基于計算機和單片機的集散型主從分布式振動監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)

一． 基本工作原理概述： 　　EN-8000系統(tǒng)是一個基于計算機和單片機的集散型主從分布式振動監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集儀及上位機組成，二者通過網(wǎng)絡(luò)集成。上位機可通過電廠現(xiàn)有的各種網(wǎng)絡(luò)與廠方的MIS系統(tǒng)進行通訊，還可通過電話線與網(wǎng)局振動分析中心聯(lián)網(wǎng)。 　　本系統(tǒng)設(shè)計新穎、配置靈活、組態(tài)方便、軟件內(nèi)容豐富、功能強大、且操作簡單。WINDOWS方式操作、所有人-機界面均中文化，并提供在線幫助。在設(shè)計上采用了平行的前向通道結(jié)構(gòu)、高速CHIPS、總線、網(wǎng)絡(luò)、遠程通訊等多項技術(shù)。EN-8000系統(tǒng)主要由四部分組成；一次傳感器元件、EN-8000模塊化高速數(shù)據(jù)采集集成系統(tǒng)和EN-8000數(shù)據(jù)管理、分析、專家智能診斷系統(tǒng)及其它外圍設(shè)備。 二．型號意義： 　　北京英華達電力電子工程科技有限公司作為一個具有規(guī)模的技術(shù)密集型高科技企業(yè)，有可廣泛適用于火電、水電、石化、冶金行業(yè)的各種大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備在線、離線動態(tài)監(jiān)測與故障診斷的各類產(chǎn)品。 EN-8000大型旋轉(zhuǎn)機械振動監(jiān)測故障診斷專家系統(tǒng)是針對大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備在線動態(tài)監(jiān)測與故障診斷的專業(yè)化產(chǎn)品。 三．用途 ： 　　EN-8000系統(tǒng)主要用于對工業(yè)領(lǐng)域大型旋轉(zhuǎn)機械，如汽輪發(fā)電機組、水輪發(fā)電機組、壓縮機組、燃輪機組、風(fēng)機、電機、水泵等機組進行在線監(jiān)測和故障診斷，自動采集、顯示、記錄和分析與設(shè)備安全密切相關(guān)的主要狀態(tài)參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、振動、軸位移、脹差、偏心、功率、溫度和壓力等，快速準確地把握機組的運行狀態(tài)，預(yù)測和診斷機組故障，預(yù)知故障維修，確保機組安全穩(wěn)定運行。 本系統(tǒng)現(xiàn)已安裝在電力、化工、冶金等領(lǐng)域的多家企業(yè)，系統(tǒng)運行狀態(tài)良好，有效地解決了機組振動監(jiān)測和故障分析、診斷問題，受到各用戶單位的普遍歡迎。 四．結(jié)構(gòu)原理及基本原理接線圖 : EN-8000系統(tǒng)可根據(jù)所需監(jiān)測機組的數(shù)量、分布及現(xiàn)場條件和用戶要求，可采取多種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 五．主要技術(shù)數(shù)據(jù)及采集系統(tǒng)的構(gòu)成: 　　數(shù)據(jù)采集儀負責(zé)采集振動信號、鍵相信號及緩變量信號，進行實時地監(jiān)測、分析、處理及儲存。數(shù)據(jù)采集儀由系統(tǒng)框架和四種信號采集板組成，系統(tǒng)框架提供各種工作電源，振動采集板負責(zé)采集各振動信號，鍵相板負責(zé)采集轉(zhuǎn)速信號，而緩變量板負責(zé)采集多種緩變量信號（位移、偏心、脹差等），開關(guān)量板負責(zé)采集各開關(guān)信號。 　　數(shù)據(jù)采集儀硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，安裝、維護、更換方便，可靠性好。每個振動量模板為8路，模擬量板和開關(guān)量板均為32路，可任意組合配置，模板之間采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)中各模塊均可獨立工作，其中某一通道或某一模塊故障不會影響其他通道或其他模塊正常工作，用戶僅需自行更換發(fā)生故障的模塊即可解決此類故障。 　　A．