風機狀態監(jian)測與故障診(zhen)斷(duan)系(xi)統(tong)
1.需(xu)求分析
1.1客戶需求：
客戶現(xian)場一共有60臺風(feng)機(ji)，設備運轉(zhuan)過程(cheng)中(zhong)高速轉(zhuan)動(dong)的(de)(de)風(feng)機(ji)軸承(cheng)，如果存在轉(zhuan)動(dong)慣量的(de)(de)不(bu)平衡，就(jiu)會產生(sheng)振動(dong)，帶來危(wei)害，所(suo)以(yi)需(xu)要對(dui)每一臺風(feng)機(ji)的(de)(de)健康狀態進行(xing)監測(ce)，以(yi)達到實時了解風(feng)機(ji)關鍵部件(jian)的(de)(de)運行(xing)狀態，對(dui)設備關鍵部件(jian)進行(xing)故(gu)障監測(ce)和(he)故(gu)障診(zhen)斷的(de)(de)目的(de)(de)，并為預先性維護提(ti)供依據。
根據現場應用環境需(xu)要(yao)監(jian)測的物理量有風(feng)機軸(zhou)承座(zuo)震動，溫(wen)度以(yi)及(ji)風(feng)機的轉速。
系統(tong)應滿足以下需求(qiu)：
1.能夠實現對(dui)安裝在風機軸承(cheng)座水平(ping)，垂直面的(de)壓電(dian)傳(chuan)感器(qi)信號的(de)采集，分辨率不低于16位，采樣率不低于10KHz。
2.能夠實現(xian)對安裝(zhuang)在風機軸承座(zuo)上的PT1000溫度傳感器信號的采集，分辨率(lv)不低于16位，采樣(yang)不低于(yu)10Hz；
3.能夠實(shi)現(xian)對安裝在風機側軸上的(de)(de)轉(zhuan)速(su)傳感器(qi)數據的(de)(de)采集，轉(zhuan)速(su)范圍0～600,000 RPM ，脈沖輸出TTL 脈沖輸出，高(gao)電平(ping)約為+5V，低(di)電平(ping)約為 0V；
4.能夠實現對電(dian)機輸入電(dian)流的監測。
5.對采集到的的數據進行(xing)存(cun)儲，分析，進行(xing)故障診斷，報警輸(shu)出(chu)，狀態顯示，并導出(chu)報表。
1.2 系統組成。
風(feng)機狀(zhuang)態監測與故(gu)障診(zhen)斷系(xi)統(tong)(tong)由振動傳感(gan)(gan)器(qi)，溫度傳感(gan)(gan)器(qi)，轉速傳感(gan)(gan)器(qi)、數(shu)據(ju)采(cai)集器(qi)、交換機、服務器(qi)，上(shang)位機、系(xi)統(tong)(tong)軟件等構成。
圖1 風機狀態監測與(yu)故障診(zhen)斷(duan)系統
2. 硬件方案
2.1硬件配置(zhi)清單
表2 件配(pei)置清單
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序號
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名稱
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型號(hao)
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參數
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數量
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1
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服(fu)務器
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IPC-8362A
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處理器：14nm LGA1151 Intel® 8th Core ? i7-8700，內存：DDR4 SDRAM Unbuffered DIMMs supported up to 64GB （默認(ren)發貨配16G）
硬盤(pan)：2.5 寸(cun) 480G SSD SATA 硬盤(pan)（默認(ren)）
顯示接口：1個VGA,1個DP,1個HDMI
以太網：2個
電(dian)源供(gong)電(dian)：內置 ATX 電(dian)源供(gong)電(dian)
操作(zuo)系統：win10
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1
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2
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千兆網(wang)交(jiao)換機
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FC708
