OG风机状态监测与故障诊断系统设计(4.13日修改论文)

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1、前言 现代机械设备发展的一个明显趋势是向大型化、高速化、连续化和自动化方向发展,因此设备的功能愈来愈多,性能指标愈来愈高,组成和结构愈来愈困难,这样使得对设备管理要求也愈来愈高.一方面促进了生产,极大提高了生产率,改善了产品质量,降低了生产成本和改善了工人劳动条件,同时也节约了能源和精简了人员.另一方面也潜藏着一个很大的危机,即一旦发生设备事故,所造成的干脆、间接损失是特别严峻的.譬如大型钢铁联合企业,它的生产链简洁说包括矿石烧结(焦煤炼焦)-炼铁炼钢轧钢,以及配套的动力厂;以上任何一个环节产生问题,将干脆或间接影响整个钢铁企业的产量及效益.为提高设备的利用率,削减设备事故的发生,各大型企业的

2、设备行业都渐渐重视了设备的预知修理,尽量避开设备的突发事故对企业造成的危胁;而预知修理的关健是要有一套好用有效的设备故障诊断技术,因此近年来设备故障诊断技术得到了长足的发展,设备诊断从传统的以”眼看、耳听、鼻闻、手摸”的阅历诊断已渐渐过渡到用精密仪器离线或在线的电子诊断,并加上专家诊断系统的对比,本文即是对设备故障诊断技术的一个有益尝试,并得到了预期的效果. 第一章 概述1.1 状态监测和故障诊断的目的.提高设备的平安性、降低事故的损失、削减维护成本、提高经济效益的有效方法，对确保设备的平安运行、提高产品质量、节约修理费用以及防止环境污染。因此，在生产中运用设备状态监测和故障诊断技术，可降低设

3、备突发故障的发生和修理费用的削减，给企业带来巨大的经济效益。 1.2 发展设备诊断技术的重要意义.从下面四个方面论述: 提高设备管理水平“管好、用好、修好”设备，不仅是保证简洁再生产的必不行少的条件，而且对提高企业经济效益，推动国民经济持续、稳定、协调地发展，有着极其重要的意义。而设备的状态监测与故障诊断是提高设备管理水平的一个重要组成部分。1.2.2 提高设备的牢靠性与修理性，保证生产的连续性 在冶金企业，将设备的牢靠性问题，已经提高到生产同样重要高度（而不是单纯的追求生产指标,而不顾一切）。因为它要求工作连续性强及平安牢靠性要求高,设备不行靠,将引起整条生产线的停产或减产,干脆威逼到企业的

4、效益；解决设备牢靠性问题，须要领导重视设备的状态监测与故障诊断，要舍得投入资金、技术、人力资源去探讨、现场调查、状态监测、故障分析、数据积累、修理阅历等多种方法，探讨系统寿命，探讨部件与系统的牢靠性，探讨部件与系统发生故障的机理，探讨故障的发展过程，干脆歼灭故障，以增进设备的运行牢靠性、延长设备寿命，改善设备修理性，达到提高系统效能、降低系统寿命周期费用（LCC）的目的等一系列工作。这对保证生产特别重要的意义1.2.3 避开重大事故的发生，削减事故危害性 现代化工业生产中重大事故的发生，不仅仅会造成重大的经济损失，往往给人们带来重大的灾难。近十多年来，在国际上先后发生过几起使人难忘的引起全球很

5、大振动的严峻事故，例如：（1）1979年3月美国三里岛核电站由于系统误推断和误操作，导致堆芯严峻漏损、放射性物质释放，不仅造成几十亿美元的经济损失，而且因公害引起居民示威抗议游行，迫使国会出面干预调停。事务震撼了世界。(2)1986年1月28日美国“挑战者”号航天飞机由于燃料助推火箭密封圈泄漏而发生爆炸，造成七名宇航员丧生并导致美国宇航支配推迟两年的严峻后果，其经济损失就更无法估量。(3)1986年4月27日前苏联切尔诺贝利核电站四号机组发生严峻振动而造成核泄漏，致使2000多人死亡，经济损失达30亿美元以上并引起国际上普遍关注。(4)从国内来讲，2023年辽宁铁岭市特钢厂发生钢水包丢落事故，

6、 造成三十多人死亡的特大事故，事故的缘由也是设备缘由造成的。(5)钢铁厂因设备事故的损失也是相当惊人的，据有关方面统计，2023年1-12月国内因设备事故造成干脆经济损失达1100万元以上。类似以上的设备事故每年都有大量报道，它反复提示人们，为了避开设备事故，保障人身和设备的平安，必需马上发展设备诊断技术的探讨，尽快在重要的设备现场有效开展设备监测诊断技术已是燃眉之急了。1.3 设备状态监测与故障故障技术的发展及趋势90年头以来，高档微机不断更新且价格快速下降，适合数字信号处理的计算方法不断优化，使数据处理速度大为提高，为在工业现场干脆应用状态监测技术创建了条件。丹麦、美国、德国、日本等发达国

7、家的专家学者对旋转机械工作状态监测技术进行了深化探讨，研制出不同系统。该类系统以丹麦 B&K公司的2520型振动监测系统、美国BENTLY 公司的3300 系列振动监测系统、美国亚特兰大公司的M6000系统为代表已经达到较高的水平。在功能上比较典型的系统之一是丹麦B&K公司的2520型振动监测系统(vibrati on monitor-type 2520)，主要功能有：自动谱比较并进行故障预警报警；对6和23恒百 分比带宽谱进行速度补偿；幅值增长趋势图显示； 三维谱图显示；振动总均方根值(振动 烈度)计算；支持局域网。美国IRD公司的IQ2000系统可认为是至今为止有报道的功能最齐全的监测与诊

