風(fēng)機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)
1.需求分析
1.1客戶需求:
客戶現(xiàn)場一共有60臺風(fēng)機,設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中高速轉(zhuǎn)動的風(fēng)機軸承,如果存在轉(zhuǎn)動慣量的不平衡,就會產(chǎn)生振動,帶來危害,所以需要對每一臺風(fēng)機的健康狀態(tài)進行監(jiān)測,以達到實時了解風(fēng)機關(guān)鍵部件的運行狀態(tài),對設(shè)備關(guān)鍵部件進行故障監(jiān)測和故障診斷的目的,并為預(yù)先性維護提供依據(jù)。
根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境需要監(jiān)測的物理量有風(fēng)機軸承座震動,溫度以及風(fēng)機的轉(zhuǎn)速。
系統(tǒng)應(yīng)滿足以下需求:
1.能夠?qū)崿F(xiàn)對安裝在風(fēng)機軸承座水平,垂直面的壓電傳感器信號的采集,分辨率不低于16位,采樣率不低于10KHz。
2.能夠?qū)崿F(xiàn)對安裝在風(fēng)機軸承座上的PT1000溫度傳感器信號的采集,分辨率不低于16位,采樣不低于10Hz;
3.能夠?qū)崿F(xiàn)對安裝在風(fēng)機側(cè)軸上的轉(zhuǎn)速傳感器數(shù)據(jù)的采集,轉(zhuǎn)速范圍0~600,000 RPM ,脈沖輸出TTL 脈沖輸出,高電平約為+5V,低電平約為 0V;
4.能夠?qū)崿F(xiàn)對電機輸入電流的監(jiān)測。
5.對采集到的的數(shù)據(jù)進行存儲,分析,進行故障診斷,報警輸出,狀態(tài)顯示,并導(dǎo)出報表。
1.2 系統(tǒng)組成。
風(fēng)機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)由振動傳感器,溫度傳感器,轉(zhuǎn)速傳感器、數(shù)據(jù)采集器、交換機、服務(wù)器,上位機、系統(tǒng)軟件等構(gòu)成。
圖1 風(fēng)機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)
2. 硬件方案
2.1硬件配置清單
表2 件配置清單
序號 | 名稱 | 型號 | 參數(shù) | 數(shù)量 |
1 | 服務(wù)器 | IPC-8362A | 處理器:14nm LGA1151 Intel? 8th Core ? i7-8700,內(nèi)存:DDR4 SDRAM Unbuffered DIMMs supported up to 64GB (默認發(fā)貨配16G) 硬盤:2.5 寸 480G SSD SATA 硬盤(默認) 顯示接口:1個VGA,1個DP,1個HDMI 以太網(wǎng):2個 電源供電:內(nèi)置 ATX 電源供電 操作系統(tǒng):win10 | 1 |
2 | 千兆網(wǎng)交換機 | FC708
| · 8個電口支持自動適應(yīng)10Mbps和100Mbps環(huán)境,便于網(wǎng)絡(luò)的升級,1個光口支持1000Base-SX/LX千兆光纖傳輸標準,可與其它支持1000Base-SX/LX千兆標準的廠家產(chǎn)品互通,超低功耗,低發(fā)熱,能長時間穩(wěn)定工作,支持雙纖多模、雙纖單模和單纖單模多種光纖口選擇, | 20 |
3 | 數(shù)據(jù)采集器 | NET5621A | 支持以太網(wǎng)、USB數(shù)據(jù)傳輸方式;AD:單端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路獨立減法計數(shù)器 | 60 |
6 | 信號調(diào)理模塊 | S1102D | 輸入PT100 、PT1000、Cu50、Cu100、G53、BA1、BA2輸出:0~5V 0~10V 0~10mA 0~20mA 4~20mA | 60 |
S1107 | 頻率輸入,輸出0-10V | 60 | ||
