旋转设备振动在线监测系统

旋转设备振动在线系统
技术方案
合肥优尔电子科技有限公司
2016. 8
一．现状分析
随着我国工业现代化进程的加快，对于连续生产的企业而言，大型旋转设备的稳定运行十分重要，一旦发生故障，都有可能导致整个生产线停机，造成极大的损失。

这种损失可达每小时数十万元之巨，特别是生产过程智能控制系统的采用，对关键设备安全运行的依赖程度越来越高，因此，对这些设备进行在线监测就显得非常重要。

各种旋转设备运转过程中各零部件磨损并非相同，随其工作条件而异，但磨损的发展是有其规律的，如果能够对设备受到的这种磨损失效规律进行掌握，设备各零部件的相对运动趋势将反应出振动、温度、声音的连锁效应，使我们提前知晓设备各项功能发生改变的趋势与结果。

国网铜陵发电有限公司拥有多种大、中、小型旋转设备，其较多旋转设备占据着生产中的核心地位。

二、系统架构
旋转设备振动在线监测系统，通过无线自组网和现场总线的方式，将从各传感单元采集的数据汇集到管理后台，通过计算机系统处理实现应用服务，计算机系统主要由数据前端设备、服务器机和管理端PC组成。

系统拓扑如下图所示：
三、振动采集终端
3.1振动传感器
在旋转设备两端轴座（具体部位可根据现场情况确定）设置两组三维（X、Y、Z方向）加速度振动传感器，测量振动位移矢量，监测主轴与轴瓦（轴座）之间的轴向、径向游离与波动情况。

振动传感器利用压电晶体的正压电效应，当压电晶体在一定方向的外力作用下，它的晶体面产生电压，采集电路检测出这个电压值后换算成受力大小F，由
公式a=F/m可以得出瞬间加速度大小a，对加速度二次积分得出瞬间位移量，从而得出被测对象振动频谱和振动位移。

主要技术参数：
●传感器类型：IEPE
●灵敏度：100mV/g?
●加速度量程：?0.1～100mm/s2
●速度量程：0.1～250mm/s
●位移量程：1～3000μm
●频率范围：0.3～12000Hz（±10%)
●谐振点: 27kHz
●分辨率：?0.001g
●非线性：≤1%
●横向灵敏度：≤3%
●恒定电流：4mA
●输出阻抗：＜100Ω
●激励电压：DC24V
●温度范围：-40～+80℃
●放电时间常数：≥1秒
3.2振动采集器
?YT-400?振动采集器是合肥优尔电子科技自主研发的一款高性能IEPE类传感器信号采集终端，内置了传感器所需的恒流激励和信号调理电路，可以不需外部的信号调理器而直接采集IEPE传感器的输出信号。

YT-400具有四路大量程、高采样率、低噪声的高性能同步信号采集通道。

每个通道的量程为±10V，采样率高达128Ksps，并能保证实时传输到后台服务器进行显示与分析。

通过高性能ADC和先进的DSP信号处理技术，使YT-400具备极低的采样噪声，在1Ksps 采样率下采样噪声峰峰值仅为0.00004V，满量程信号的信噪比高达50万。

多通道、高采样率和低噪声和同步采样使YT-400能够满足科研与生产中高端信号监测的需要。

?
YT-400系列采用跨平台通用的动态链接库作为驱动函数接口，可工作在
Server 03/Server 08/Win2000/XP/WIN 7/WIN 8 等操作系统下，支持VB, VC, C++Builder, Dephi，LabVIEW，Matlab等大多数编程语言。

主要技术参数：
?输入通道
➢4路同步采集通道
➢支持IEPE（ICP）类传感器
➢BNC接线端子
➢?交流输入
IEPE调理
➢输出电流：恒定4mA
➢驱动电压：24V
➢隔直电容：10微法
???电压量程
➢-10.5V到+10.5V
???采样率
➢128K、64K、32K、16K、8K、4K、2K、1K八档可调
???分辨率
➢128K采样率下，噪声峰峰值< 400微伏，无噪声分辨率15.7bit；噪声有效值< 60微伏，有效分辨率18.6bit，信噪比103dB；
➢64K采样率下，噪声峰峰值< 250微伏，无噪声分辨率16.2bit；噪声有效值< 38微伏，有效分辨率19.0bit，信噪比105dB；
➢32K采样率下，噪声峰峰值< 150微伏，无噪声分辨率17.0bit；噪声有效值< 23微伏，有效分辨率19.8bit，信噪比109dB；
➢16K采样率下，噪声峰峰值< 100微伏，无噪声分辨率17.7bit；噪声有效值< 16微伏，有效分辨率20.6bit，信噪比113dB；
➢8K采样率下，噪声峰峰值< 70微伏，无噪声分辨率18.4bit；噪声有效值< 10微伏，有效分辨率21.3bit，信噪比115dB；
➢?4K采样率下，噪声峰峰值< 50微伏，无噪声分辨率18.6bit；噪声有效值< 9微伏，有效分辨率21.5bit，信噪比117dB；
➢2K采样率下，噪声峰峰值< 40微伏，无噪声分辨率18.9bit；噪声有效值< 6微伏，有效分辨率21.8bit，信噪比121dB；
➢1K采样率下，噪声峰峰值< 35微伏，无噪声分辨率19.0bit；噪声有效值< 5微伏，有效分辨率21.9bit，信噪比123dB；
???缓存
➢DAQ Buffer：192K Bytes
➢FIFO? ：1K Bytes
四、后台监测软件
4.1 软件功能
后台软件实现的功能如下图所示：
4.2 系统主要功能概述
（1）实时状态监测
在旋转设备示意图相应监测部位实时显示设备振动峰峰值，及时反映设备当前运转情况和运行状态。