8、断系统。 我国在工业部门中开展状态监测技术探讨的工作起步于1986年，在此之前从国外引进的大型机组，一般都购置了监测系统。而在自行研制的国产设备上，若选用国外的监测系统，由于 价格异样昂贵而难以接受。80年头中后期以来，我国有关探讨院所、高等院校和企业起先自 行或合作探讨旋转机械状态监测技术，无论在理论探讨、测试技术和仪器研制方面，都取得了成果，并开发出相应的设备状态监测系统。如：西安交通高校、浙江高校、北京理工高校、北京机械工业学院等；近十几年来，我国设备故障诊断技术快速发展，以现代信息技术、振动诊断技术和智能专家系统为主的设备诊断新技术已日益广泛应用于旋转机械、往复机械、齿轮、轴承直至空间

9、飞行器和核电站的平安检测和诊断中，正在变更我国传统的设备修理体制，逐步实现了从“定期修理”向更合理的“视情修理”、“状态修理”和“预知修理”转变，为现代工业降低生产成本供应了重要途径。1.4 本毕业设计论文的主要探讨内容和内容支配。本课题着重针对风机机械，以揭示风机设备的机械动态特性为手段，探讨了风机在线监测及预料的方法，以及相应的软件系统和硬件系统。通过对风机设备运行和发展状态的在线检测，实现了对风机设备状态自动分析和推断，对风机械设备状态发展进行在线趋势预料，详细完成的主要内容如下： (1)提出了风机机械设备状态在线监测及预料的总体方案和技术路途，选择合适的传感器、数据采集、现代信号处理、

10、人工智能以及硬件、软件的有关技术。状态监 测探讨主要考虑的是针对随机性故障，状态预料探讨主要考虑的是针对趋势性故障、可预知故障。 (2)在故障分析和预报方法的探讨上，考虑到传统的布尔逻辑识别、FTA方法(故障树分析法) ，因为识别实力差、判据不足，不能满足要求。采纳了波形-频谱系统分析、倒频谱分析、相关分析等技术。 (3)从特征信号中提取有关机组状态的信息；选择的风机设备状态敏感因子(特征参数)具有较高灵敏度、较高识别实力，实行合适的敏感因子提取装置、提取方式及提取方法。 (4)提出了风机机械设备状态正常与否的准则，选择了平安评定的标准，确定了对机械设备整体状态及主要零部件状态分别评价的判据；

11、供应能对异样状况做出推断的方法。 (5)探讨了风机设备状态在线分析及自动判别的技术，能依据历史档案、专家阅历、客观依据，实现机械设备状态决策推断自动化；探讨的风机设备状态自动判别智能专家系统，可克服转速波动影响；开发了振动频谱在线时域、频域报警新技术。 (6)探讨了风机机械设备常见故障特征，建立了风机故障缘由集以及故障推理机制。 (7)为对风机设备实行现代预知维护供应科学依据和手段，探讨了趋势预料的方法。除对风机设备整体进行趋势预料外，探讨了对风机设备各重要部件进行趋势预料的方法。 (8)阐述了智能故障诊断系统在风机故障的应用,探讨出适于预料用途的新型神经网络模型。 (9)为进行风机机械状态在

12、线监测及预料技术的试验探讨，研制完成具有典型机械结构和现代测试分析功能的新型试验系统，该试验系统应能模拟典型旋转机械的运行状态，能再现故障发展过程和预料发展趋势。 (10)以风机机械设备为对象进行了工业现场的实践验证，并对验证结果进行了分析。其次章 风机(一般旋转机械)的常见故障机理探讨,主要包括设备故障缘由,表现征兆,故障诊断分析方法风机是一种将原动机的机械能转换为输送气体、赐予气体能量的机械，它是冶金企业中不行少的机械设备，在我厂主要有送风机、引风机及降温用的轴流风机等，消耗电能约占我厂用电量的1530。在实际运行中，风机，特殊是引风机由于运行条件较恶劣，故障率较高，据有关统计资料，引风机

13、平均每年发生故障为2次，送风机平均每年发生故障为04次，从而导致机组非支配停运或减负荷运行。因此，快速推断风机运行中故障产生的缘由，实行得力措施解决是冶金企业连续平安运行的保障。虽然风机的故障类型繁多，缘由也很困难，但依据我厂调查实际运行中风机故障较多的是：轴承振动过大、轴承过热、轴承磨损或损坏、流量不足或压力不足等。2.1 风机轴承振动过大风机轴承振动是运行中常见的故障，风机的振动会引起轴承和叶片损坏、螺栓松动、机壳和风道损坏等故障，严峻危及风机的平安运行。风机轴承振动过大导致超标的缘由较多，如能针对不同的现象分析缘由实行恰当的处理方法，往往能起到事半功倍的效果。 不停炉处理叶片非工作面积灰

14、引起风机振动这类缺陷常见我厂的高炉专用锅炉引风机，现象主要表现为风机在运行中振动突然上升。这是因为当气体进入叶轮时，与旋转的叶片工作面存在肯定的角度，依据流体力学原理，气体在叶片的非工作面肯定有旋涡产生，于是气体中的灰粒由于旋涡作用会渐渐地沉积在非工作面上。机翼型的叶片最易积灰。当积灰达到肯定的重量时由于叶轮旋转离心力的作用将一部分大块的积灰甩出叶轮。由于各叶片上的积灰不行能完全匀称一样，聚集或可甩走的灰块时间不肯定同步，结果因为叶片的积灰不匀称导致叶轮质量分布不平衡，从而使风机振动增大。在这种状况下，通常只需把叶片上的积灰铲除，叶轮又将重新达到平衡，从而削减风机的振动。在实际工作中，通常的处