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· 8個電口支(zhi)持自動(dong)適應(ying)10Mbps和(he)100Mbps環(huan)境，便于(yu)網(wang)絡的升(sheng)級，1個(ge)光口支持1000Base-SX/LX千(qian)兆光纖(xian)傳輸標準，可(ke)與其它支持1000Base-SX/LX千(qian)兆標準的(de)廠(chang)家產品互通(tong)，超低功耗，低發(fa)熱，能長(chang)時間穩定(ding)工作,支持(chi)雙(shuang)纖(xian)多模(mo)、雙(shuang)纖(xian)單模(mo)和單纖(xian)單模(mo)多種光纖(xian)口選擇，
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20
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3
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數據采集器
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NET5621A
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支持以(yi)太網、USB數據傳(chuan)輸方式(shi)；AD：單(dan)端(duan)16路差分8路 250K 16位 8K字FIFO 量程：±10V、±5V、±2.5V、0~10V、0~5V；
DA：2路 12位 100K 8K字FIFO 量程：±10.8V、±10V、±5V、0~10.8V、0~10V、0~5V；8路DI、8路DO ；1路獨立減(jian)法計數器
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60
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6
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信(xin)號調理模塊(kuai)
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S1102D
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輸入PT100 、PT1000、Cu50、Cu100、G53、BA1、BA2輸出：0~5V 0~10V 0~10mA 0~20mA 4~20mA
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60
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S1107
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頻率輸入，輸出(chu)0-10V
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60
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S1106I
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輸入0-200A AC 輸出0~5V 0~10V
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60
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7
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傳感器
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CA-YD-170
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震動傳感器 量程：±50g,靈敏度(du)：100mV/g,頻(pin)響：0.3～10KHz
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132
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PM18-D1100V2-Y4L2/C6
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轉(zhuan)速傳感器供電DC：+12～+30V， 大工作電流 15mA ，安裝間隙2～4 mm ，轉(zhuan)速范圍0～600,000 RPM ，脈沖(chong)(chong)輸出TTL 脈沖(chong)(chong)輸出，高電平約(yue)為+5V，低(di)電平約(yue)為 0V。
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60
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HS-TP08
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溫度傳感器(qi) PT1000 溫度范圍-70°C-500°C
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60
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8
