風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)
1.需求分析
1.1客戶需求：
客戶現(xiàn)場(chǎng)一共有60臺(tái)風(fēng)機(jī)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中高速轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)機(jī)軸承，如果存在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的不平衡，就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，帶來(lái)危害，所以需要對(duì)每一臺(tái)風(fēng)機(jī)的健康狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以達(dá)到實(shí)時(shí)了解風(fēng)機(jī)關(guān)鍵部件的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)設(shè)備關(guān)鍵部件進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)和故障診斷的目的，并為預(yù)先性維護(hù)提供依據(jù)。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境需要監(jiān)測(cè)的物理量有風(fēng)機(jī)軸承座震動(dòng)，溫度以及風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
系統(tǒng)應(yīng)滿足以下需求：
1.能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)安裝在風(fēng)機(jī)軸承座水平，垂直面的壓電傳感器信號(hào)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(duì)安裝在風(fēng)機(jī)軸承座上的PT1000溫度傳感器信號(hào)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(duì)安裝在風(fēng)機(jī)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(duì)電機(jī)輸入電流的監(jiān)測(cè)。
5.對(duì)采集到的的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，分析，進(jìn)行故障診斷，報(bào)警輸出，狀態(tài)顯示，并導(dǎo)出報(bào)表。
1.2 系統(tǒng)組成。
風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)由振動(dòng)傳感器，溫度傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器、數(shù)據(jù)采集器、交換機(jī)、服務(wù)器，上位機(jī)、系統(tǒng)軟件等構(gòu)成。
圖1 風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(hào)
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名稱
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型號(hào)
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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(rèn)發(fā)貨配16G）
硬盤：2.5 寸 480G SSD SATA 硬盤（默認(rèn)）
顯示接口：1個(gè)VGA,1個(gè)DP,1個(gè)HDMI
以太網(wǎng)：2個(gè)
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(jī)
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FC708
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· 8個(gè)電口支持自動(dòng)適應(yīng)10Mbps和100Mbps環(huán)境，便于網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)，1個(gè)光口支持1000Base-SX/LX千兆光纖傳輸標(biāo)準(zhǔn)，可與其它支持1000Base-SX/LX千兆標(biāo)準(zhǔn)的廠家產(chǎn)品互通，超低功耗，低發(fā)熱，能長(zhǎng)時(shí)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：?jiǎn)味?/span>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(dú)立減法計(jì)數(shù)器
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60
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6
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信號(hào)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(dòng)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(tái)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(dú)立 SO-DIMM DDR4 2666/2400MHz內(nèi)存，*大可擴(kuò)展至 64GB。
硬盤：2.5 寸 480G SSD SATA 硬盤（默認(rèn)）
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(kuò)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(jī)
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(gè)10/100M自適應(yīng)的百兆電口和1個(gè)千兆光口，符合IEEE802.3、IEEE802.3 u、IEEE802.3z標(biāo)準(zhǔn)。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(hào)同1000Base-SX/LX光信號(hào)進(jìn)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(gè)電口支持自動(dòng)適應(yīng)10Mbps和100Mbps環(huán)境，便于網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)。
1個(gè)光口支持1000Base-SX/LX千兆光纖傳輸標(biāo)準(zhǔn)，可與其它支持1000Base-SX/LX千兆標(biāo)準(zhǔn)的廠家產(chǎn)品互通，內(nèi)置**交換核心，實(shí)現(xiàn)流量控制，減少?gòu)V播包。支持電口全雙工和半雙工傳輸模式，能自動(dòng)協(xié)商。支持雙絞線口自動(dòng)交叉，方便系統(tǒng)調(diào)試安裝。MAC地址8K,緩存1M,*大包長(zhǎng)1632B,背板帶寬7.6G。超低功耗，低發(fā)熱，能長(zhǎng)時(shí)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(kuò)展了用戶的需求。整機(jī)鐵殼壁掛式設(shè)計(jì)，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：?jiǎn)味?6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(dú)立減法計(jì)數(shù)器.