点击监测点可进一步显示每个监测点振动变化曲线以及频谱图。

下图为实时状态图案例：
下图为振动频谱时域图案例：
（2）异常告警管理
在实时状态监测时对状态数据进行阈值分析，超出阈值或装备规格标准时自动进行异常告警，在实时监测图中通过变化红色告警提示，可以以声音形式提示用户。

提供对历史告警数据进行查询、分类统计和比较。

（3）振动数据分析
通过对历史状态数据的分类、梳理和模拟，进行时序分析直观描述，对设备状态及变化趋势进行分析，绘制趋势曲线，来展现设备状态重要数据点的变化情况。

下图为监测数据拟合图案例：
（4）故障预测诊断
根据预先设置的故障线阈值和劣变规律，进行劣化倾向的定量化管理，基于在／离线数据分析对象设备的劣化倾向程度和减损量的变化趋势，通过周期性对设备劣化倾向进行检测记录，按时间绘制成图表和曲线，拟合其变化趋势，预测最佳检修周期和更换周期，为制定设备检修计划提供依据。

根据旋转设备的部件参数和运行参数(转速/轴承类型及型号/齿轮齿数等)，自动计算出轴承内圈、外圈、保持架、滚动体的故障频率，结合轴承水平、垂直、径向的时域波形和频谱波形，判断可能故障，如不平衡、不对中、松动、齿轮磨损等；并结合专家数据库中前期积累的知识和经验等数据，为有效地诊断轴承的故障提供参考。

（5）系统管理
提供对旋转设备及监测部位、技术参数等基本信息维护，提供对采集网络、采集周期等采集基本信息维护，提供对系统用户及权限配置等系统基础功能。

五、实施单位简介
合肥优尔电子科技有限公司，是由中国科技大学多名博士基于科研成果产业化发起并组建的创新型企业，位于合肥高新区国家大学科技园，系国家“高新技术”企业和安徽省“双软认证”企业，公司管理体系通过GB/T 19001-2008/ ISO 9001:2008认证，并且正在按照CMMI 1.3集成模型框架管理和改进工程过程，建立高标准、高效率、低成本的软件成果产业化机制。

企业致力于能源电力、化工建材和冶金制造等工业企业信息化与工业化融合技术开发应用，拥有多项核心技术成果和数十项自主知识产权，具有高水平的系统技术集成能力和嵌入式产品开发经验，其专业技术处于国内领先水平。

企业主要产品为：工业一体化智能巡检仪、分布式无线采集器、无线数据中继器、数据收发器、综合环境数据探测器等工业移动计算终端，并基于专业化终端产品为用户定制工业设备点巡检系统、设备状态监测与故障诊断系统、企业能源管理系统、煤场数字化及燃煤优化配比管理系统、设备远程监测系统等应用方案与工程实施。

作为中国科技大学数据融合实验室的校外基地，企业建立了完备的“产学研”技术开发体系，拥有学风严谨、技术精湛的研发团队，在涉及工控信息化领域的多个研究方向具备学科领头和创新能力。

多数员工具有电子信息工程、计算机科学技术和工业控制与自动化等方向良好的教育背景和从业经验。

在对业务及需求不断深入理解的基础上，快捷并针对性地为用户提供专业的信息化整体解决方案和周到的技术服务。

通过精心研发和细微服务，企业陆续推出的产品与技术分别在多家大型国企投入应用，接受长期运行考验，充分满足了用户需求，提高了生产管理效率，获得了普遍赞誉。

企业仍将不断努力进取，加快先进技术的产业化实施，全心全意为用户服务，为中国工业企业的现代化转型竭尽全力。