S1106I | 輸入0-200A AC 輸出0~5V 0~10V | 60 | ||
7 | 傳感器 | CA-YD-170 | 震動傳感器 量程:±50g,靈敏度:100mV/g,頻響:0.3~10KHz | 132 |
PM18-D1100V2-Y4L2/C6 | 轉(zhuǎn)速傳感器供電DC:+12~+30V, 大工作電流 15mA ,安裝間隙2~4 mm ,轉(zhuǎn)速范圍0~600,000 RPM ,脈沖輸出TTL 脈沖輸出,高電平約為+5V,低電平約為 0V。 | 60 | ||
HS-TP08 | 溫度傳感器 PT1000 溫度范圍-70°C-500°C | 60 | ||
8 | 顯示器 | C27B1H | AOC 27英寸1700R曲面高清臺式電腦顯示屏幕 | 1 |
9 | 開關(guān)電源 | EDR-120 | 導(dǎo)軌安裝開關(guān)電源 | 60 |
10 | 耗材 |
2.2 服務(wù)器
IPC-8362是一款支持14nm LGA1151 Intel? 8th Core ? i7-8700的工業(yè)電腦。配置2組獨立 SO-DIMM DDR4 2666/2400MHz內(nèi)存,最大可擴展至 64GB。
硬盤:2.5 寸 480G SSD SATA 硬盤(默認)
顯示接口:1 x VGA (up to 1920 x 1080@60Hz)外置 1 x DP++ (up to 4096 x 2304@60Hz)外置 1 x HDMI (up to 4096 x 2304@30Hz)外置 1 x Displayport (up to 4096 x 2304@60Hz) 內(nèi)置
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(nèi)置 2 x RS-232/422/485 (2x5pin, P=2.54) 內(nèi)置 3 x RS-232 (2x5 pin, P=2.54)內(nèi)置
音頻: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(nèi)置 1 x M.2 M Key (2280, PCIe x2 only)內(nèi)置
數(shù)字 IO:8-bit digital I/O (2x5 pin)內(nèi)置
以太網(wǎng):LAN1 : Intel? I219LM PCIe controller with AMT 11.0 support 外置 LAN2: Intel? I211AT PCIe controller 外置
電源供電:內(nèi)置 ATX 電源供電
操作系統(tǒng):win10
2.3 交換機
FC708為一光八電以太網(wǎng)光纖收發(fā)器(亦稱光電介質(zhì)轉(zhuǎn)換器),提供8個10/100M自適應(yīng)的百兆電口和1個千兆光口,符合IEEE802.3、IEEE802.3 u、IEEE802.3z標準。支持兩種類型的媒體網(wǎng)絡(luò)連接:10Base-T、100Base-TX和1000Base-SX/LX。可將10Base-T、100Base-TX雙絞線電信號同1000Base-SX/LX光信號進行相互轉(zhuǎn)換。最大傳輸距離120KM,支持雙纖多模、雙纖單模和單纖單模光纖傳輸。8個電口支持自動適應(yīng)10Mbps和100Mbps環(huán)境,便于網(wǎng)絡(luò)的升級。
1個光口支持1000Base-SX/LX千兆光纖傳輸標準,可與其它支持1000Base-SX/LX千兆標準的廠家產(chǎn)品互通,內(nèi)置高效交換核心,實現(xiàn)流量控制,減少廣播包。支持電口全雙工和半雙工傳輸模式,能自動協(xié)商。支持雙絞線口自動交叉,方便系統(tǒng)調(diào)試安裝。MAC地址8K,緩存1M,最大包長1632B,背板帶寬7.6G。超低功耗,低發(fā)熱,能長時間穩(wěn)定工作,支持雙纖多模、雙纖單模和單纖單模多種光纖口選擇,擴展了用戶的需求。整機鐵殼壁掛式設(shè)計,有利設(shè)備安裝、散熱。
2.4 數(shù)據(jù)采集器
支持以太網(wǎng)傳輸方式;AD:單端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路獨立減法計數(shù)器.