振動采集板 　　振動采集板負責(zé)對振動信號（電渦流傳感器、速度傳感器）進行采集。振動信號可直接從前置器接入或從二次儀表的緩沖端接入。振動采集板內(nèi)包括信號預(yù)處理單元、低通跟蹤抗混頻濾波器及單片機系統(tǒng)，采集方式采用同起點整周期采樣，在任意轉(zhuǎn)速下系統(tǒng)的采樣頻率均為工頻的32倍頻，保證了采樣的整周期性。其性能指標如下： ⑴、采樣速率：100KHZ； ⑵、通道數(shù)：每塊8路； ⑶、輸入信號：電渦流傳感器、速度傳感器； ⑷、采集方式：同起點整周期采樣； ⑸、測量精度：峰值誤差≤１μｍ 　　　　　　　相位誤差≤３° 　　　　　　　間隙誤差≤０.1Ｖ 　　B、鍵相板 　　鍵相板是一塊智能鍵相信號處理板，它由單片機進行智能控制，具有測速、整周期采樣控制、觸發(fā)低通跟蹤抗混頻濾波器等功能。鍵相板采用了新穎的閥值電平自動跟蹤電路，從根本上克服了必須經(jīng)常調(diào)整閥值電平的麻煩。其性能指標如下： ⑴、通道數(shù)：每塊2路； ⑵、輸入信號：電渦流傳感器、光電信號； ⑶、測量范圍：１～2 ００００轉(zhuǎn)／分 ⑷、測量精度：轉(zhuǎn)速誤差≤１轉(zhuǎn)／分 　　C、緩變量采集板 　　緩變量采集板負責(zé)采集多種緩變量信號（位移、偏心、脹差、溫度等）。其性能指標如下： ⑴、通道數(shù)：每塊32路； ⑵、輸入信號: 0--10mA、4--20mA、0--5V、1--5V、0--10V； ⑶、測量精度：≤0.15%； 　　D、開關(guān)量采集板 　　事故報警繼電器開關(guān)信號是事故發(fā)生最直接的反應(yīng)，它的準確獲取對黑匣子功能的實現(xiàn)和故障的準確診斷有著重要的意義。開關(guān)量采集板正是為采集事故報警繼電器開關(guān)信號而設(shè)計，由專門的單片機進行控制，其單個事件的分辨率小于1ms，它不僅能捕捉聯(lián)鎖開關(guān)的動作，而且能準確獲取開關(guān)動作的時間和順序。 　　開關(guān)量采集板直接插在下位計算機總線板內(nèi)。當(dāng)事故報警繼電器開關(guān)動作時，開關(guān)量采集板迅速向下位計算機發(fā)出中斷信號，下位計算機馬上進入黑匣子狀態(tài)。 開關(guān)量采集板性能指標如下： ⑴、通道數(shù)：每塊32路； ⑵、輸入信號: 有源開關(guān)信號或無源觸點信號； ⑶、分辨率：≤1ms； ◆系統(tǒng)功能： 　　 "EN8000大型汽輪發(fā)電機組振動監(jiān)測分析故障診斷系統(tǒng)"具有強大的功能，主要有： ⑴ 實時監(jiān)測 以監(jiān)視圖、棒表、曲線等方式實時動態(tài)顯示所監(jiān)測的數(shù)據(jù)和狀態(tài)； ⑵ 趨勢分析 可分析任一個或多個參量相對某個參量的變化趨勢，其中橫軸和縱軸可任意選定，時間段可任意設(shè)定。 ⑶ 事故追憶 設(shè)有黑匣子數(shù)據(jù)庫，可追憶事故前事故后有關(guān)的詳細數(shù)據(jù)。 ⑷ 振動分析 具有強大的振動分析功能，包括 　 時域分析：波形、幅值、軸心軌跡、軸心位置； 　 頻域分析：頻譜、相位、瀑布圖； 　 變速過程：伯德圖、極座標圖、級聯(lián)圖。 ⑸ 故障診斷 可診斷汽輪發(fā)電機組最常見的振動故障，如不平衡、不對中、大軸彎曲、軸瓦松動、油膜振蕩、動靜磨擦、掉葉片等。 ⑹ 動平衡計算 具有多種平衡計算方法。 ⑺ 時序分析 對重要開關(guān)量嚴格區(qū)分動作先后時序，分辨率為小于1ms； ⑻ 事件列表 記錄每一事件的詳細資料； ⑼ 數(shù)據(jù)管理 自動存儲有關(guān)數(shù)據(jù)，形成歷史數(shù)據(jù)庫、升降速數(shù)據(jù)庫、黑匣子數(shù)據(jù)庫等； ⑽ 報表打印 可定時打印運行報表、自動打印操作記錄、屏幕拷貝等； ⑾ 網(wǎng)絡(luò)通訊 可與廠內(nèi)DCS、MIS等系統(tǒng)進行通訊，還可與網(wǎng)局振動分析中心聯(lián)網(wǎng)。 ◆故障診斷專家系統(tǒng)： 　　EN8000故障診斷專家系統(tǒng)是利用知識和基于知識的推理過程，模擬領(lǐng)域?qū)＜医鉀Q問題的方式對診斷對象存在的故障進行診斷。它由以下特點： 　　1、采用流行的Windows 95 操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺，利用Visual C++5.0 編程環(huán)境實現(xiàn)，保證了系統(tǒng)的先進性。