PDF《基于LabVIEW的故障监测诊断系统 的研究与应用①》

3 同步齿轮箱在线监测系统的实现 3.1系统需求分析 高速线材轧机同步齿轮箱是线材生产线的 一30~ 关键设备,对其实施在线监测与故障诊断具有重 要意义.系统主要的功能需求可归纳为: 1)对同步齿轮箱的振动进行24小时在线监 测,设置报警信号;

2)提供信号分析、故障诊断等功能;

3)保存历史数据及报警数据;

4)硬件扩展方便,根据现场的需求,可随时 增加需要监测的轧机生产线上的测点. 3.2硬件的选择和安装 选用美国PCB的型号为608A1 1的加速度传 感器来采集信号.其主要参数指标:灵敏度: 100mV/g,量程:±509 pk,频响:0.5~10kHz.加 速度传感器安装在同步齿轮箱预先定制好的螺 孔内,要求定期检查传感器是否松动. 信号调理模板采用了具有自主知识产权的 专用信号调理箱,主要功能足对信号进行低通滤 波、选频和放大. 数据采集卡选用美同NI公司生产的PCI总 线的多功能数据采集卡PCI622l,它具有16一通 道,24路数字L/O,2路模拟输出. 3.3软件的具体实现 软件环境:采用wINxP中文操作系统,hb. VIEW8.2开发平台进行应用软件设计,采用了结 构化和模块化的编程思想.主要功能模块有数 据采集模块、数据存储模块、数据分析模块、数据 显示模块等. 数据采集模块:本系统使用Analog Input函 数实现数据采集,通过MAx进行数据采集设置, 然后由LabVIEW自动生成代码.其程序框图如 2所示. 图2数据采集子程序图 万方数据 姜丽等:基于I抽VIEw的故障监测诊断系统的研究与应用 2009年8月第4期 数据存储模块:利用LabVIEw的数据库访问 工具包LabsQL来管理测试任务、存储测试数据 并总结测试结果.LabSQL利用Microsoft ADO以及sQL语言来完成数据库的访问,除了存储数 据,sQL语言可以实现更新数据库、查询数据等 等.图3为数据存储的程序图. 图3数据存储模块程序图 数据分析模块:对数据的分析方法主要用到 时域无蹙纲分析、频谱分析、倒频谱分析、包络分 析和小波分析. 时域波形分析有直观、易于理解等特点.直 接对振动时域信号的时间历程进行分析和评估 是状态监测和故障诊断最简单、最直接的方法. 在时域分析时,除直接观察时域波形来识别周 期、谐波、脉冲外,多数是通过计算时域信号的特 征值,并根据这些特征值的变化趋势分析确定信 号中故障成分的发生与发展对故障做出准确的 分析诊断.机械故障诊断中常用的时域分析方 法时域无量纲参数指标分析,常用的参数指标 有:峰值、均值、均方根值、波形指标、脉冲指标、 峭度指标和裕度指标等.时域无量纲分析的程 序图如图4所示. 图4时域无量纲参数指标的程序图 频谱分析是机械故障诊断中使用最广泛的 信号处理方法之一.频谱分析的关键是设置Ex― press VI―spectral Measurements的参数,在 频谱 测量 一栏中可以选择作信号的幅度谱或功率 谱.在 窗 一栏中可以选择对信号加不同的窗 函数,以减少谱泄漏.其参数配置界面如图5. 倒频谱分析也称二次频谱分析,是近代信号 处理科学中的一项新技术.信号的倒频谱c,(g) 图5频谱分析的参数设置界面 是对原信号的功率谱取对数后再进行一次傅里 叶变换并取其平方而获得,也称倒频谱为 对数 功率谱的功率谱 ,即 c尸(q)=I研lgs,(力] (1) 倒频谱分析是诊断齿轮故障常用的频谱分 析方法,对识别齿轮边频结构很有效. 包络分析足处理rfl机械冲击引起高频响应 的有效方法.包络分析的日的是分析相对高频 信号的能量随时问的振荡.包络分析技术最成 功的应用主要在滚动轴承的诊断中.本系统中, 采用Hilbert解调技术来做包络分析.程序图如 图6所示. 图6包络分析程序图 小波分析具有良好的时域局部化性质,为机 械故障诊断中的非平稳信号分析,弱信号提取、 一31― 万方数据 总第176期 冶金设备 2009年8月第4期 信号滤波等提供了一条有效的途径.将小波分 析应用到齿轮、轴承等元件的故障诊断中,通过 在时频域上对故障信号进行同时显示,使得故障 分析、检测和诊断更为方便. 4系统应用实例分析 本论文中设计的同步齿轮箱在线监测系统 已投入现场进行测试,各项功能得到了检验,并 成功检测出几例齿轮故障,记录如下所述: 1)2008年5月19日8号测点报警,对监测 的振动波形进行共振解调检测,其时域及频域波 形如图7所示. 图7 8号测点共振解调检测的振动时域波形与频谱 从共振解调的时域波形可以看到冲击信号 的周期性,从其频谱可以看到冲击频率的一倍频 和二倍频,且一倍频与轴频一致.由于冲击频率 不是轴承的特征频率,说明轴承本身没有问题, 问题出在轴承的辅助部件,20日早检修时打开轴 承端盖发现轴承内圈紧固螺丝松动,紧固后报警 信号撤消. 2)2008年6月8日轧机更换轧制品种后,