2.5 信號(hào)調(diào)理模塊
S1102D可把PT1000熱電阻傳感器信號(hào)調(diào)理成0-5V電壓信號(hào)。 內(nèi)含智能線性化 ， 具有長(zhǎng)線補(bǔ)償功能， 具有斷線檢測(cè)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(fù)載電阻：電壓型：≥10KΩ 電流型：0～500Ω ，輸入阻抗：100Ω（MAX） ； 激勵(lì)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(qiáng)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(hào)調(diào)理成0-5V電壓信號(hào)。輸入、輸出及電源三端口相互隔離 ； 響應(yīng)頻率10Hz； 絕緣強(qiáng)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(hào)調(diào)理成0-5V。輸入負(fù)載：0.5VA（MAX），輸出負(fù)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(jī)交互界面
上位機(jī)軟件包括主界面、傳感器配置界面、振動(dòng)分析界面、實(shí)時(shí)曲線界面測(cè)試曲線界面等。
3.1界面登錄：打開快捷方式會(huì)彈出登陸界面，如下圖所示。
在“權(quán)限選擇”處選擇操作級(jí)別(管理員和實(shí)驗(yàn)員)，輸入相應(yīng)密碼，點(diǎn)擊“登錄”，進(jìn) 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(diǎn)擊“修改密碼”按鈕，進(jìn)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(diǎn)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(diǎn)擊 “退出”即可退回到登錄界面。若修改失敗，系統(tǒng)會(huì)提示密碼錯(cuò)誤或者兩次輸入新密碼 不一致，此時(shí)可以繼續(xù)修改密碼，也可以點(diǎn)擊“退出”，放棄修改。
3.2 成功登錄后，系統(tǒng)進(jìn)入控制主界面，如下圖所示
進(jìn)入控制主界面后，請(qǐng)按實(shí)際數(shù)據(jù)信息正確輸入風(fēng)機(jī)信息包括：位置、名稱、 規(guī)格型號(hào)、編號(hào)等以便于后續(xù)振動(dòng)分析、數(shù)據(jù)記錄。
“導(dǎo)入信息”用于在已存儲(chǔ)產(chǎn)品信息的情況下導(dǎo)入相應(yīng)的數(shù)據(jù)。 “手動(dòng)記錄”用于手動(dòng)記錄當(dāng)前試驗(yàn)數(shù)據(jù)。“自動(dòng)記錄”用于根據(jù)已設(shè)置好時(shí)間間隔自動(dòng)記錄當(dāng)前試驗(yàn)數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊“停止記錄”則停止當(dāng)前記錄存儲(chǔ)。 “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(cè)試曲線界面中調(diào)用顯示；
3.3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)
通過點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕，可以將界面切換到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面，如圖所示
選擇想要查看的數(shù)據(jù)通道號(hào)，通道選擇好后點(diǎn)擊“確認(rèn)選擇”用于相應(yīng)曲線的篩選觀察。可通過操作 
對(duì)曲線進(jìn)行拖動(dòng)、放大、縮小、定位等。
3.4 振動(dòng)分析
點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕按鈕可以進(jìn)入振動(dòng)分析界面。
振動(dòng)分析界面包括：高速采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)報(bào)表、曲線顯示、表格顯示等區(qū)域。 在進(jìn)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(dòng)采集流程大致如下：高速采集--數(shù)據(jù)分析--數(shù)據(jù)報(bào)表。
3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
采集到的數(shù)據(jù)，分析后的波形及頻譜數(shù)據(jù)，以及報(bào)警數(shù)據(jù)根據(jù)不同的分類并行存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便用戶查閱或抽取對(duì)應(yīng)時(shí)間段數(shù)據(jù)進(jìn)行手動(dòng)分析。
3.3 報(bào)警處理
具備閾值比較和報(bào)警源之間邏輯運(yùn)算的能力，根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警處理，如報(bào)警顯示、記錄報(bào)警前后的時(shí)域波形等。
3.4 數(shù)據(jù)報(bào)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(jìn)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(chǔ)的各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)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(shì)分析
顯示歷史數(shù)據(jù)，分析監(jiān)測(cè)部位振動(dòng)噪聲的走勢(shì)和發(fā)展趨勢(shì)，為預(yù)先性維護(hù)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(hào)分析工具，可在系統(tǒng)中對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)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(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障進(jìn)行分析診斷。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障類型主要包括不平衡、不對(duì)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。