2.5 信號調(diào)理模塊
S1102D可把PT1000熱電阻傳感器信號調(diào)理成0-5V電壓信號。 內(nèi)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(dǎo)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(yīng)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(zhuǎn)速傳感器頻率信號調(diào)理成0-5V電壓信號。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(yīng)頻率:10Hz ; 絕緣強度:1000V DC/1 分鐘 ; 電源電壓:24V DC + 10% ; 精 度:0.2%。
S1106I 可把0-200A AC電流信號調(diào)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 ,輸入信號頻率:40-60Hz 隔 離:輸入、輸出及電源三端口相互隔離 ; 響應(yīng)頻率:10Hz ; 電源電壓:24V DC + 10% ;精 度:0.2%。
3. 人機交互界面
上位機軟件包括主界面、傳感器配置界面、振動分析界面、實時曲線界面測試曲線界面等。
3.1界面登錄:打開快捷方式會彈出登陸界面,如下圖所示。
在“權(quán)限選擇”處選擇操作級別(管理員和實驗員),輸入相應(yīng)密碼,點擊“登錄”,進 入主控制界面。 管理員擁有所有的操作權(quán)限,操作員只具備部分權(quán)限。 如需修改密碼,則點擊“修改密碼”按鈕,進入修改密碼界面:
輸入正確的舊密碼,然后輸入新密碼,再次輸入新密碼,最后點擊“修改密碼”。若舊 密碼正確,且兩次輸入的新密碼一致,則提示修改成功,界面仍在密碼修改界面,點擊 “退出”即可退回到登錄界面。若修改失敗,系統(tǒng)會提示密碼錯誤或者兩次輸入新密碼 不一致,此時可以繼續(xù)修改密碼,也可以點擊“退出”,放棄修改。
3.2 成功登錄后,系統(tǒng)進入控制主界面,如下圖所示
進入控制主界面后,請按實際數(shù)據(jù)信息正確輸入風(fēng)機信息包括:位置、名稱、 規(guī)格型號、編號等以便于后續(xù)振動分析、數(shù)據(jù)記錄。
“導(dǎo)入信息”用于在已存儲產(chǎn)品信息的情況下導(dǎo)入相應(yīng)的數(shù)據(jù)。 “手動記錄”用于手動記錄當(dāng)前試驗數(shù)據(jù)?!白詣佑涗洝庇糜诟鶕?jù)已設(shè)置好時間間隔自動記錄當(dāng)前試驗數(shù)據(jù),點擊“停止記錄”則停止當(dāng)前記錄存儲。 “清空列表”用于清除當(dāng)前數(shù)據(jù)記錄表格數(shù)據(jù); 主界面的所記錄的數(shù)據(jù)將可在測試曲線界面中調(diào)用顯示;
3.3 實時數(shù)據(jù)
通過點擊相應(yīng)按鈕,可以將界面切換到實時數(shù)據(jù)界面,如圖所示
選擇想要查看的數(shù)據(jù)通道號,通道選擇好后點擊“確認選擇”用于相應(yīng)曲線的篩選觀察??赏ㄟ^操作 對曲線進行拖動、放大、縮小、定位等。
3.4 振動分析
點擊相應(yīng)按鈕按鈕可以進入振動分析界面。
振動分析界面包括:高速采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)報表、曲線顯示、表格顯示等區(qū)域。 在進行數(shù)據(jù)分析前需正確設(shè)置產(chǎn)品信息及各通道信息。 振動采集流程大致如下:高速采集--數(shù)據(jù)分析--數(shù)據(jù)報表。
3.2 數(shù)據(jù)存儲
采集到的數(shù)據(jù),分析后的波形及頻譜數(shù)據(jù),以及報警數(shù)據(jù)根據(jù)不同的分類并行存儲于數(shù)據(jù)庫中,方便用戶查閱或抽取對應(yīng)時間段數(shù)據(jù)進行手動分析。
3.3 報警處理
具備閾值比較和報警源之間邏輯運算的能力,根據(jù)計算結(jié)果進行相應(yīng)的報警處理,如報警顯示、記錄報警前后的時域波形等。
3.4 數(shù)據(jù)報表
通過該模塊,可將歷史數(shù)據(jù)按不同類型歸類篩選后進行導(dǎo)出,導(dǎo)出的文件格式為Excel。
3.5 數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出
通過該模塊,可將服務(wù)器內(nèi)存儲的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)進行下載備份,也可以將以前備份的數(shù)據(jù)重新導(dǎo)入系統(tǒng)。
3.6 趨勢分析
顯示歷史數(shù)據(jù),分析監(jiān)測部位振動噪聲的走勢和發(fā)展趨勢,為預(yù)先性維護提供依據(jù)。
該模塊提供了部分手工的信號分析工具,可在系統(tǒng)中對歷史數(shù)據(jù)進行進一步分析。系統(tǒng)提供的分析工具主要包括自相關(guān)、互相關(guān)、離散域、FFT、自譜/互譜分析、積分、階次分析、階次跟蹤、軸心軌跡、瀑布圖等。
3.8 故障診斷
根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù),對旋轉(zhuǎn)機械的故障進行分析診斷。旋轉(zhuǎn)機械的故障類型主要包括不平衡、不對中、軸彎曲、軸承外圈故障、軸承內(nèi)圈故障、軸承保持架故障、軸承滾子故障、葉輪葉片故障等。