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：

无线自组网系统管理后台

旋转设备

工业局网

关联工控系统

TCP/IP

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：

旋转设备振动在线监测系统

状态数据分析

系

统

管

理

故

障

预

测

诊

断

异

常

告

警

监

视

转动部温度分析劣

化

倾

向

分

析

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故

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诊

断

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周

期

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齿轮喷射润滑分析振

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频

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析

故

障

预

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故

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及

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修

管

理

状

态

综

合

分

析

异

常

告

警

管

理

异

常

告

警

分

析

运

行

负

载

分

析

监

测

设

备

管

理

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：