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顯示器(qi)
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C27B1H
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AOC 27英寸1700R曲面高清臺式電腦顯示屏幕
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1
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9
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開(kai)關電源
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EDR-120
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導軌安(an)裝開(kai)關電源
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60
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10
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耗材
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2.2 服務(wu)器
IPC-8362是一款支持14nm LGA1151 Intel® 8th Core ? i7-8700的工業電腦。配置(zhi)2組獨立(li) SO-DIMM DDR4 2666/2400MHz內存，*大(da)可擴展至 64GB。
硬(ying)盤：2.5 寸(cun) 480G SSD SATA 硬(ying)盤（默認）
顯示接口：1 x VGA (up to 1920 x 1080@60Hz)外置(zhi) 1 x DP++ (up to 4096 x 2304@60Hz)外置(zhi) 1 x HDMI (up to 4096 x 2304@30Hz)外置(zhi) 1 x Displayport (up to 4096 x 2304@60Hz) 內置(zhi)
I/O 接口： 1 x KB/MS (1x6 pin) 外置 1 x RS-232(DB9) 外置 4 x USB 2.0 外置 4 x USB 3.1 外置 6 x SATA 6Gb/s (RAID 0/1/5/10 supported) 內置 2 x RS-232/422/485 (2x5pin, P=2.54) 內置 3 x RS-232 (2x5 pin, P=2.54)內置
音(yin)頻：3 x Audio jacks (line-out, line-in, mic-in)
擴展接口：2 x PCIe x8 3 x PCIe x4 2x PCI slot 1 x M.2 A key (2230, PCIe x1 & USB 2.0)內置 1 x M.2 M Key (2280, PCIe x2 only)內置
數(shu)字(zi) IO:8-bit digital I/O (2x5 pin)內置
以太(tai)網：LAN1 : Intel® I219LM PCIe controller with AMT 11.0 support 外置 LAN2: Intel® I211AT PCIe controller 外置
電(dian)源供電(dian)：內置 ATX 電(dian)源供電(dian)
操作(zuo)系(xi)統：win10
2.3 交換機
FC708為一光(guang)(guang)八電(dian)(dian)(dian)以太網光(guang)(guang)纖(xian)收發器（亦(yi)稱光(guang)(guang)電(dian)(dian)(dian)介質轉(zhuan)換器），提供8個10/100M自適(shi)應的(de)百兆電(dian)(dian)(dian)口和1個千兆光(guang)(guang)口，符合IEEE802.3、IEEE802.3 u、IEEE802.3z標準。支持兩種類(lei)型的(de)媒體網絡連(lian)接：10Base-T、100Base-TX和1000Base-SX/LX。可(ke)將10Base-T、100Base-TX雙絞線(xian)電(dian)(dian)(dian)信(xin)號(hao)同1000Base-SX/LX光(guang)(guang)信(xin)號(hao)進行(xing)相互轉(zhuan)換。*大(da)傳輸距離(li)120KM，支持雙纖(xian)多(duo)模(mo)、雙纖(xian)單模(mo)和單纖(xian)單模(mo)光(guang)(guang)纖(xian)傳輸。8個電口(kou)支持自動適應10Mbps和(he)100Mbps環(huan)境，便于網絡的(de)升級。
