的运行电流、过载保护整定值或失载保护整定值。
通过不同发光二极管的发光组合，现场巡视的生产人员可以迅速识别和判断设备故障的性质，以便于及时采取相应的检查和处理措施。
图5中，开关SW2、SW3构成投切单元；定时限保护输出单元包括由电阻R51、可调电阻W51和电容C51构成的延时电路、由电阻R52、R53、R54和集成电路IC4构成的比较电路、由电阻R55和三极管T51构成的放大电路和由继电器J3和二极管D51构成的信号输出电路；高分贝扬声器BJQ构成报警单元中的声音报警电路。
当现场设备只需要故障报警而不需要电机停机时，可将开关SW3闭合，使定时限保护输出单元无输出信号，则设备出现故障时只有声、光报警信号，电机不停。
当现场设备需要在故障出现时延时停车时，可将开关SW2闭合，SW3断开，则定时限保护输出单元在断相保护单元、过载保护单元或失载保护单元发出故障停机信号后延时发出电机停机控制信号，电机延时停车。
当断相保护单元、过载保护单元或失载保护单元发出故障停机信号后，继电器J1或J2吸合，其触点J1-1或J2-1和J2-2闭合，接通定时限保护输出单元和声音报警电路的电源，发出声音报警信号，同时，根据开关SW1和SW2是否接通或断开等不同情况，定时限保护输出单元分别立即发出或延时发出或不发出电机停机控制信号，得到不同的控制和保护动作结果。
设置延时停机功能的目的，是为了避免瞬时的设备负载、工况发生波动时电机发生频繁的停机，影响生产的正常进行。由于电机和设备均具有一定的短时间抗过载能力，所以瞬时或短时的过载和工况波动不会对设备和电机带来太大的不利影响。同时，如设备现场有生产人员在场时，可根据声光报警信号及时处理造成设备过载的原因(如堵料、卡料等)，使得对连续生产过程的影响降至最低限度。
当采用失载保护功能时，本实用新型的交流控制电源回路需串入电机的主接触器或运行继电器的辅助常开接点，当电机运转启动后再使本实用新型通电工作，否则由于失载保护单元的存在使得电机无法启动。
上述集成电路中，IC1和IC4可选用F5037或8FC1等型号的放大集成电路，IC2和IC3可采用LM358、LM324或LM339等型号的比较器集成电路，数字显示表选用DW系列3位半数字式数字显示表，其余元件无特殊要求。
由于本实用新型可在电机或设备发生故障的初期及时发出相应的预警信号，避免事故范围的扩大，将故障对设备和生产的损失和影响减少到最低限度，同时，其动作可靠，线路简单实用，易于制作，生产、购买和运行维护的成本低，且其抗干扰能力和适应恶劣工作环境能力强，可同时发出声、光报警信号，便于生产现场工人及时发现和处理问题，所以具有极高的实用价值和广泛的应用领域。
本实用新型可广泛用于各种输送、提升性机械设备。
权利要求1.一种设备故障预警保护装置，包括与断相保护单元、过载保护单元连接的放大单元、与放大单元连接的检测单元、与断相保护单元、过载保护单元连接的故障驱动单元和与故障驱动单元连接的报警单元，其特征是设置失载保护单元、失载驱动单元、投切单元和定时限保护输出单元；放大单元经失载保护单元与失载驱动单元连接；失载驱动单元与报警单元连接并经投切单元与定时限保护输出单元连接；定时限保护输出单元的输出控制接点串接在电动机起、停控制回路中。
2.按照权利要求1所述的设备故障预警保护装置，其特征是所述的放大单元还与显示单元连接。
3.按照权利要求1所述的设备故障预警保护装置，其特征是所述的失载保护单元包括比较电路。
4.按照权利要求1所述的设备故障预警保护装置，其特征是所述的失载驱动单元包括放大电路。
5.按照权利要求1所述的设备故障预警保护装置，其特征是所述的投切单元包括开关切换电路。
6.按照权利要求1所述的设备故障预警保护装置，其特征是所述的定时限保护输出单元包括延时电路、比较电路、放大电路和信号输出电路。
7.按照权利要求1所述的设备故障预警保护装置，其特征是所述的报警单元包括声光报警电路。
8.按照权利要求2所述的设备故障预警保护装置，其特征是所述的显示单元包括数字式或指针式显示仪表、发光二极管显示电路或信号灯式显示电路。
