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
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序號
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名稱
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型號
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參數(shù)
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數(shù)量
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1
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服務(wù)器
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IPC-8362A
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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
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1
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2
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千兆網(wǎng)交換機
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FC708
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· 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，
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20
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3
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數(shù)據(jù)采集器
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NET5621A
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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
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60
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6
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信號調(diào)理模塊
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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：100mV/g,頻響：0.3～10KHz
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132
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PM18-D1100V2-Y4L2/C6
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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。
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60
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HS-TP08
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溫度傳感器 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
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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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開關(guān)電源
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EDR-120
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導(dǎo)軌安裝開關(guān)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(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，*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。*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**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,*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：24VDC + 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 ， 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，*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)。“自動記錄”用于根據(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**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。可通過操作 
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)。
3.7 數(shù)據(jù)分析
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。