同時，面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計提高了系統(tǒng)的可擴充性； 　　2、建立了適用于汽輪發(fā)電機組、水輪發(fā)電機組和壓縮機組的故障診斷知識庫，診斷知識豐富，并具有完善的知識處理模式，特別是其強大的數(shù)據(jù)處理和征兆自動獲取能力，提高了故障診斷的實時性和診斷結(jié)果的可靠性；能夠?qū)πD(zhuǎn)機械常見的不平衡、不對中、大軸彎曲、軸瓦松動、油膜振蕩、動靜磨擦、掉葉片等故障進行診斷，并給出診斷結(jié)果的可信度。 　　3、為了滿足不同用戶的要求，系統(tǒng)提供兩種診斷方式：自動診斷和對話診斷，前者不需要人工干預(yù)，由計算機自動對數(shù)據(jù)進行分析并給出診斷結(jié)果，后者既可以是在前者的基礎(chǔ)上，通過人機對話獲取更多的征兆事實，進行更詳細更準確的診斷，也可以用案例驗證知識庫的正確性以及進行人員培訓(xùn)。專家系統(tǒng)同時給出診斷結(jié)果的解釋和特定故障的處理意見； 　　4、可以對知識庫進行插入、刪除、修改等操作，以排除知識獲取中產(chǎn)生的各種錯誤，保證知識庫的正確性。 　　5、專家系統(tǒng)主要使用菜單和工具條，利用鼠標器進行操作，簡便易行，同時界面信息全部漢化，用戶界面友好；提供了強大的幫助功能。在系統(tǒng)操作過程中，用戶可以隨時得到相關(guān)幫助，并且通過對幫助文檔的學(xué)習(xí)，可以加深用戶對系統(tǒng)的理解，適應(yīng)知識不斷更新的需要。 ◆數(shù)據(jù)采集存儲方式： 　　采集方式采用同起點整周期采樣，在任意轉(zhuǎn)速下系統(tǒng)的采樣頻率均為工頻的32倍頻，保證了采樣的整周期性。每次數(shù)據(jù)包括連續(xù)的32個波形，即1024點。AD板采樣頻率為100KHZ（最高轉(zhuǎn)速可到20000 RPM），可以滿足大部分機組振動采集的需要。 　　所有通道采集一次為一組原始數(shù)據(jù)。相鄰兩組原始數(shù)據(jù)的時間間隔與轉(zhuǎn)速有關(guān)。每組原始數(shù)據(jù)的容量為10512字節(jié)。EN8000系統(tǒng)能將原始數(shù)據(jù)包送往各振動中心。 　　EN8000共有三種存儲方式：等時間間隔采樣、等轉(zhuǎn)速間隔采樣、等負荷間隔采樣。等時間間隔采樣指機組在穩(wěn)定運行時（轉(zhuǎn)速在設(shè)定的轉(zhuǎn)速上限和轉(zhuǎn)速下限之間），每經(jīng)過一段時間，在歷史庫中存儲一組數(shù)據(jù)；等轉(zhuǎn)速間隔采樣指機組在開停機運行時（轉(zhuǎn)速在設(shè)定的轉(zhuǎn)速上限之上或轉(zhuǎn)速下限之下），轉(zhuǎn)速每每變化△RPM，在開停機數(shù)據(jù)庫中存儲一組數(shù)據(jù)；等負荷間隔采樣指機組在變負荷時，負荷每變化△MW，在變負荷數(shù)據(jù)庫中存儲一組數(shù)據(jù)。在轉(zhuǎn)速小于盤車轉(zhuǎn)速時，系統(tǒng)不采集振動數(shù)據(jù)同時不存儲相關(guān)數(shù)據(jù)。在開停機中間進行暖機時按升降時間存儲。轉(zhuǎn)速上限、轉(zhuǎn)速下限、盤車轉(zhuǎn)速、△RPM、△MW和升降時間均可由用戶在設(shè)置中進行設(shè)置。 ◆事故追憶： 　　能以開關(guān)量狀態(tài)變化、振動超限、轉(zhuǎn)速變化及運行參數(shù)變化啟動系統(tǒng)進入事故狀態(tài)。系統(tǒng)設(shè)有黑匣子數(shù)據(jù)庫和當(dāng)前數(shù)據(jù)庫，可追憶事故前和事故后的詳細數(shù)據(jù)。系統(tǒng)進入事故狀態(tài)后，以最快速度記錄事件后的數(shù)據(jù)，容量為180組，間隔隨轉(zhuǎn)速變化。事件后的數(shù)據(jù)采集完畢后，系統(tǒng)自動將存儲在緩沖數(shù)據(jù)庫中的被凍結(jié)的事件前的數(shù)據(jù)（容量為180組，每一組數(shù)據(jù)均包括振動信號和緩變量信號）送到黑匣子數(shù)據(jù)庫，因此，黑匣子數(shù)據(jù)庫中存儲了事件前后的詳細數(shù)據(jù)。 　　當(dāng)發(fā)生事故后或可能要發(fā)生事故時，用戶還可以通過調(diào)用當(dāng)前數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)詳細了解前4小時機組的