一种基于物联网的电机内置振动传感器监测系统的制作方法

本实用新型涉及电机设备技术领域，特别涉及一种基于物联网的电机内置振动传感器监测系统。

背景技术：

电机参数的监测，特别是动态参数的实时监测，可以有效防止电机故障的发生，既减少了设备和人身的伤害，又降低了部件损耗，为实现节能降耗创造了条件，同时还可以保证生产均衡组织，提高作业率，获取巨大的经济效益，也提高了电机的自动化控制水平。

电机轴承的振动值是其中一项重要的动态参数。现有技术中，电机轴承振动监测一般都把传感器放置于电机轴承外壳上进行测量。这种方式测得的振动反应不了轴承实际的振动情况，利于对电机轴承及电机状态作出准确的判断，也不利于对电机进行精确的控制。

基于振动传感器元件外置存在的诸多不足，经过不断的研究，科研工作人员实现了电机内置振动传感器元件并完善了其信号的传输功能。如专利cn205647188u，公开日2016.10.12，公开了一种永磁同步伺服电机用智能编码器，包括套装在所述永磁同步伺服电机中转轴尾端的编码器、与编码器连接且用于采集所述永磁同步伺服电机运行状态参数的传感器组件和用于接收编码器数据处理结果并数据通信的控制单元，所述编码器包括数据处理芯片和与数据处理芯片输入端相接且用于处理所述传感器组件输出信号的多路信号调理电路，所述多路信号调理电路包括第一信号采集放大电路、第二信号采集放大电路、第三信号采集放大电路、第四信号采集放大电路和第五信号采集放大电路，所述控制单元包括电机控制器以及与电机控制器相接的存储器和物联网系统，电机控制器的输入端通过防抖动接口电路与数据处理芯片相接。所述传感器组件包括设置在所述永磁同步伺服电机中前轴承外侧、前法兰上、后法兰上或后轴承外侧的振动传感器。

上述专利公开了在电机内部设置振动传感器，并公开了电机的电机运行状态参数监测系统。虽然通过将振动传感器内置于电机内可以提高轴承振动检测的精确度，但振动传感器仍存在受电磁干扰导致检测不稳定的问题。

技术实现要素：

为解决背景技术中提到的现有电机的振动传感器容易受到电磁干扰的影响，本实用新型提供一种基于物联网的电机内置振动传感器监测系统，包括电机本体、振动传感器元件、数据处理模块、通信模块、供电模块、网关和服务器；

所述振动传感器元件封装于屏蔽件内；所述屏蔽件内设置于所述电机本体，并贴近所述电机本体的轴承；

所述振动传感器元件与所述数据处理模块通讯连接；所述数据处理模块通过所述通信模块与所述网关通信连接；所述网关与所述服务器通信连接；

所述振动传感器元件、所述数据处理模块、所述通信模块均与所述供电模块电连接。

进一步地，还包括plc控制器；所述通信模块和所述网关均与所述plc控制器通讯连接；所述plc控制器控制连接所述电机本体。

进一步地，所述屏蔽件设有隔离层。

进一步地，所述屏蔽件为空心的螺栓柱；所述螺栓柱顶部设有封盖；所述振动传感器元件封装于所述螺栓柱内；所述振动传感器元件的导线从所述封盖引出。

进一步地，所述电机本体的法兰在与轴承接触的端面设有螺纹通孔；所述螺栓柱设置于所述螺纹通孔内。

进一步地，所述数据处理模块包括功率放大器、滤波器、模数转换器、主处理器；

所述振动传感器元件的信号输出端与所述功率放大器的信号输入端连接；所述功率放大器的信号输出端与所述滤波器的信号输入端连接；所述滤波器的信号输出端与所述模数转换器的信号输入端连接；所述模数转换器的信号输出端与所述主处理器的信号输入端连接；所述主处理器与所述通信模块通讯连接。

