摘要:现有高速电机监测用滤波系统只能进行固定阈值滤波，容易将一些重要的突变信号错误消除，因此导致一些重要的故障状态不能被及时监测，不能对一些危害较大的故障状态进行及时应对、操作。本文对高速电机监测信号自动滤波系统的设计进行了研究分析，以供参考。
关键词:高速电机;滤波系统;设计
前言：
电机在安全生产中扮演着非常重要的角色，如果设备的电机出现故障，不仅会影响设备的正常出动率，而且会大大加重维修人员的工作任务量，如果电机出现故障后，维修人员未能及时发现，则可能造成设备损坏甚至发生重大的机电事故。
1 电机状态监测的重要意义
随着科技的不断进步发展，自动化设备逐渐成为了实现生产管控的主要手段，结合安全发展形式，对生产装备的自动化技术要求越来越高，与此同时，设备的结构变得更加复杂精密，因此，要求维修人员对设备的维修质量有更为严格的把关，同时也要求维修人员具有超强的专业维修技能，此时，一种好的维修检测手段就显得尤为重要。根据近年来总结的维修方法和经验，维修模式主要有3大类：①对设备进行定期检修；②结合设备的运行状况进行状态维修；③对不可控故障进行的事后维修。就这3种维修模式而言，其中状态维修是最为先进、最为科学有效的维修方式，具备较强的合理性。此种方式主要体现在将日常故障进行统计分析，根据分析出的结果科学判断，制定有效的检修措施和计划，同时依据现有技术手段进行状态维修，进而从根本上避免同类事故再次发生。此种检修方式主要是将设备的运行状态作为日常设备维修的标尺，在故障未出现之前采取有效的检测手段对设备各结构件进行检查。伴着安全生产和大型设备的技术发展，各种零部件监测方式也需要逐渐更新才能满足科学维修的技术要求。随着设备投入使用的年限逐渐增长，电机的故障发生率逐渐上升，此时急需一种综合自动化监测系统，提高检测质量和效率，减轻维修人员日常工作量，更为重要的是可以避免故障的扩大化，进而从根本上减少成本投入，减少配件的不必要消耗，同时能够减少非计划性停机，增加作业人员的安全系数，有效避免人员伤害及设备损坏，真正实现降本增效。
2高速电机用监测信号自动滤波系统设计
2.1设计思路
方案为:将测试信号和噪声信号输入神经网络，由于神经网络良好的非线性映射能力，可以将输入的信号很快地进行处理。经过权值与阈值的判定与运算后，多路信号进入自适应部分，由多路信号汇总得到的第n阶输出值y(n)结合参考输入d(n)值作为反馈输入信号，将其输入自适应算法中，作为n+1阶的反馈修正值进行不断的修正，直到滤波完毕，输出滤波后的波形。
2.2自适应理论模块
基于自适应理论的滤波器一般称为自适应滤波器，顾名思义，其最本质的特点就是它能够自学习和自调整，即所谓的自适应能力。一般来说，自适应滤波器能够依靠某种预先确定的准则，在迭代过程中自动调整自身的参数和结构，去适应变化的环境，以实现在这种最优准则下的滤波。
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2.3神经网络模块
(1)概述人工神经网络是模仿和延伸人脑认知功能的新型智能信息处理系统，它是由大量的简单处理单元(即神经元)所构成的一个非常复杂的非线性自适应动力学系统。由于神经元本身具有高度自适应性，因而由大量神经元组成的神经网络具有自学习性、自组织性、存贮分布性、结构可变性等特点，能解决常规信息处理方法难以解决或无法解决的问题。因此，我们将神经网络引入自适应信号处理中来。(2)神经网络的建立在现今的神经网络应用中，由于BP神经网络的理论和应用比较成熟，因而在本文的神经网络部分选择BP神经网络。
3电机监测系统的硬件结构
按照实际需求对硬件进行选择，并精心设计系统的电路图，该系统的电路图主要分为电源、单片机部分、数据采集部分和LED显示部分。
3.1电源模块
监测系统电源设计的实质是为单片机系统提供最为合理的供电电压，尤其在模拟量与数字量进行转换的过程中，必须保证能为转换电路匹配一个即可靠又精密的稳压电源。本设设计的综合监测系统中芯片所需电源是+5V，这就要求设计一个由集成型的稳压模块构成的供电电源电路。在电路设计时利用LM2596稳压块，该稳压块由输入端口、输出端口以及公共端组成，并且要在芯片设计安全保护电路，保护内容包括调整管安全保护以及过流过热保护等。设计采用由1个AC-DC电源适配器、2个滤波电容和三端LM2596型稳压块以及LED显示器构成电源，输出为5V电源电压，该电路给系统提供稳定的直流电压，集成稳压块把非稳定的直流电压变换成稳定的直流电压。
3.2单片机模块
该部分主要由微处理器、复位电路、晶振电路、存储电路、报警电路和键盘组成，本设计选用PIC16F877A作微处理器。此单片机可靠性高、使用方便，并且内部集成了8路10位A/D转换器。系统的工作电压为5V，将工作电压信号接在PIC的32脚和11脚处，将PIC的12脚和31脚作为公共接地端。该系统的复位功能通过PIC的1脚触发实现。
3.3数据采集模块
该部分主要采集电动机电压、电流、转速、振动程度和温度数据。电压数据采集电路由变压器、整流桥、限幅二极管、电压跟随器和滤波电路组成。380V的高电压经过变压器后变成低电压，然后通过分压进行处理后接入限幅电路，最后进行滤波后送到单片机的模拟量输入端口。电流数据采集电路由互感器、整流桥、限幅二极管、电压跟随器和滤波电路组成。电机的所有类型的电流是通过互感器转换成相应的电压信号进行输出，然后接入限幅电路，最后进行滤波后送到单片机的模拟量输入端口。转速数据采集电路由HE-01霍尔转速传感器、限幅二极管、光电耦合器组成。转速传感器输出和转速高低对应的方波信号，它接限幅二极管后，再接光电耦合器隔离后送单片机模拟量输入端口。振动数据采集电路主要由ZD24-ZF-2型振动平均振幅变送仪、限幅二极管、滤波电路组成。振动振幅变送仪输出4~20mA电流信号，它接限幅二极管后再接滤波电路送单片机模拟量输入端口。数据采集电路主要由温度传感器DS18B20、限幅二极管和一个上拉电阻组成。
结束语：
电机状态监测系统实现了多种功能，包括电机的电压或者电流超出预定范围、电机的不平衡运转、相序缺失以及对温度、转动速度、振动量及强度等有关参数的准确测定。实现报警功能和存储功能。
参考文献：
［1］吴简彤．神经网络技术及其应用［M］．哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1998．
［2］黄忠霖．MATLAB计算及仿真实训用［M］．北京:国防工业出版社，2006．
论文作者:梁满
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
标签：电路论文; 神经网络论文; 电压论文; 电机论文; 信号论文; 系统论文; 单片机论文; 《电力设备》2019年第4期论文;