1個(ge)光口支持1000Base-SX/LX千兆光纖傳輸(shu)標準，可(ke)與其它支持1000Base-SX/LX千兆標(biao)準(zhun)的(de)廠家(jia)產品互通，內(nei)置(zhi)**交(jiao)(jiao)換核心，實(shi)現流量控制，減少廣(guang)播包(bao)。支持電口(kou)全(quan)雙工和半雙工傳輸模式，能自動協商。支持雙絞線口(kou)自動交(jiao)(jiao)叉，方便系(xi)統調試(shi)安(an)裝。MAC地址8K,緩(huan)存(cun)1M,*大包長1632B,背(bei)板帶寬7.6G。超低功耗，低發熱，能長時(shi)間(jian)穩定工(gong)作,支持雙纖(xian)多(duo)(duo)模(mo)、雙纖(xian)單模(mo)和單纖(xian)單模(mo)多(duo)(duo)種光纖(xian)口選擇(ze)，擴展了用戶的需(xu)求。整(zheng)機鐵(tie)殼壁掛式(shi)設(she)計，有利設(she)備安裝(zhuang)、散熱。
2.4 數據采集(ji)器
支持以太網傳輸方(fang)式；AD：單(dan)端16路(lu)差分8路(lu) 250K 16位 8K字FIFO 量程：±10V、±5V、±2.5V、0~10V、0~5V；DA：2路(lu) 12位 100K 8K字FIFO 量程：±10.8V、±10V、±5V、0~10.8V、0~10V、0~5V；8路(lu)DI、8路(lu)DO ；1路(lu)獨立(li)減法計數器.
2.5 信(xin)號(hao)調理模塊
S1102D可把PT1000熱電阻傳感器信號調理成0-5V電壓信號。 內含智能線性化 ， 具有長線補償功能， 具有斷線檢測功能，可使用二線制和三線制接法 ， 三端口隔離，DIN T 型導軌安裝。輸出負載電阻：電壓型：≥10KΩ 電流型：0～500Ω ，輸入阻抗：100Ω（MAX） ； 激勵方式：恒流 ；斷線指示：紅燈亮，輸出為量程中間值 ； 隔 離：輸入、輸出及電源三端口相互隔離 ； 響應頻率：10Hz ； 絕緣強度：1500V DC/1 分鐘 ； 電源電壓：10～30V/5V DC + 10% ； 功 耗：1.2W(電壓輸出型) 1.7W(電流輸出型) ； 精 度：0.2%。
S1107可把轉速傳感器頻率信號調理成0-5V電壓信號。輸入、輸出及電源三端口相互隔離 ； 響應頻率10Hz； 絕緣強度：1000V DC/1 分鐘 ； 電源電壓：24VDC + 10% ； 精 度：0.2%。
S1106I 可把0-200A AC電流信號調理成0-5V。輸入負載：0.5VA（MAX），輸出負載電阻：電壓型：≥10KΩ 電流型：0～500Ω ， 隔離：輸入、輸出及電源三端口相互隔離 ； 響應頻率：10Hz ； 電源電壓：24V DC + 10% ；精 度：0.2%。
3. 人(ren)機(ji)交互界面
上(shang)位機軟件包括主界(jie)(jie)(jie)面、傳感器配置界(jie)(jie)(jie)面、振動分(fen)析(xi)界(jie)(jie)(jie)面、實時曲線(xian)界(jie)(jie)(jie)面測(ce)試曲線(xian)界(jie)(jie)(jie)面等(deng)。
3.1界面登錄：打開快捷方式會彈出登陸界面，如下(xia)圖(tu)所示(shi)。
在“權(quan)(quan)限(xian)選擇(ze)”處選擇(ze)操作級別(管理(li)員(yuan)(yuan)和實驗員(yuan)(yuan))，輸(shu)入相應密(mi)(mi)碼(ma)，點(dian)擊(ji)“登錄(lu)”，進 入主控(kong)制界面。 管理(li)員(yuan)(yuan)擁有所(suo)有的操作權(quan)(quan)限(xian)，操作員(yuan)(yuan)只(zhi)具備部分權(quan)(quan)限(xian)。 如需(xu)修改(gai)密(mi)(mi)碼(ma)，則點(dian)擊(ji)“修改(gai)密(mi)(mi)碼(ma)”按鈕，進入修改(gai)密(mi)(mi)碼(ma)界面：
輸(shu)(shu)(shu)入正(zheng)(zheng)確(que)的(de)(de)舊密(mi)(mi)碼(ma)(ma)，然(ran)后(hou)輸(shu)(shu)(shu)入新密(mi)(mi)碼(ma)(ma)，再次(ci)輸(shu)(shu)(shu)入新密(mi)(mi)碼(ma)(ma)，*后(hou)點(dian)擊“修(xiu)改(gai)密(mi)(mi)碼(ma)(ma)”。若(ruo)舊 密(mi)(mi)碼(ma)(ma)正(zheng)(zheng)確(que)，且兩次(ci)輸(shu)(shu)(shu)入的(de)(de)新密(mi)(mi)碼(ma)(ma)一(yi)致，則提示(shi)修(xiu)改(gai)成功，界面仍在密(mi)(mi)碼(ma)(ma)修(xiu)改(gai)界面，點(dian)擊 “退(tui)出”即可退(tui)回到登錄界面。若(ruo)修(xiu)改(gai)失(shi)敗，系統會提示(shi)密(mi)(mi)碼(ma)(ma)錯誤或(huo)者兩次(ci)輸(shu)(shu)(shu)入新密(mi)(mi)碼(ma)(ma) 不一(yi)致，此時可以繼(ji)續修(xiu)改(gai)密(mi)(mi)碼(ma)(ma)，也可以點(dian)擊“退(tui)出”，放棄修(xiu)改(gai)。
3.2 成功登(deng)錄后，系統進入控制主界面，如(ru)下圖(tu)所示
進入控制主(zhu)界面后，請按實際(ji)數據信(xin)息正確輸(shu)入風機(ji)信(xin)息包(bao)括：位置、名稱、 規格型號、編號等以便于后續振動分析、數據記錄。