15、理方法是临时停炉后打开风机机壳的人孔门，检修人员进入机壳内清除叶轮上的积灰。这样不仅环境恶劣，存在担心全因素，而且造成机组的非支配停运，检修时间长，劳动强度大。经过探讨，提出了一个经实际证明行之有效的处理方法。如图1所示，在机壳喉舌处（A点，径向对着叶轮）加装一排喷嘴（45个），将喷嘴调成不同角度。喷嘴与冲灰水泵相连，将冲灰水作为冲洗积灰的动力介质，降低负荷后停单侧风机，在停风机的瞬间快速打开阀门，利用叶轮的惯性作用喷洗叶片上的非工作面，打开在机壳底部加装的阀门将冲灰水排走。这样就实现了不停炉而处理风机振动的目的。用冲灰水作清灰的介质，和用蒸汽和压缩空气相比，具有对喷嘴结构要求低、清灰范围大、

16、效果好、对叶片磨损小等优点。 不停炉处理叶片磨损引起的振动磨损是风机中最常见的现象，风机在运行中振动缓慢上升，一般是由于叶片磨损，平衡破坏后造成的。此时处理风机振动的问题一般是在停炉后做动平衡。依据风机的特点，经过多次实践，总结了以下可在不停炉的状况下对风机进行动平衡试验工作。(1)在机壳喉舌径向对着叶轮处（如图1）加装一个手孔门，因为此处离叶轮外圆边缘距离最近，只有200mm多，人站在风机外面，用手可以进行内部操作。风机正常运行的状况下手孔门关闭。(2)振动发生后将风机停下（单侧停风机），将手孔门打开，在机壳外对叶轮进行试加重量。(3)找完平衡后，计算应加的重量和位置，对叶轮进行焊接工作。在

17、实际工作中，用三点法找动平衡较为简洁便利。试加重量的计算公式为P250A0GD（3000n）2（g）为了尽快找到应加的重量和位置，应依据平常的数据多总结阅历。依据阅历，Y4731122D的风机振动010mm时不平衡重量为2000g；M5291118D的排粉机振动010mm时不平衡重量120g；轴流ASN21251250型引风机振动为010mm时不平衡重量只有80g左右。为了达到不停炉处理叶片磨损引起的振动问题的目的，平常须加强对风门挡板的维护，削减风门挡板的漏风，在单侧风机停运时能防止热风从停运的送风机处漏出以维持良好的工作环境。2.1.3 空预器的腐蚀导致风机振动间断性超标这种状况通常发生在

18、燃油锅炉上。燃油锅炉引风机前一般没有电除尘，烟、风道较短，空预器的水纹板和定位板由于低温腐蚀，水纹板腐蚀成小薄钢片，小薄钢片随烟气一起干脆打击在风机叶片上，一方面造成风机的受迫振动，另一方面一些小薄钢片镶嵌在叶片上，由于叶片的动不平衡使风机振动。这种现象是笔者在长期的实际生产中视察到的结果。处理方法是刚好更换腐蚀的水纹板，采纳方法防止空预器的低温腐蚀，提高排烟温度和进风温度（一般应高于60以避开露点），水纹板也可运用耐腐蚀的考登钢或金属搪瓷。2.1.4 风道系统振动导致引风机的振动烟、风道的振动通常会引起风机的受迫振动。这是生产中简洁出现而又简洁忽视的状况。风机出口扩散筒随负荷的增大，进、出风

19、量增大，振动也会随之变更，而一般扩散筒的下部只有4个支点，如图2所示，另一边的接头石棉帆布是软接头，这样一来整个扩散筒的60重量是悬吊受力。从图中可以看出轴承座的振动干脆与扩散筒有关，故负荷越大，轴承产生振动越大。针对这种状况，在扩散筒出口端下面增加一个活支点（如图3），可升可降可移动。当机组负荷变更时，只需微调该支点，即可消退振动。经过现场实践效果特别显著。该种状况在风道较短的状况下更简洁出现。2.1.5 动、静部分相碰引起风机振动在生产实际中引起动、静部分相碰的主要缘由：（1）叶轮和进风口（集流器）不在同一轴线上。（2）运行时间长后进风口损坏、变形。（3）叶轮松动使叶轮晃动度大。（4）轴与

20、轴承松动。（5）轴承损坏。（6）主轴弯曲。依据不同状况实行不同的处理方法。引起风机振动的缘由很多，其它如连轴器中心偏差大、基础或机座刚性不够、原动机振动引起等等，有时是多方面的缘由造成的结果。实际工作中应细致总结阅历，多积累数据，驾驭设备的状态，摸清设备劣化的规律，出现问题就能有的放矢地实行相应措施解决。2.2 轴承过热一般来说,风机轴承过热的缘由有三类：润滑不良、冷却不够、轴承异样。离心式风机轴承置于风机外，若是由于轴承疲惫磨损出现脱皮、麻坑、间隙增大引起的温度上升，一般可以通过听轴承声音和测量振动等方法来推断，如是润滑不良、冷却不够的缘由则是较简洁推断的。而轴流风机的轴承集中于轴承箱内，置

21、于进气室的下方，当发生轴承温度高时，由于风机在运行，很难推断是轴承有问题还是润滑、冷却的问题。实际工作中应先从以下几个方面解决问题。 加油是否恰当应当依据定期工作的要求给轴承箱加油。轴承加油后有时也会出现温度高的状况，主要是加油过多。这时现象为温度持续不断上升，到达某点后（一般在比正常运行温度高1015左右）就会维持不变，然后会渐渐下降。 冷却风机小，冷却风量不足引风机处的烟温在120140，轴承箱假如没有有效的冷却，轴承温度会上升。比较简洁同时又节约厂用电的解决方法是在轮毂侧轴承设置压缩空气冷却。当温度低时可以不开启压缩空气冷却，温度高时开启压缩空气冷却。确认不存在上述问题后再检查轴承箱。2