9.按照权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的设备故障预警保护装置，其特征是所述的显示单元包括数字式显示表DW和选择开关SWO；所述的过载保护单元包括电阻R30、R31、R32、R33、R36、可调电阻W31、W32和集成电路IC2；所述的故障驱动单元包括电阻R35、三极管T31、二极管D31和继电器J1；所述的失载保护单元包括电阻R42、R43、R46、可调电阻W41和集成电路IC3；所述的失载驱动单元包括电阻R45、三极管T41、二极管D431和继电器J2；所述的声光报警电路包括发光二极管LED1、LED2、LED3、电阻R36、R46、R47、二极管D42、D43和扬声器BJQ；所述的投切单元包括开关SW2、SW3；所述的定时限保护输出单元包括由电阻R51、可调电阻W51及电容C51构成的延时电路、由电阻R52、R53、R54及集成电路IC4构成的比较电路、由电阻R55及三极管T51构成的放大电路和由继电器J3及二极管D51构成的信号输出电路；其中，选择开关SWO的三个输入端分别与电阻R31、R33和R43的一端连接，其输出端与数字式显示表DW的输入端连接；检测单元的输出端经电阻R30、可调电阻W31、电阻R31和R32与集成电路IC2的正输入端连接，集成电路IC2的负输入端经电阻R33与选择开关SWO的输入端2连接并与可调电阻W32的活动端连接，集成电路IC2的输出端经电阻R35与三极管T31的基极连接，三极管T31的发射极接地，其集电极与+12V电源之间并连有二极管D31、继电器J1和发光二极管LED1及电阻R36；检测单元的输出端还端经电阻R30和可调电阻W31与集成电路IC3的负输入端连接，集成电路IC3的正输入端经电阻R43与选择开关SWO的输入端3连接并与可调电阻W41的活动端连接，集成电路IC3的输出端经电阻R45与三极管T41的基极连接，三极管T41的发射极接地，其集电极与+12V电源之间并连有二极管D41、继电器J2和发光二极管LED2及电阻R46；三极管T31和T41的集电极还分别经过二极管D42和D43与电阻R47的一端连接，电阻R47的另一端经发光二极管LED3与+12V电源连接；电阻R36和R46的一端与+5V电源连接，其另一端分别经可调电阻W32和W41接地，可调电阻W32和W41的活动端分别与选择开关SWO的输入端2和3连接并分别与电阻R33和R43的一端连接；+12V电源经继电器J1和J2的常开触点J1-1和J12-1与电阻R52和可调电阻W51的一端连接并与可调电阻W51的活动端连接，同时经扬声器BJQ接地，可调电阻W51的另一端经电阻R51与集成电路IC4的正输入端、开关SW2和SW3的一端连接并经电容C51接地，开关SW2的另一端经常开触点J2-2接地，开关SW3的另一端接地，电阻R52的另一端经电阻R53接地并与集成电路IC4的负输入端连接，电阻R54并接在集成电路IC4的负输入端和输出端之间，集成电路IC4的输出端经电阻R55与三极管T51的基极连接，三极管T51的发射极接地，其集电极与+12V电源之间并连有二极管D51和继电器J3。
专利摘要设备故障预警保护装置，属于在设备出现异常运行工况时保护设备的装置领域。包括与断相保护单元、过载保护单元连接的放大单元、与放大单元连接的检测单元、与断相保护单元、过载保护单元连接的故障驱动单元和与故障驱动单元连接的报警单元，其特征是设置失载保护单元、失载驱动单元、投切单元和定时限保护输出单元，放大单元经失载保护单元与失载驱动单元连接，失载驱动单元与报警单元连接并经投切单元与定时限保护输出单元连接，定时限保护输出单元的输出控制接点串接在电动机起、停控制回路中。本实用新型可在设备发生故障的初期及时发出预警信号，将故障对设备和生产的损失和影响减少到最低限度，可广泛用于各种输送、提升性机械设备。
文档编号H02H7/08GK2612131SQ0321619
公开日2004年4月14日 申请日期2003年4月4日 优先权日2003年4月4日
发明者薛爱儒 申请人:薛爱儒