进一步地，所述供电模块为电机风扇电源。

进一步地，所述电机本体设有电机接线盒；所述数据处理模块和所述通信模块统一封装，并设置于所述电机接线盒内。

进一步地，所述电机接线盒为非金属材质。

进一步地，所述振动传感器元件为压电式加速度振动传感器。

本实用新型提供的基于物联网的电机内置振动传感器监测系统，通过振动传感器元件检测轴承的振动值，将数据处理模块接收振动传感器元件的信号并将处理后的数据信号通过通信模块发送给网关，网关将收集到的数据传输到服务器，完成数据采集监测。

此外，将振动传感器元件封装于屏蔽件内，屏蔽件具有电磁屏蔽功能，能够有效减弱振动传感器元件工作环境的电磁干扰，提高监测数值的精确度和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本实用新型提供的基于物联网的电机内置振动传感器监测系统的结构示意图；

图2为电机的剖视结构示意图；

图3为法兰的结构示意图；

图4为屏蔽件的结构示意图；

图5为封装振动传感器元件的屏蔽件的示意图。

附图标记：

1电机本体2振动传感器元件3数据处理模块

4通信模块5供电模块6网关

7服务器8屏蔽件9plc控制器

11轴承12法兰13电机接线盒

14风扇31功率放大器32滤波器

33模数转换器34主处理器51风扇电源接线端子

81螺栓柱82封盖121螺纹通孔

200封装块

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

【硬件说明】

振动传感器元件采用压电式加速度振动传感器；

功率放大器采用lmh6724；

滤波器采用lc滤波；

模数转换器采用adc120ipt；

主处理器采用stm32f103z；

通信模块采用nb模组、蓝牙；

网关采用dto2。

本实用新型提供上述硬件说明以供本领域技术人员参考实施，当然，本领域技术人员在实施时硬件除了可以选择上述说明的产品，也可以采用市场上具有相同或相近功能的产品进行替换。

图1为本实用新型提供的基于物联网的电机内置振动传感器监测系统的结构示意图，如图1所示，一种基于物联网的电机内置振动传感器监测系统，包括电机本体1、振动传感器元件2、数据处理模块3、通信模块4、供电模块5、网关6和服务器7；

所述振动传感器元件2封装于屏蔽件8内；所述屏蔽件8内置于所述电机本体1，并贴近所述电机本体1的轴承11；

所述振动传感器元件2与所述数据处理模块3通讯连接；所述数据处理模块3通过所述通信模块4与所述网关6通信连接；所述网关6与所述服务器7通信连接；

所述振动传感器元件2、所述数据处理模块3、所述通信模块4均与所述供电模块5电连接。

具体实施时，如图2-5所示，振动传感器元件2封装于屏蔽件8中，屏蔽件8内置于所述电机本体1，并贴近所述电机本体1的轴承11；屏蔽件8具有屏蔽电磁功能，屏蔽件8可以采用具有电磁屏蔽功能的材料制造，也可以在屏蔽件8的表面涂覆电磁屏蔽涂料形成屏蔽层，电磁屏蔽涂料采用市场上常见的该功能涂料产品；优选地，本实施例的屏蔽件8采用金属空心材料，从而屏蔽外部电磁波对封装于内的振动传感器元件2的干扰；

振动传感器元件2用于监测轴承11的振动值；振动传感器元件2上的四芯rs485线缆从屏蔽件8引出；四芯rs485线缆包括供电电路线缆和通讯电路线缆；通讯电路线缆用于连接振动传感器元件2与数据处理模块3的输入端，其传输协议包括modbus-rtu协议等；供电电路线缆用于连接振动传感器元件2和供电模块5，供电模块5为振动传感器元件2供电，输入12v-24v直流电压；

通信模块4用于将数据处理模块3处理的数据通过无线形式传输到网关6，无线形式的传输协议包括zigbee协议和蓝牙协议；

网关6将收集到的数据通过无线传输方式经nb-iot协议传输到服务器7；

服务器7优选云平台服务器；

数据处理模块3和通信模块4内置于电机本体1中，由供电模块5提供电源；网关6和服务器7直接连接电源即可。

本实用新型提供的基于物联网的电机内置振动传感器监测系统，通过振动传感器元件检测轴承的振动值，将数据处理模块接收振动传感器元件的信号并将处理后的数据信号通过通信模块发送给网关，网关将收集到的数据传输到服务器，完成数据采集监测。