22、.3 轴承磨损或损坏我厂4#高炉热风助燃风机属离心通风机,其风机流量/压力调整是通过液力滑差器机构依据负荷变更风机的快慢实现的。在风机的日常运行中，有时会出现流量调整困难或完全不能调整的现象。出现这种现象通常是风机的液力滑差器调整反馈系统故障即液压比例阀动作不灵的缘由。因此此类风机的流量/压力的自动调整，滑差器的液压比例阀是关健因素,选用备件时最好要用配套的原厂家,因其在出厂的已经调整到最佳状态。2.4 流量不足或压力不足 流量不足因我厂有些风机工作在恶劣环境,如高炉炉前、高炉上料槽下等,在生产时常充满着大量粉尘,时间一久,且若维护跟不上,疏以检查或管理,则环境将造就一些管道、闸门和网罩被烟尘

23、或杂物堵塞,那么流量明显下降;另外一种状况则是设备检查不到位时，未刚好发觉出气管道裂开或法兰盘不严密,造成漏气,而流量也无法达到正常状态。 压力不足发生这种状况的一般是较重要的引风机,并配有自动启动系统的大风机,。如旋转失速是气流冲角达到临界值旁边时，气流会离开叶片凸面，发生边界层分别从而产生大量区域的涡流造成风机风压下降的现象。喘振是由于风机处在不稳定的工作区运行出现流量、风压大幅度波动的现象。这两种不正常工况是不同的，但是它们又有肯定的关系。风机在喘振时一般会产生旋转气流，但旋转失速的发生只确定于叶轮本身结构性能、气流状况等因素，与风烟道系统的容量和形态无关，喘振则风机本身与风烟道都有关系

24、。旋转失速用失速探针来检测，喘振用U形管取样，两者都是压差信号驱动差压开关报警或跳机。但在实际运行中有两种缘由使差压开关简洁出现误动作：1）烟气中的灰尘堵塞失速探针的测量孔和U形管简洁堵塞；2）现场条件振动大。该爱护的牢靠性较差。由于风机发生旋转失速和喘振时，风压和风机振动都会发生较大的变更，在风机调试时通过动叶安装角度的变更使风机正常工作点远离风机的不稳定区，随着目前风机设计制造水平的提高，可以将风机跳闸爱护中喘振爱护取消，改为“发讯”，当出现旋转失速或喘振信号后运行人员通过调整动叶开度使风机脱离旋转脱流区或喘振区而保持风机连续稳定运行，从而削减风机的意外停运。第三章 设备状态总体监测系统总

25、体方案设计,包括总体方案设计,传感器/信号调理仪/数据采集卡基本结构,工作原理/性能参数/安装要求,上位机(计算机基本配置和要求),系统电路设计等。3.1 总体设计方案 概述拟设计1套OG风机在线监测与故障诊断系统,本系统由一台监控计算机(IPC)和若干信号调理仪模块组成.采纳CM4016B信号调理仪,它负责将转速、振动和轴向位移等信号转换成标准信号给监控计算机,监控计算机负责显示机组的运行参数、数据存储、数据查询、信号分析以及故障诊断,并与公司设备网连接。 硬件原理 本系统信号共包括三类：振动信号、键信任号、轴位移信号。它们由CM4016B信号调理仪进行信号抗混滤波、放大、转换成标准信号，然

26、后通过接近计算机进行信号采集、存储、分析和诊断，并通过Web实现机组远程接近。系统结构图如图1：信号调理仪速度传感器转速信号IPC工业控制计算机数据采集模 块在线监测与故障诊断统公司设备网OG风机振动信号涡流传感器前置器轴位移信号 图1 监测系统总体结构图3.2 传感器的基本结构,工作原理,性能参数 ZHJ-2振动速度传感器.1 基本结构及工作原理ZHJ-2振动速度传感器是利用磁电感应原理把振动信号转换成电信号。它主要由磁路系统、线圈组件、弹簧阻尼等部分组成。在传感器壳体中刚性地固定有两个线圈组件，磁钢用弹簧悬挂于壳体。当传感器在工作频率范围内工作时，线圈与磁钢产生相对运动，线圈切割磁力线，产

27、生感应电动势（感应电压），该电压正比于机壳的振动速度。.2 性能参数(1)灵 敏 度： 30mV/mm/s(2)加 速 度： 8g(3)测量范围： 2mm(4)频率响应： 10 300Hz(5)环境温度： -10100（相对湿度：90%） -10160（ZHJ-2W W表示高温型传感器）(6)测量方法： 垂直、水平(7)重 量： 250g(8)固定螺孔： M101510（深）(9)外形尺寸： 3560mm CZF型轴位移传感器.1工作原理非接触式电涡流位移传感器，是基于高频磁场在金属表面的“涡流效应”而成，是对金属物体的位移、振动、转速等机械量进行检测和限制的志向传感器。它具有非接触测量、线性

28、范围宽、灵敏度高、抗干扰实力强、无介质影响、稳定牢靠、易于处理等明显优点，广泛用于冶金、化工、航天等行业中，也可用于科研和学校试验中的位移、振动、转速、长度、厚度、表面不平度等机械量的检测。.2技术参数(1)量程： 250.m-20mm(2)线性误差：0.5 3.5%(3)辨别率：0.05（静态）0.1（动态）。(4)频率响应：0 10KHz（0 2KHz,0.5%, 2 10KHz 1%） (5)工作温度： 20 100 （常 温）40 160 （高 温）(6) 温度漂移： 0.08/（F.S）(7) 探头外径： 11（mm） (8)安装部分尺寸：M10150. (量程2mm).3 位移传感

