[用户需求分析]

电动机在人类社会生产与生活中扮演着极为重要的角色，是工业企业的主要动力源，其因故障而停运将会对生产、生活甚至人身安全造成极其严重的影响。因此，为减少电动机的事故率，提高电动机的使用效率，对电动机的故障诊断就显得尤为重要。

三相异步电动机是电动机类型中应用最广泛的一种，其基本原理在于磁场旋转过程中，磁场以及闭合导体将会出现相应的运动操作，鼠笼式导体切割磁力线，进而使其在内部保证出现感应电流以及感应电动势。此外，感应电流还能够保证导体受到相应的电磁力作用，这种情况下，导体就会自然而然地沿着磁铁实际旋转方向进行有效转动。三相异步电动机结构较为简单，主要分为定子、转子和机盖三大部分。电动机故障根据其主要组成部分分为：定子部分故障，转子部分故障，轴承故障和气隙偏心等故障。容易发生故障的描述和发生概率如下列出：

轴承故障—轴承是电动机最容易发生故障的部件，有统计表明其占故障总体的40%以上。轴承故障包括内圈故障、外圈故障、滚动体故障以及保持架故障。轴承故障主要是由于过载、润滑不良、安装不正、轴电流以及异物进入等原因引起的轴承磨损，表面剥落、腐蚀甚至碎裂等。

定子故障—近40%的电动机故障属于定子故障，主要是由线圈中相邻绕组间绝缘故障引起，即匝间短路。由此产生的感应电流导致过热和气隙磁场不平衡。如果不及时检测，局部过热将导致更大的定子绝缘损害，甚至造成灾难性后果。

转子故障—大约有10%的感应电机故障属于转子故障。一般的电机机械故障为转子断条或端环断裂，这些将使电机在运行过程中发热，使导条和端环受到循环热应力和变形，导致故障进一步扩大。转子偏心将在定子中产生不均衡的气隙，引起轴承故障和机械故障。

其他的故障包括绕组相间短路，绕组断路，接地故障等，相对发生概率较低。

电动机故障诊断技术主要分为基于模型、基于信号数据分析两种类型。基于模型的故障诊断方法需要精确的感应电机模型，但对非线性、强耦合、多变量的感应电机来说，建立精确的数学模型并非易事，而且在运行中，感应电机的很多物理量都会发生一定的变化，和理论模型有较大偏差。目前采用更多的是基于信号分析的故障诊断方法，是通过一定的信号处理技术从信号中提出故障特征，然后通过传统模式识别手段或者人工智能数据分析方法来判断是否存在故障、故障类型和故障严重程度，更进一步建立电动机寿命预测，以达到优化设备维护的目的。

[系统设计]

智能监测系统整体技术路线图

天卓物联通过团队深厚的技术积累和软硬件及算法的创新，推出了一套完整的电动机健康智能监测分析系统，其硬件层面包括了2款无线传感器、数据通讯基站、手持工业平板（或手机），软件层面包括了云端（本地云）数据汇集服务、手持数据采集巡检和后台分析软件。

其中:

CMS-One-WMS2 是基于LoRa通讯协议的智能无线振动传感器，包括三轴振动信号提取和安装表面温度测量，通过无线基站将数据传输至云端或者本地服务器。该传感器采用电池供电，在典型的采集策略下，可以运行2-3年时间。其固定安装在设备上，进行间隙性数据采集，获得设备的长期运行状态，可进行智能健康预警和初步的设备故障诊断；

CMS-One-WMS1是基于Wifi通讯协议的智能无线振动传感器，提供了24bit超高精度的振动信号测量，频率响应可到10kHz，可以用于设备巡检和故障信号采集及问题深入分析。

[无线传感器方案优势]

l 传感器使用和安装方便，只需要在现场设备上面黏贴一个安装座，即可使用螺丝紧固安装在设备外壳上，无需对设备进行破坏性处理；

l 数据通讯范围较广，基站可以选择有合适供电的位置安放，无需单独拉线供电；

l 传感器成本只有传统振动信号采集系统的几分之一，可以极大地降低设备采购和维护费用；

l 云端数据展示界面直观易用，在跟踪参数变化的同时，可以下载原始信号数据做进一步的故障分析。

[数据采集方案]

硬件组成：

无线智能传感器–采集设备运行的振动和安装表面温度信号；

本地基站–连接无线传感器及本地或外部网络；

本地/云端服务器–监测设备设置，采集设备设置，记录历史数据，并进行后台分析；

客户端–可以是连接网络的任意电脑或者手机*

*当使用本地网络时,手机端不可用

软件组成模块：

数据采集驱动：和数据采集设备进行交互的控制软件；

数据整理和存储：对上传到工作站数据进行整理，分类和数据存储管理；

云端管理模块：用于站点设备及传感器的管理和设置；

智能分析模块：针对采集数据的智能分析和结果显示。

数据智能分析处理流程:

CMO-One云端监测平台Web端及App端

[云监测平台特性*]

l 配置通道特性参数；

l 设置系统参数；

l 以图表形式实时刷新显示各个测点的监测分析特征数据；

l 根据需要查看和显示某个测点或相关测点的实时波形和频谱分析波形；

l 根据设定时间间隔自动进行历史数据记录；

l 根据设置自动启动报警和报警记录功能；

l 可记录报警时刻相关测点的实时波形数据以供后续分析用；

l 将历史数据以趋势曲线的形式显示出来，可给出特定测点参数的总体发展趋势；

l 将实时监测过程的报警记录以表格的形式显示给用户，用户利用此功能可以浏览某一段时间内的超限报警情况，对设备的运行情况有个全面地了解和认识；

l 报警后数据自动导入至智能诊断模块，获取初步分析结果；

l 失效样本和维护记录相结合，可以准确构建关键零部件衰退模型，准确预测剩余寿命。

*云监测平台涉及定制开发，功能需协商确定。

[传感器参数]

[使用效果]

通过无线检测传感器实现三轴振动信号测量及温度测量功能，采集数据将自动上传到云端数据库,用于滚动轴承的健康指标长期跟踪和状态报警。提高数据准确度，减少人力巡检强度，对比历史数据，提高设备可靠性。

设备完全满足工业振动监测要求，有效跟踪设备状态。该传感器内置了振动传感单元，温度测量单元，数据采集和处理单元以及无线通讯单元，采用独立锂电池供电，是一个集成测量、数据处理和通讯一体化的系统设备。

采用无线传输，节约成本。打破人力去逐个设备检测的弊端，节约劳动力，与有线安装振动探头的高昂价格相比，可大大减少改造费用。

[典型电机故障图谱]

[项目案例]

浙江某电厂设备健康监测项目

监测设备类型：浆液循环泵、冷凝水泵、送风机、给水泵等

现场监测实景：