引言：当前，电机已经在我们的生活中得到了广泛应用，而电机故障则会对生产造成极大影响，甚至导致停机等严重后果。据统计，电动机故障率占设备总故障率的80%以上，而一旦发生故障，则将直接导致生产停线、停产等严重后果，给企业造成巨大的经济损失。因此，如何对电机进行有效的故障预警和及时维修已成为制造企业急需解决的问题。然而目前工业现场应用中尚未出现一种有效的电机故障预警方法，因此需要对电机故障进行提前预警。本文基于电流传感自动化技术搭建了一种能够对电机运行状态进行实时监测的报警装置，并基于该装置提出了一种电机故障预警方法。

一、车间电机故障的影响

电机故障通常有：定子绕组匝间短路、绕组断线、绕组短路、相间短路和接地等，这些故障均会造成电机转子旋转不畅，转子的转动惯量增大，甚至转子被损坏等后果。常见的电机故障有：定子绕组匝间短路、绕组断线、绕组短路、相间短路、接地等。电机故障发生后，电机的性能将受到影响，不仅会降低生产效率，还会造成机器停机等严重后果，从而导致生产延误，企业经济损失惨重。因此对于电机故障进行预测和提前预防具有重要的意义。同时，电机作为一种常用的传动机械，其故障率相对较高，因此通过对电机进行故障预警和提前维修可以有效减少损失。

二、电流传感自动化技术在故障预警中的应用

基于电流传感自动化技术的故障预警主要是通过电流传感器对电动机运行过程中产生的电流信号进行实时采集，并对采集到的电流信号进行处理，以提取电动机运行中的故障特征信息，并与正常电流值进行比较，当出现异常电流时，发出报警信息。该技术在工业现场应用中主要用于故障预警、安全生产等方面，可以为电机维护人员提供有效的数据支持。但目前该技术在工业现场应用中还存在着一定不足，主要体现在以下几个方面：1）传感器需要进行人工标定；2）传感器信号处理方式较为单一；3）信号处理速度较慢；4）传感器信号需要通过电线传输到控制端进行处理。

三、电流传感自动化报警装置的设计与实现

3.1电流传感原理分析

电流传感器的原理是将直流电流转换成可供电子线路检测的交流电流，再将其转换成相应的电压。通常将直流电压转换成交流电压的方法有两种，一种是直接用直流电压源对被测电路进行供电，然后对电路中的直流电流进行检测。另一种是用变阻器对输入信号进行变换，将直流电变为可供测量用的交流电。在本设计中使用的是第一种方法，即用变阻器对被测电路进行供电，再将其转换成直流电流，通过测量直流电流的方法来确定电路中是否存在故障。使用变阻器时，当其连接在电源的正负极时，其阻值发生变化，相应地改变了电路中电流大小。

3.2报警装置设计方案

考虑到现场的实际情况，采用一种新型的具有报警功能的电动机保护器，在电动机运行过程中，一旦电动机发生电流异常，保护器会发出警报，提醒工作人员及时处理，以避免更严重的事故发生。该保护装置采用电流互感器作为测量元件，在正常运行时采集电流信号；在电机发生过载、缺相、断相等故障时采集信号。该保护器内部集成有光耦隔离器和电源模块，具有隔离功能。当电源模块检测到三相电压不平衡时，光耦会根据电流信号判断是否为故障电流，从而输出高电平电压；当电流信号为零或与电源模块反向时，光耦就会输出低电平电压。

3.3硬件实现

报警装置硬件主要由上位机、电流传感器、继电器和电源四个部分组成，该设计方案中，电流传感器对电机的电流信号进行检测，通过上位机程序判断电机是否正常运转，当检测到电机出现故障时，通过继电器进行报警。上位机采用的是力控云平台。力控是一款针对智能工厂建设的云端工业软件，基于互联网、物联网技术打造的工业自动化控制系统。力控具备完善的智能控制功能，集设备监控、设备管理、设备控制于一体。基于力控云平台的设计理念，综合应用云计算、物联网、大数据等新一代信息技术，实现设备状态的远程实时监测与远程控制。

3.4软件开发

电流传感自动化报警装置软件开发主要包括：电机故障数据的读取和显示、报警方式的选择和设定、报警阈值的设定和报警触发条件的设置。在读取电机故障数据时，需要将数据存储在内部存储空间，然后将数据进行读取。由于现场没有专门的上位机软件，只能通过串口和PLC通讯。为了避免误触发，我们将所有的继电器都设置为常开触点。在设备发生故障时，触发PLC发送相应的信号到现场控制柜进行处理，避免误动作导致设备损坏。

四、实验与结果分析

4.1实验设计

为了测试该报警装置的可靠性，在不同电流值下对电机进行多次实验，每组实验10次。其中在直流电机上安装电流传感器，在交流电机上安装电压传感器，并用示波器测量直流电流和交流电流。通过观察示波器上波形的变化情况，判断报警装置是否能够正常运行。电机故障发生时的电流信号输入该报警装置中，并监测其输出波形。记录对应的时间间隔和报警次数，以确定该报警装置的稳定性和可靠性。

4.2实验结果

为了验证上述设计的可行性，采用不同的电机故障类型进行了实验，分别为电动机匝间短路、电动机绕组断裂、电动机轴承损坏等。在上述实验中，电机故障类型主要包括以下几种：（1）由于缺相运行导致的电机故障；（2）由于短路导致的电机故障；（3）由于其他原因导致的电机故障。根据上述实验结果，本文设计的电流传感自动化报警装置在一定程度上能实现对上述几种电机故障类型进行实时监测和报警。同时，该装置还能实现对多种不同类型的电机故障进行报警。

4.3结果分析

对实验中的电机电流数据进行分析，可以看出在电机发生故障时，电流值会在短时间内发生大幅度波动，并有相应的报警信号产生，且报警信号具有较高的稳定性。将电机电流数据进行聚类分析后可以得到电机故障时的电流特征值，在电机发生故障时，该特征值呈现出明显的规律，可作为诊断电机故障的依据。通过对实验数据的分析可以发现：当电机发生故障时，其电流值会出现异常波动，并呈现出一定的规律性。该规律可用于电机故障的诊断，通过对电流数据进行聚类分析并结合实际情况做出判断，能够及时发现和诊断电机故障。

结语

本文设计了一种基于电流传感自动化技术的电机故障预警装置，该装置采用电流传感器对电机进行监测，并采用MATLAB/SIMULINK软件进行仿真实验，以验证其可行性。基于电流传感自动化技术的电机故障预警系统具有较高的稳定性和可靠性，并能够有效地识别电机故障。在实际应用中，该系统可用于对电机的运行状态进行实时监测，并对电机的故障进行报警。同时，该系统还可用于对电机的故障诊断、维修等方面，具有重要的现实意义。该系统的研究为实现电机故障提前预警提供了一种新思路，对于保证企业生产效率和提高企业经济效益具有重要意义。

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