風機狀態監測與故障診斷系統

1.需求分析

1.1客戶需求：

客戶現場一共有60臺風機，設備運轉過程中高速轉動的風機軸承，如果存在轉動慣量的不平衡，就會產生振動，帶來危害，所以需要對每一臺風機的健康狀態進行監測，以達到實時了解風機關鍵部件的運行狀態，對設備關鍵部件進行故障監測和故障診斷的目的，并為預先性維護提供依據。

根據現場應用環境需要監測的物理量有風機軸承座震動，溫度以及風機的轉速。

系統應滿足以下需求：

1.能夠實現對安裝在風機軸承座水平，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.能夠實現對安裝在風機軸承座上的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.能夠實現對安裝在風機側軸上的轉速傳感器數據的采集，轉速范圍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.能夠實現對電機輸入電流的監測。

5.對采集到的的數據進行存儲，分析，進行故障診斷，報警輸出，狀態顯示，并導出報表。

1.2 系統組成。

風機狀態監測與故障診斷系統由振動傳感器，溫度傳感器，轉速傳感器、數據采集器、交換機、服務器，上位機、系統軟件等構成。

圖1 風機狀態監測與故障診斷系統

2. 硬件方案

2.1硬件配置清單

表2 件配置清單

2.2 服務器

IPC-8362是一款支持14nm LGA1151 Intel® 8th Core ? i7-8700的工業電腦。配置2組獨立 SO-DIMM DDR4 2666/2400MHz內存，*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) 內置 2 x RS-232/422/485 (2x5pin, P=2.54) 內置 3 x RS-232 (2x5 pin, P=2.54)內置

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)內置 1 x M.2 M Key (2280, PCIe x2 only)內置

數字 IO:8-bit digital I/O (2x5 pin)內置

以太網：LAN1 : Intel® I219LM PCIe controller with AMT 11.0 support 外置 LAN2: Intel® I211AT PCIe controller 外置

電源供電：內置 ATX 電源供電

操作系統：win10               

2.3 交換機 

FC708為一光八電以太網光纖收發器（亦稱光電介質轉換器），提供8個10/100M自適應的百兆電口和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絡連接：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10Mbps和100Mbps環境，便于網絡的升級。

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千兆標準的廠家產品互通，內置**交換核心，實現流量控制，減少廣播包。支持電口全雙工和半雙工傳輸模式，能自動協商。支持雙絞線口自動交叉，方便系統調試安裝。MAC地址8K,緩存1M,*大包長1632B,背板帶寬7.6G。超低功耗，低發熱，能長時間穩定工作,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。整機鐵殼壁掛式設計，有利設備安裝、散熱。

2.4 數據采集器

支持以太網傳輸方式；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路獨立減法計數器.

2.5 信號調理模塊

  S1102D可把PT1000熱電阻傳感器信號調理成0-5V電壓信號。 內含智能線性化 ， 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可把轉速傳感器頻率信號調理成0-5V電壓信號。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 ； 響應頻率：10Hz ； 絕緣強度：1000V DC/1 分鐘 ； 電源電壓：24V DC + 10% ；  精 度：0.2%。

S1106I 可把0-200A AC電流信號調理成0-5V。輸入負載：0.5VA（MAX），輸出負載電阻：電壓型：≥10KΩ 電流型：0～500Ω ，輸入信號頻率：40-60Hz 隔 離：輸入、輸出及電源三端口相互隔離 ； 響應頻率：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“權限選擇”處選擇操作級別(管理員和實驗員)，輸入相應密碼，點擊“登錄”，進 入主控制界面。 管理員擁有所有的操作權限，操作員只具備部分權限。 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，此時可以繼續修改密碼，也可以點擊“退出”，放棄修改。

 3.2 成功登錄后，系統進入控制主界面，如下圖所示

進入控制主界面后，請按實際數據信息正確輸入風機信息包括：位置、名稱、 規格型號、編號等以便于后續振動分析、數據記錄。

“導入信息”用于在已存儲產品信息的情況下導入相應的數據。 “手動記錄”用于手動記錄當前試驗數據。“自動記錄”用于根據已設置好時間間隔自動記錄當前試驗數據，點擊“停止記錄”則停止當前記錄存儲。 “清空列表”用于**當前數據記錄表格數據； 主界面的所記錄的數據將可在測試曲線界面中調用顯示；

3.3 實時數據

通過點擊相應按鈕，可以將界面切換到實時數據界面，如圖所示

選擇想要查看的數據通道號，通道選擇好后點擊“確認選擇”用于相應曲線的篩選觀察。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、數據分析、數據報表、曲線顯示、表格顯示等區域。 在進行數據分析前需正確設置產品信息及各通道信息。 振動采集流程大致如下：高速采集--數據分析--數據報表。

3.2 數據存儲

采集到的數據，分析后的波形及頻譜數據，以及報警數據根據不同的分類并行存儲于數據庫中，方便用戶查閱或抽取對應時間段數據進行手動分析。

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，根據計算結果進行相應的報警處理，如報警顯示、記錄報警前后的時域波形等。

3.4 數據報表

通過該模塊，可將歷史數據按不同類型歸類篩選后進行導出，導出的文件格式為Excel。

3.5 數據導入導出  

通過該模塊，可將服務器內存儲的各種監測數據進行下載備份，也可以將以前備份的數據重新導入系統。

3.6 趨勢分析

顯示歷史數據，分析監測部位振動噪聲的走勢和發展趨勢，為預先性維護提供依據。

3.7 數據分析

該模塊提供了部分手工的信號分析工具，可在系統中對歷史數據進行進一步分析。系統提供的分析工具主要包括自相關、互相關、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

根據監測數據，對旋轉機械的故障進行分析診斷。旋轉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、軸承內圈故障、軸承保持架故障、軸承滾子故障、葉輪葉片故障等。