基于SCADA的电动机在线监测与故障诊断的研究

论文摘要

作为现代工业的主要动力设备,鼠笼型三相异步电动机的应用越来越广泛,如果其在运行中出现故障,不仅会造成生产延误,带来经济损失,严重的还可能导致重大的人员伤亡事故。因此,电动机运行状态的在线监测以及相应的故障诊断在生产中显得尤为重要。本文提出了一种基于SCADA的电动机在线监测与故障诊断系统,分块地完成了SCADA系统中的RTU系统、通信系统以及中心监控（上位机）系统的设计。首先,根据现场运行情况,本文列出了鼠笼型三相异步电动机在运行中可能出现的主要故障——转子断条故障、定子绕组匝间短路故障、定子绕组断路故障、定子绕组接地故障、电源欠电压、电源过电压以及电源缺相故障,并对这些故障的形成机理进行了分析,基于这些机理,本文详细阐述了每个故障的故障特征以及相应检测的故障特征值,给出了检测方法。其次,基于电动机的多回路分析方法,建立了电动机的转子断条故障和无故障时的多回路数学模型,应用MATLAB编程对这两种状态进行了仿真,仿真结果证明了本文中的转子断条故障特征值提取方法的正确性。再次,应用以单片机MC9S12DG128为核心完成了现场级RTU系统和通信系统的硬件、软件设计。在硬件设计中,本文详细阐述了各部分电路的主要作用以及所涉及的详细电路图,并进行分析。另外,根据需要本文还对一些设计电路进行了仿真分析,验证电路所实现的功能。与上位机的通信在硬件上应用RS485总线；在软件设计中,本文采用模块化方式,完成了系统的算法以及相应的系统功能程序设计,最后,应用Modbus-RTU通信协议完成了与上位机的串行通信。最后,本文完成了SCADA系统中工控上位机的软件设计。在上位机的软件设计中,应用Visual Basic 6.0与组态王相结合的方式,不仅应用VB对现场数据进行了很好的处理,同时也应用组态王实现了监控系统实时运行状态显示、事件报警以及实时报表、历史报表等功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 电动机在线监测与故障检测技术的概述与发展
• 1.3 SCADA系统的概述与发展
• 1.4 系统的组成及本文的主要工作
• 1.4.1 系统的组成
• 1.4.2 本文的主要工作
• 第2章 鼠笼型异步电动机主要故障及机理分析
• 2.1 转子断条故障分析
• 2.1.1 转子断条故障产生原因
• 2.1.2 转子断条故障的故障机理
• 2.2 定子绕组匝间短路故障分析
• 2.2.1 定子绕组匝间短路故障产生原因
• 2.2.2 定子绕组匝间短路的故障机理
• 2.2.3 故障特征值的提取
• 2.3 电动机其他主要故障分析
• 2.3.1 定子绕组接地故障分析
• 2.3.2 定子绕组断路故障分析
• 2.3.3 电源故障
• 2.4 本章小结
• 第3章 鼠笼型异步电动机转子断条故障仿真分析
• 3.1 鼠笼型异步电动机多回路方程的建立与仿真
• 3.1.1 正常时多回路方程的建立
• 3.1.2 参数计算
• 3.1.3 转子断条故障的多回路方程的建立
• 3.2 鼠笼型异步电动机转子断条故障特征值的提取
• 3.3 转子断条故障的仿真结果
• 3.4 本章小结
• 附录
• 第4章 RTU与通信系统的硬件设计
• 4.1 微处理器的介绍
• 4.2 时钟与复位电路
• 4.3 信号采集电路
• 4.3.1 电压、电流传感器
• 4.3.2 转速测量电路
• 4.4 信号调理电路
• 4.5 过零点检测及锁相倍频电路
• 4.5.1 过零点检测电路
• 4.5.2 锁相倍频电路
• 4.6 A/D转换电路
• 4.7 显示电路
• 4.8 通信电路
• 4.9 电源电路
• 4.10 本章小结
• 第5章 RTU与通信系统的软件设计
• 5.1 RTU系统的主程序
• 5.2 数据采集程序
• 5.3 算法实现程序
• 5.3.1 电压、电流有效值算法
• 5.3.2 正序、负序、零序量的分解算法
• 5.3.3 Fourier变换算法
• 5.4 LCD显示程序
• 5.5 串行口通信程序
• 5.5.1 Modbus-RTU通信协议概述
• 5.5.2 数据接收子程序
• 5.5.3 应答子程序
• 5.5.4 发送数据子程序
• 5.5.5 CRC校验子程序
• 5.6 本章小结
• 第6章 监控系统上位机的软件设计
• 6.1 上位机软件设计概述
• 6.2 Visual Basic串行通信的实现
• 6.2.1 MSComm控件初始化
• 6.2.2 CRC校验的实现
• 6.2.3 数据发送程序的实现
• 6.2.4 数据接收程序的实现
• 6.3 Visual Basic与组态王的数据交换
• 6.3.1 VB接收组态王的数据
• 6.3.2 组态王接收VB的数据
• 6.4 组态王界面设计
• 6.5 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 课题展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果