29、器的连接和标定(1)传感器与前置变换器的连接、通过高频电缆连接，标准长度为3米。、最大可加长至9米，需订货时说明。(2)传感器与前置变换器的标定、环境：室温205、材料：45钢（用户可指定被测材料）、设备：静态标定器0-25mm0.005（用户可选配本公司的静态标定器自行标定。）、静态标定器：静态标定器是由高精度的千分尺和专用的支架定制而成，用于传感器的静态标定和校准，以求得传感器的输入输出特性曲线，同时用来求得志向安装距离和标定变换器标准输出。可通过调整螺母来调整传感器与被测体的相对距离，用千分尺进行位移的静态 标定或校准。 、标定方法将传感器置于静态标定器的夹头上，把试件安置在试件支架上，

30、试件必需依据实际被测体的材料和形态来选择，把前置变换器的四芯接头与电源和数字万用表正确连接，打开电源，使前置变换器正常工作。变更静态标定器的调整螺母使传感器与试件稍稍接触，调整“满度”电位器到较小的位置，再依据每只传感器的输出特性表中所供应的线性范围段的下限点，调整千分尺，变更传感器与试件的距离，然后，调整“零位”电位器，使变换器的下限点输出读数为“0V”，（如是5V输出，则调为5V）再变更千分尺，到线性段的上限点调整“满度”电位器，使变换器的上限点输出读数为“5V”。变更千分尺到线性段的中点，查看输出读数是否是“2.5V”（或者是0V）。假如正好，则表明传感器基本校正了。如发觉中点的电压读数

31、大于“2.5V”(或者小于“2.5V”),而对于5V输出则要看是否大于0V（或者小于0V）,则将下限点的位置向试件靠近些（或者离远些）。然后重复上述方法，接着校正。直至下限点1，中点0和上限点2 这三点对应的输出读数成直线状，符合精度为止。一旦校正以后,它的“零位”和“满度”电位器就不宜再动了，以保证精确测量。“零位”与“满度”电位器是须反复调整几次，才能达到最佳状态。 BZF型前置变换器.1 前置变换器的型号BZF型.2 性能参数(1)信号输出：02V, 05V,010V.(BZF)(2)供电电源：24V （用户也可选配ZY-A型厂家专用电源）(3)接线： 四芯航空插头。负电源, 正电源，

32、信号输出， 公共地 (420mA输出脚为空脚)(4)工作温度： 065(5)有容错装置，不会因电源接错而烧毁。 SZC/SZB型转速传感器变换器.1 转速转速传感器工作原理 原理同位移传感器。.2 性能参数(1)输出信号： a: 矩形波：Vpp4Vb：直流电压：05V. c: 直流电流：420mA.(2)频率响应： 05 KHz(3)供电电源： +1524V. (4)工作温度： 传感器：-40100 前置器：-10653.3 传感器的安装 安装在确定传感器已经标定完成后。卸下传感器，连同万用表和电源一起，安装到实际被测体处。调整传感器与被测体之间的距离，使变换器的输出读数符合检测要求。一般来说

33、，（以“05V”输出为例）测振动，应使输出指示为“2.5V”即线性段的中点。测位移，假如被测体的位移是双向的也应使输出指示为“2.5V”即线性段的中点。假如是单向的，应使输出指示为“0V”，或者“5V”.即线性段的下限或者上限。安装无误后，固定传感器即可。转速传感器的安装比较简洁，只要将传感器的前端面对准被测转轴的键槽，保持有23mm的间隙，固定传感器即可。 留意事项(1) 连接无误，接通电源后，请预热10分钟。(2) 探头四周一倍于探头直径的地方，不能有其它金属材料。(3) 工作时，应避开强磁场和强电场的干扰。(4)传感器和前置变换器之间的插头、插座工作时，不应有抖动，以免引起输出变更。(5

34、) 高频电缆的长度不能随意增减。(6) 无温度补赏的传感器，测量环境不行出现温度急剧变更，以提高测量精度。(7)运用中，如有问题，可干脆与厂方联系。3.3 信号调理仪 信号调理仪型号:CM4016B 信号调理仪结构信号调理仪电路包括放大及增益调整、滤波、脉冲抑制、电极脱落检测等电路. 信号调理仪原理 传感器将设备的振动、位移及转速感应量转换为电流或电压信号,由传感器获得的信号包括全频段信号,包含了实际的振动信号与高频干扰信号,这样的信号干脆进行分析会产生明显的混叠效应(由于采样抽取受到干扰信号,在低频段部分反映出干扰信号),信号调理仪应能通过抗混滤波对高频干扰进行滤除.传感器的输出的信号为10

35、0mv/g,这样,振动电压往往较小,为获得得最志向的信号精度,信号调理仪应对原始信号适当增益,以获得较高的信号增益. 信号调理仪主要功能(1) 可以实现16道单端,有AC/DC耦合可选;(2) 具有程控增益并且有高增益(1,10,100)和低增益(1,2,4,8)两种选择,每通道可由用户单独设置.每道都装有8阶低通抗混滤波器,其截止频率有32763种选择,范围从1.56Hz至10Hz,16道可以同时选择6种不同的截止频率,各通道干脆接至数据采集块上,实现信号的滤波、放大等功能。3.4 研华插入式数据采集与限制卡研华PCI-1713全称为PCI隔离总线高速模拟量输入卡, 它供应了32个模拟量输入

36、通道，采样频率可达100KS/s、12位辨别率及2500V（DC）的直流隔离爱护。用于采集输入的电流或电压信号.其采集通道如图2所示. PCI总线工控机PCI-1713卡信号调理输入模拟信号 图2 数据采集卡输入流程图 数据采集卡原理数据采集卡具有高速和速率可调整的特点。其前端采纳声波传感器采集模拟噪声信号，采集到的模拟信号经过A/D变换器转换为数字信号，数字信号再经PCI总线传输到计算机内。该数据采集卡主要包括数据采集电路、PCI接口电路和逻辑限制电路三部分。 数据采集卡特点及性能 .1 敏捷的输入类型及范围PCI-1713有一个自动通道/增益扫描电路。在采样时，这个电路可以自己完成对多路选

