摘要：本文介绍了基于高压电机运行状态在心检测物联网技术，通过其系统组成阐述了该技术的实现的功能，进一步描述了其硬件和软件应有的功能特性。
关键词：运行状态；物联网
前言：物联网技术是一种基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现物一物互联的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。进入21世纪以来，物联网技术在世界各国都得到突飞猛进的发展，目前该技术已经应用于农业、公共安全、城市管理、智能家居、智能交通等多个领域用以提高其信息化和智能化生产和管理水平且已经取得了显著效果。然而，在智能化水平发展如此迅速的今天，物联网技术在电机运行状态检测领域的应用鲜有实施。不难想象，如果将物联网技术应用于电机运行状态检测方面，将会大大提高企业电机运行状态的信息化、智能化管理水平，这既是进一步实现电机节能减排的必然要求，同时也是增强企业竞争力、提高企业经济效益的必然发展趋势。
1 系统组成
系统主要由电机能耗与故障检测模块（有线或无线）无线振动与轴温传感器、转速监测传感器（有线），数据传输基站、汇聚控制器及监测软件平台组成。系统网络架构如图所示：
电机能耗与故障检测模块安装到电机电气回路中，监测其功耗、功率因素、弧光电流、短路电流、突变量等；电机振动及轴温传感器直接安装到高压电机本体，监测电机振动及轴温状态，部分电机加装转速监测传感器。
现场安装的每个传感器都具有唯一的ID，安装过程中记录每台电机的物理位置编号，并与所对应安装的传感器ID绑定，通过有线和无线基站的传输，将实时的监测数据写入本地服务器的数据库中，并可根据用户的实际需求将部分重要节点的重点监测数据录入云端服务器数据库中（便于通过移动终端查询）。
电机振动及轴温传感器定时启动电机状态量监测，电机能耗与故障检测模块实时检测并录波存储，它们通过物联网低功耗广域网传输基站将监测到的数据传输给基站，基站通过有线的方式（RS485/网络/光纤等）将数据传回本地服务器，同时通过分析将用户重要、重点的数据传送到云端服务器中。
用户可通过本地的电脑进行全面的数据监控，当某些数据发生变化时，可迅速判断并采取相应的维护维修手段，减少设备故障发生率，同时可以给用户配备移动故障诊断软件，可实时获取云端数据（部分重点数据），当用户不在集控室管理电脑前时能及时了解现场每台电机的运行状态的变化趋势，分析可能出现的电机故障情况，从而实现电机的远程快速故障诊断及预警。通过故障诊断及预警，通知并引导现场运维人员能够对问题电机予以关注或采取相应处理措施，减少因电机故障引发的生产事故损失。
2 系统功能
1）监测电机回路功耗、功率因素、弧光电流、短路电流、突变量等；
2）监测每台高压电机的振动及轴温状态；
3）监测每台高压电机的转速状态；
4）多参数监测可为每台电机提供故障诊断及预警；
5）传感器采用超低功耗设计，使用寿命长；
6）采用物联网通信技术，通信距离远，工业级防护等级，长期使用免维护；
7）系统采用云平台架构，具有高可靠性、高安全性，数据运用灵活等特点；
8）系统支持多种告警方式。
3 物联网功能硬件
3.1 无线振动与轴温传感器
无线振动与轴温传感器主要应用于监测电机轴承温度和周期性振动强度（振动加速度），传感器具有优良的稳定性、可靠性及很强的抗干扰能力，支持低功耗网络通讯技术，可实现低功耗远距离无线通信功能。无线振动与轴温传感器直接安装在电机上，可实现被监测设备的温度和三维空间振动，辅助判断电机轴承磨损、偏轴等故障，为运维人员对电机的维护、保养、检修提供数据支撑及检修周期管理。
3.2 能耗与故障检测模块
能耗与故障检测模块主要用于设备状态监测，具有电能参数计量，谐波时间分析，电弧事件记录等功能。模块支持四路信号继电器输出和四路信号输入，支持有线RS485通信及无线通信等灵活组网通信的方式进行数据传输，内部输入均采用电压电流隔离的方式进行信号采样，避免器件损坏。信号处理采用高精度快速傅里叶变换处理方式，支持谐波计算，闪变状态评估等。为保证数据监测的安全可靠，模块内置铁电存储器，可对时间数据进行快速存储，避免因为断电造成数据丢失的问题。
3.3 无线数据传输基站
无线数据传输基站用于接收、汇聚周边无线传感器采集的数据信息，并通过有线方式将监测数据信息转发到后台主机或通过无线方式（3G/4G/WiFi）将数据传输到云平台上。无线数据传输基站外壳达到IP67防护等级，满足室外及恶劣环境条件下使用。基站内置AC/DC电源模块，供电方式灵活，正常情况下可市电直接接入，如室外杆塔或无市电场所下可采用太阳能+蓄电池供电，基站本身采用低功耗技术设计，只需30W太阳能单晶硅电池和12V/30AH的磷酸铁锂电池就可以满足15天连续无阳光正常工作的需求，为提高可靠性，实现长期免维护运行，太阳能电池和磷酸铁锂电池各用2块，互为备份，可以有效避免电池故障导致的停机事件。
3.4 软件平台及云平台软件
传感器管理平台监视监控软件是我司自主开发的物联网管理平台系统，软件通过专用基站设备通讯，提供传感器数据采集、存储、建模、业务展示等功能。对采集到现场数据实时加密、传输到管理平台，平台软件对数据进行格式化数据整理和存储，为同一应用提供支持。
云平台软件（以下简称软件）是基于云计算的云平台管理软件。将本地部分重要重点的数据上传至云平台后，可根据用户不同业务制定不同的应用APP软件，数据通过手机APP或者web网页展示，手机端软件可利用微信等接口管理软件进行查看和告警通知，并可根据用户的需求定制。
平台软件的主要功能：
1、实时、在线监测：实时汇集监测数据，直观的以数据列表、图形化等形式显示给用户；
2、监测报警：软件可以对任一监测点进行报警值设置，当监测数据超过此预设值时，可自动进行报警并记录该情况。本地报警类型有图形闪烁、蜂鸣器、音响和公用测控屏等，远程报警支持群发送短信（或微信群发通知）；
3、历史数据：查询历史数据信息，并能对这些历史数据进行分析，以列表、柱状图以及曲线的方式显示，能够直观的反映出设备的使用性能情况；
4、其他业务系统通讯：开放工业标准协议IEC-61850、104或modbus协议接口，可与其它综合系统挂接或与局端软件进行通信，将监测数据汇总统一管理。
结束语：
自行研制电机能耗及运行状态的在线监测装置。该装置安装便捷、灵活性高，集在线监测和数据转换功能于一体，一方面能够实现电机能耗监测；另一方面还具有将监测到的电气量转化为可识别代码（信号）的功能，能够适用于不同通信技术的需求，可应用于工业生产的各个领域；
将物联网技术与电机能耗在线监测技术完美结合，实现低成本、高精度在线监测系统。为了提高利用智能化通信技术（ZIGBEE技术）进行数据传输的能力，需要研究能够降低误码率的同时还要提高抗干扰能力的信号调制解调技术，同时将该技术与电机在线监测技术结合，使整个监测和传输系统能够协调工作。
参考文献：
[1]孔宁.物联网资源寻址关键技术研究[D].北京：中国科学院研究生院，2008.
[2]潘林.基于网格技术的Savant中间件的设计和实现[D].北京：北方工业大学，2007.
论文作者:蒲胜华
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
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