“導入信(xin)息”用于在已(yi)存(cun)儲(chu)產品信(xin)息的情況下導入相應的數據(ju)。 “手(shou)動(dong)記(ji)(ji)錄”用于手(shou)動(dong)記(ji)(ji)錄當(dang)前試驗數據(ju)。“自動(dong)記(ji)(ji)錄”用于根據(ju)已(yi)設置好時間間隔自動(dong)記(ji)(ji)錄當(dang)前試驗數據(ju)，點擊“停止(zhi)(zhi)記(ji)(ji)錄”則停止(zhi)(zhi)當(dang)前記(ji)(ji)錄存(cun)儲(chu)。 “清空列表”用于**當(dang)前數據(ju)記(ji)(ji)錄表格數據(ju)； 主界面的所記(ji)(ji)錄的數據(ju)將可在測(ce)試曲線界面中調(diao)用顯示；
3.3 實時數據(ju)
通過點擊相應按鈕，可以將界面切換到實時數據界面，如圖所(suo)示(shi)
選擇想要查看(kan)的(de)數據通(tong)道號，通(tong)道選擇好后(hou)點擊“確認選擇”用于相應曲線的(de)篩選觀察。可通(tong)過操作 
對曲線進行拖動、放大、縮小(xiao)、定位等。
3.4 振動(dong)分析
點擊相應按鈕按鈕可(ke)以進入振(zhen)動分析界面。
振動分(fen)(fen)析界面包括：高(gao)速(su)采集、數(shu)據(ju)分(fen)(fen)析、數(shu)據(ju)報(bao)表(biao)、曲(qu)線顯(xian)示、表(biao)格顯(xian)示等區域。 在進行數(shu)據(ju)分(fen)(fen)析前需正(zheng)確設置產品信息及各通道信息。 振動采集流程大致(zhi)如下：高(gao)速(su)采集--數(shu)據(ju)分(fen)(fen)析--數(shu)據(ju)報(bao)表(biao)。
3.2 數據存儲(chu)
采集到的數(shu)據(ju)(ju)(ju)，分析(xi)后的波(bo)形及(ji)頻(pin)譜數(shu)據(ju)(ju)(ju)，以及(ji)報警數(shu)據(ju)(ju)(ju)根據(ju)(ju)(ju)不同(tong)的分類并(bing)行存儲(chu)于數(shu)據(ju)(ju)(ju)庫中(zhong)，方便用戶查閱或抽取對應時間段(duan)數(shu)據(ju)(ju)(ju)進(jin)行手動分析(xi)。
3.3 報警(jing)處(chu)理
具備閾(yu)值比較和報(bao)警源之(zhi)間(jian)邏輯運(yun)算的(de)能力，根(gen)據計(ji)算結果進行相應的(de)報(bao)警處理，如報(bao)警顯(xian)示(shi)、記錄報(bao)警前后的(de)時(shi)域波(bo)形等。
3.4 數據(ju)報(bao)表
通過該模塊，可將歷史數(shu)據按(an)不同類型歸(gui)類篩選(xuan)后(hou)進行導出，導出的(de)文件格(ge)式為Excel。
3.5 數據導入導出
通過該模塊(kuai)，可將服(fu)務器內存儲的各種監測數據進行下(xia)載備(bei)份(fen)，也可以將以前備(bei)份(fen)的數據重(zhong)新導入系統(tong)。
3.6 趨勢分析(xi)
顯示(shi)歷史數據，分析監測部位振動噪聲的走勢(shi)和發(fa)展趨勢(shi)，為預先性維(wei)護提供(gong)依據。
3.7 數據分(fen)析
該(gai)模(mo)塊提供了部分(fen)(fen)手工的信(xin)號分(fen)(fen)析(xi)工具，可在(zai)系(xi)統中對歷史(shi)數據進(jin)(jin)行進(jin)(jin)一步(bu)分(fen)(fen)析(xi)。系(xi)統提供的分(fen)(fen)析(xi)工具主要包括自相關、互相關、離散域、FFT、自譜/互譜分(fen)(fen)析(xi)、積分(fen)(fen)、階(jie)次分(fen)(fen)析(xi)、階(jie)次跟蹤(zong)、軸心軌跡(ji)、瀑布圖(tu)等。
3.8 故障診斷
根(gen)據監測數據，對(dui)旋轉(zhuan)機械的故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)進行分析(xi)診斷。旋轉(zhuan)機械的故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)類型主要包(bao)括不平(ping)衡、不對(dui)中、軸(zhou)(zhou)彎(wan)曲(qu)、軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)外(wai)圈(quan)故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)、軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)內圈(quan)故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)、軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)保持架故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)、軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)滾子(zi)故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)、葉(xie)(xie)輪葉(xie)(xie)片故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)等。