37、通开关的限制。卡上的SRAM存储了每个通道不同的增益值及配置。这种设计能让您对不同通道运用不同的增益，并采纳单端和差分输入的不同组合方式来完成多通道采样。.2 高速数据采集PCI-1713的采样速率可达100KS/s。卡上带有一个FIFO缓冲器，它能存储4K的采样值。当FIFO半满时，PCI-1713会产生一个中断。该特性供应了连续高速的数据传输及Windows下更牢靠的性能。.3 支持软件，内部定时器及外部定时器触发对于A/D转换，PCI-1713支持三种触发模式：软件触发、内部触发和外部触发。软件触发能允许用户在须要的时候可以获得一个采样值；内部定时器触发用于连续、高速的数据采集。PCI-

38、1713还可以接受外部触发，允许与外部设备进行同步采样。.4 满足隔离爱护的要求PCI-1713在输入和PCI总线之间供应了2500VDC的直流光隔离爱护，用于爱护PC及外设免受输入线上高压电的损害。对于那些预算比较惊慌而又要求数据采集系统敏捷、稳定并带高级隔离爱护的用户来说，PCI-1713是一个志向的选择。隔离特点如下:1. 2500VDC隔离爱护2. 32路单端或16路差分模拟量输入，或组合输入方式3. 12位A/D转换4. A/D转换器的采样速率可达100KS/s5. 每个输入通道的增益可编程6. 卡上4K采样FIFO缓冲器7. 支持软件、内部定时器触发或外部触发8. 自动通道/增益扫

39、描型号规格:1. 模拟量输入 通道：32路单端或16路差分 辨别率：12位 卡上FIFO：4K采样 转换时间：2.5S输入范围： 双极性：0.625V，1.25V，2.5，5V，10V单极性： 01.25V ，02.5 V，05V， 010V 最大输入过载电压：30V 共模抑制比（CMMRR） 增益 共模抑制比 最高采样速率：100KS/s精度：（取决于增益） 增益 精度 线性误差：1LSB漂移：30PPM/C（060C）典型值输入阻抗：1G触发模式：软件触发、可编程定时器触发或外部触发（TTL电平）2. 可编程定时/计数器 定时器芯片：82C54 计数器：3通道，16位 两个通道永久设置为可

40、变成定时器，一个通道没有用。 时间基准：通道1：10MHz，通道2的时基来自通道1的输出，通道0没有用到3.一般特性:1. I/O接口：37芯D型孔式接口2. 尺寸：175mm(L)*100mm(H)(6.9*3.9)3. 功耗：+5V 850 mA （典型） +5V 1.0 A （最大）4. 工作温度： 060（32140F） （参见IEC 68-2-1，2）5. 储存温度： -2070 （-4158F）6. 工作温度： 5%95% RH，无凝聚 （参见IEC 68-2-3） 安装与测试.1 初始检查研华PCI-1713，包含如下三部分：一块PCI-1713 PCI总线的隔离高速模拟量输入采

41、集卡，一本运用手册和一个内含板卡驱动的光盘。打开包装后，查看这三件是否齐全，请细致检查有没有在运输过程中对板卡造成的损坏，假如有损坏或者规格不符,可马上找厂家的服务部门或是本地经销代理商。取出板卡后，请保留它的防震包装，以便在不运用时将采集卡爱护存放。在用手持板卡之前，请先释放手上的静电（例如，通过触摸您电脑机箱的金属底盘释放静电），不要接触易带静电的材料，比如塑料材料等。手持板卡时只能握它的边沿，以免手上的静电损坏面板上的集成电路或组件。.2 Windows2K/XP/9X下板卡的安装安装流程图，如下页所示:.3 软件的安装：第一步：将启动光盘插入光驱； 其次步：安装执行程序将会自动启动安装

42、 ，这时您会看到下面的安装界面：留意：假如您的计算机没有启用自动安装，可在H：盘文件中点击SETUP.EXE文件启动安装程 第三步: 点击CONTINUE,出现下图界面:第四步:选择点击您所安装的板卡型号,然后依据提示就可一步一步完成驱动程序的安装。.4 硬件的安装：第一步：关掉计算机，将您的板卡插入到计算机后面空闲的PCI插槽中（ 留意：在您手持板卡之前触摸一下计算机的金属机箱壳以免手上的静电损坏板卡。）其次步：检查板卡是否安装正确，可以通过右击“我的电脑”，点击“属性”，弹出 “系统属性”框；选中“硬件”页面，点击“设备管理器”；将弹出画面，如下图所示：从图中可以看到板卡已经胜利安装。 第

43、三步：从起先菜单/程序/Advantech Device Driver V2.1/ Advantech Device Manager,打开Advantech Device Manager,如下图:当计算机上已经安装好某个产品的驱动程序后，它前面将没有红色叉号,说明驱动程序已经安装胜利。比如下图中的PCI-1713前面就没有红色叉号。PCI总线的板卡插好后计算机操作系统会自动识别，Device Manager在InstalledDevices 栏中My Computer下也会自动显示出所插入的器件，这一点和ISA总线的板卡不同，如上图所示。到此，PCI-1713数据采集卡的软件和硬件已经安装完毕

44、,可进行板卡测试。.5 测试在上图的界面中点击“Test”, 弹出下图：模拟输入功能测试 : 测试界面说明：（因为PCI-1713是模拟输入卡，所以需测模拟输入功能）Channe1 No：模拟量输入通道号(0-32)；Input range：输入范围选择；Analog input reading ：模拟量输入通道读取的数值；Channel mode：通道设定模式；sampling period ：采样时间间隔；测试时可用PCL-10137-1/2/3，（37芯D型电缆，1、2或3米）将PCI-1713与ADAM-3937（可DIN导轨安装的37芯接线端子板）连接，这样PCI-1713的37个针