此外，将振动传感器元件封装于屏蔽件内，屏蔽件具有电磁屏蔽功能，能够有效减弱振动传感器元件工作环境的电磁干扰，提高监测数值的精确度和稳定性。

上述实施例中，优选地，还包括plc控制器9；所述通信模块4和所述网关6均与所述plc控制器9通讯连接；所述plc控制器9控制连接所述电机本体1。

具体实施时，plc控制器9为控制电机工作的设备；通信模块4通过无线形式与plc控制器9通讯连接；网关6通过rs485有线传输方式经modbus-rtu协议传输到plc控制器；plc控制器9可以接收由通信模块4发送的振动检测数值，也可以接收由网关6发送的数据信号。

当网关6与服务器7通讯不稳定或通讯失效时，电机本体1、振动传感器元件2、数据处理模块3、通信模块4、供电模块5和plc控制器9组成闭循环控制系统，维持电机安全稳定运行。当网关6与服务器7通讯稳定时，可通过服务器7对网关6发送参数修改指令，网关6将该指令写入plc控制器9，并由plc控制器9调节控制电机运行，组成开循环控制系统。

上述实施例中，优选地，所述屏蔽件8设有隔离层。具体地，在屏蔽件8的表面涂覆阻隔涂料形成隔离层，且屏蔽件8采用密封封装振动传感器元件2，防止电机内部气体、油污等勿扰振动传感器元件2，同时隔离层还具有隔热效果。阻隔涂料可以选用金属隔热涂料，例如zs-211反射隔热保温涂料。

上述实施例中，优选地，所述屏蔽件8为空心的螺栓柱81；所述螺栓柱81顶部设有封盖82；所述振动传感器元件2封装于所述螺栓柱81内；所述振动传感器元件2的导线从所述封盖82引出。

上述实施例中，优选地，所述电机本体1的法兰12在与所述轴承11接触的端面设有螺纹通孔121；所述螺栓柱81设置于所述螺纹通孔121内。

上述实施例中，优选地，所述数据处理模块3包括功率放大器31、滤波器32、模数转换器33和主处理器34；

所述振动传感器元件2的信号输出端与所述功率放大器31的信号输入端连接；所述功率放大器31的信号输出端与所述滤波器32的信号输入端连接；所述滤波器32的信号输出端与所述模数转换器33的信号输入端连接；所述模数转换器33的信号输出端与所述主处理器34的信号输入端连接；所述主处理器34与所述通信模块4通讯连接。

具体实施时，功率放大器31用于把微弱的振动信号放大；滤波器32用于消除噪声，使振动信号更稳定；模数转换器33用于将振动模拟信号转换成数字信号；主处理器34用于对数字信号进行处理，将时域信号转换成频域信号，计算出振动信号的有效值，位移值等。

上述实施例中，优选地，所述供电模块5为电机风扇电源。电机风扇电源为12-24vdc，电机风扇电源接到风扇电源接线端子51，振动传感器元件2、数据处理模块3、通信模块4分别引出电路线缆接至风扇电源接线端子51。

上述实施例中，优选地，所述电机本体1设有电机接线盒13；所述数据处理模块3和所述通信模块4统一封装，并设置于所述电机接线盒13内。

具体实施时，电机本体1设有电机接线盒13；数据处理模块3和通信模块4统一封装成封装块200，封装块200设置于电机接线盒13内。优选地，所述电机接线盒13为非金属材质，避免屏蔽通信模块4信号传输。

尽管本文中较多的使用了诸如电机本体、振动传感器元件、数据处理模块、通信模块、供电模块、网关、服务器、屏蔽件、plc控制器、轴承、法兰、电机接线盒、功率放大器、滤波器、模数转换器、主处理器、螺栓柱、封盖、螺纹通孔和封装块等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。