45、脚和ADAM-3937的37个接线端子一一对应，可通过将输入信号连接到接线端子来测试PCI-1713管脚。例如：在单端输入模式下，测试通道0，需将待测信号接至通道0所对应接线端子的1与GND管脚，在通道0对应的”Analog input reading”框中将显示输入信号的电压值。 数据采集电路数据采集电路是由速度传感器和A/D变换器组成的，传感器将采集到的噪声信号送入A/D变换器，转换成数字信号输出。A/D变换器采纳的是ADAM3937。ADAM3937有11路模拟信号输入，10位数字信号输出，工作频率可达60MHz。实际的数据转换时间为：转换时间+各种延迟=5+0.5=5.5个时钟周期，由

46、此可知ADAM3937的转换时间最低可达0.1s，即采样速率可达到100Mbps，为高速数据采集供应了最基本的硬件条件。(详细如附录1电路图)3.5 工控机(计算机)基本配置和要求 硬件基本配置与要求(1) Petium 1G以上CPU；(2) 128M以上内存(3) 显示器支持800600辨别率。 软件要求(1) Window95/98/ME/2000/XP操作系统(2) 附带IE5.0以上版本的阅读器 软件要求(1) Window95/98/ME/2000/XP操作系统(2) 附带IE5.0以上版本的阅读器 第四章 风机监测故障诊断系统中的关健技术探讨，包括数据采集驱动程度、信号分析方法、

47、智能故障诊断系统(专家系统、神经网络)4.1 数据采集驱动程序以MADint(多通道中断采集例程)为例写入:多通道模拟量数据采集例程（中断模式）：该例程通过PT_FAIIntScanStart函数启动了中断功能，该功能运行于后台，可以运用DRV_FAICheck函数检查工作状态，同时可以运用DRV_FAITransfer函数传输数据.另外：该例程支持用户设定FIFO大小。1） 单击Setting菜单弹出如下对话框：对话框重的参数含义如下：Device List列表框，可以选择已安装的设备。Scan Channel中：Start:设置要扫描的起始通道号，NumChan：设置从起始起先往后要扫描的

48、通道的数目(本系统设置12)。FIFO Setting:设置是否运用FIFO，选中Enable后可以设置在程序重要运用的FIFO的大小，留意设置值不能超过板卡上面FIFO的大小。(本系统设置48)Gain Option:选择增益，这里选择Overall选项，Input Range：为全部的通道选择相同的量程。若选择GainList选项，则可以看到下面的Gain List 按钮被激活，单击该按钮就可以对各个通道分别进行设置，设置的对话框如下所示：Pacer Rate：设置采样频率Conv.#：A/D转化的数目，留意：Conv.#设置的数值必需是FIFO大小一半的整数倍，同时还必需是设定的通道数（

49、NumChan）的整数倍(本系统设置96)。Single/Auto:两个选项Cyclic:循环模式；Noncyclic：非循环模式；(本系统选择“Single”)Triggering：触发方式，Internal 内部触发；External 外部触发；Buffer：运用单个buffer(single)，双buffer(double)Data Type：数据类型；Raw Data 原始数据二进制/十六进制未经过DA转换的数据； Voltage：真实的电压数据。Event：事务；是否允许设置事务来编程（只是对中断和DMA方式来讲）。3）设置完成后单击Display,弹出下面的对话框：设置将要现实的数

50、据的范围，默认（099）注：Stop Pt不能大于Conv.#设置的数值。1） 单击Run菜单项起先采集数据，当采集完成Conv.#设置的A/D转换次数之后，就会显示（假设没有修改Display 菜单中的默认值）099点的数据。数据显示窗口如下所示：注：采集数据的时候我们在通道0上接了一个干电池，通道1上面没有接任何信号，采集到的数据为随机的量。 至此,数据采集程序的设置基本完成.4.2 信号分析方法本系统具有对不同时刻保存的测点采样数据进行分析的功能，包括波形频谱分析、倒频谱分析、相关分析，通过菜单操作可分别分析查看不同图谱.下面分别绽开详述各类分析方法的原理及应用。 波形频谱分析频谱分析是

51、电子工程上一个特别重要的手段，很多计算机协助电路分析（CAA）类软件都具备这种分析实力，以便电子工程师能清晰的看到某波形的频谱分布状况。而要对一个输入信号源作频谱分析，将其由时域信号转变为频域信号，就必定要用到傅立叶分析，而无论是在时域还是在频域，都要对连续函数进行积分运算。很明显，要通过计算机实现此变换必需预先通过抽样将原始的连续数据转变为离散数据，并将计算范围收缩到一个有限区间。因此在允许肯定程度近似的条件下，可以运用离散傅立叶变换（DFT）对波形数据进行频谱分析。.1 快速傅立叶变换（FFT）算法构成原理要计算一个N点的离散傅立叶变换须要同一个N*N点的W矩阵（关于W矩阵请参阅信号与系统

52、方面的书籍）相运算，随着N值的增大，运算次数显著上升，当点数达到1024时，须要进行复数乘法运算1，048，576次，明显这种算法在实际运用中无法保证当点数较大时的运算速度，无法满足对信号的实时处理。依据W矩阵中W元素的周期性和对称性我们可以将一个N点的DFT运算分解为两组N/2点的DFT运算，然后取和即可，为进一步提高效率，将上述两个矩阵按奇偶依次逐级分解下去。当采样点数为2的指数次方M时，可分解为M级子矩阵运算，全部工作量仅为：复数乘法：M*N/2次复数加法：N*M次而干脆DFT须要的运算量为：复数乘法：N*N次复数加法：N*(N-1)次当点数N为几十个点时FFT的优势还不明显，而一旦达到

53、几千、几百个点时优势是特别明显的：N=1024时：DFT需1048576次运算，FFT仅需5120次运算，改善比204.8。N=2048时：DFT需4194304次运算，FFT仅需11264次运算，改善比达到372.4。.2 时间抽选奇偶分解快速离散傅立叶变换的程序实现 当采样点数较多时，如变换前和变换后的序列都按自然依次排列，则中间运算过程会占用大量的中间存储单元，造成效率的低下和存储单元的奢侈。依据FFT的实现原理我们可以对采样序列进行逐次奇偶抽选，打乱以前的次序重新排序，然后按此依次参与运算，可以实现即位运算提高存储单元的利用率。(1)复数的描述方法进行傅立叶变换时不行避开的要用到复数，

54、而在VC中并没有现成的可用于表示复数的数据类型，可以自己定义一个含有两个成员变量的数据结构来表示复数，这两个成员变量可分别用于表示复数的实部与虚部：typedef struct tagComplexfloat Re; /复数的实部float Im; /复数的虚部Complex;(2)倒序的实现在进行快速傅立叶变换时，可以将输入的时域序列和输出的频域序列都依据自然依次排列；也可以依据蝴蝶图所描述的计算方法对输入的时域序列按奇偶分解后的序列排序而输出的频域序列仍是按自然依次排列的；还有一中方式是输入的时域序列是不进行抽选的自然序列，而输出的频域序列则是按奇偶分解后的依次排列的。这三种方式各有优点，

55、第一种对输入、输出不须要进一步排序，但由于自然排序不符合蝴蝶图运算规律，会占用大量中间存储单元。而后两种则无须中间存储单元，但须要倒一次序。权衡利弊，当采样点较多时还是采纳后两种方式好，多一次倒序运算对现在的高性能计算机而言并不是什么负担。下面代码用于对原始采样序列的时间抽选奇偶分解工作，其中A、N分别表示指向采样序列复数数组的指针和序列的长度。int NV2=N/2;int NM1=N-1;int I,J,K=0;Complex T;/用于中介的复数变量TI=J=1;while(I=NM1)if(IJ)T=AJ-1;/将AJ-1的内容和AI-1的内容互换，借助于中间变量TAJ-1=AI-1;

56、AI-1=T;K=NV2;while(KJ)J-=K;K/=2;J+=K;I+;(3)时域信号的频谱分析首先要将从外设输入或采集的时域波形数据经抽样量化后，通过CFile类的Open（）、Read()等成员函数将其读取到缓存中，并将其转化为复变量存放于复变量数组A中，同时须要验证以下数据量的长度是否为2的整数次幂，如若不是则必需用0来补齐，否则无法用蝴蝶图进行分解运算。下面代码用于完成对原始采样时域序列的快速傅立叶变换，A、M分别表示指向原始采样数据数组的指针和序列长度的2的整数次幂：Complex U,W,T;int LE,LE1,I,J,IP;int N=(int)pow(2,M);/在此

57、采纳的是时间抽选奇偶分解方式，所以在参与运算前首先要对时间序列进行倒序ReverseOrder(A,N);int L=1;while(L=M)LE=(int)pow(2,L);LE1=LE/2;U.Re=1.0f;U.Im=0.0f;W.Re=(float)cos(PI/(1.0*LE1);/计算W算子的值W.Im=(float)-1.0*sin(PI/(1.0*LE1);if(abs(W.Re)1.0e-12)W.Re=0.0f;if(abs(W.Im)1.0e-12)W.Im=0.0f;J=1;while(J=LE1)I=J;while(I=N)IP=I+LE1;T.Re=(float)A

58、IP-1.Re*U.Re-AIP-1.Im*U.Im;/计算复数运算A*UT.Im=(float)AIP-1.Re*U.Im+AIP-1.Im*U.Re;AIP-1.Re=(float)AI-1.Re-T.Re;/计算复数运算A-TAIP-1.Im=(float)AI-1.Im-T.Im;AI-1.Re+=T.Re;/计算复数运算A+TAI-1.Im+=T.Im;I+=LE;float temp=U.Re;U.Re=(float)U.Re*W.Re-U.Im*W.Im;/计算复数运算U*WU.Im=(float)temp*W.Im+U.Im*W.Re;J+;L+;。(3)时域信号的频谱分析首先

59、要将从外设输入或采集的时域波形数据经抽样量化后，通过CFile类的Open（）、Read()等成员函数将其读取到缓存中，并将其转化为复变量存放于复变量数组A中，同时须要验证以下数据量的长度是否为2的整数次幂，如若不是则必需用0来补齐，否则无法用蝴蝶图进行分解运算。下面代码用于完成对原始采样时域序列的快速傅立叶变换，A、M分别表示指向原始采样数据数组的指针和序列长度的2的整数次幂：Complex U,W,T;int LE,LE1,I,J,IP;int N=(int)pow(2,M);/在此采纳的是时间抽选奇偶分解方式，所以在参与运算前首先要对时间序列进行倒序ReverseOrder(A,N);i

60、nt L=1;while(L=M)LE=(int)pow(2,L);LE1=LE/2;U.Re=1.0f;U.Im=0.0f;W.Re=(float)cos(PI/(1.0*LE1);/计算W算子的值W.Im=(float)-1.0*sin(PI/(1.0*LE1);if(abs(W.Re)1.0e-12)W.Re=0.0f;if(abs(W.Im)1.0e-12)W.Im=0.0f;J=1;while(J=LE1)I=J;while(I=N)IP=I+LE1;T.Re=(float)AIP-1.Re*U.Re-AIP-1.Im*U.Im;/计算复数运算A*UT.Im=(float)AIP-1.Re*U.