旋转设备振动在线监测系统方案

旋转设备振动在线系统

技术方案

合肥优尔电子科技有限公司

2016. 8

现状分析

随着我国工业现代化进程的加快，对于连续生产的企业而言，大型旋转设 备的稳定运行十分重要，一旦发生故障，都有可能导致整个生产线停机，造成 极大的损失。这种损失可达每小时数十万元之巨，特别是生产过程智能控制系 统的采用，对关键设备安全运行的依赖程度越来越高 ，因此，对这些设备进行 在线监测就显得非常重要。

各种旋转设备运转过程中各零部件磨损并非相同 ，随其工作条件而异，但 磨损的发展是有其规律的，如果能够对设备受到的这种磨损失效规律进行掌 握，设备各零部件的相对运动趋势将反应出振动 、温度、声音的连锁效应，使 我们提前知晓设备各项功能发生改变的趋势与结果。国网铜陵发电有限公司拥 有多种大、中、小型旋转设备，其较多旋转设备占据着生产中的核心地位。

二、系统架构

旋转设备振动在线监测系统，通过无线自组网和现场总线的方式，将从各 传感单元采集的数据汇集到管理后台，通过计算机系统处理实现应用服务，计 算机系统主要由数据前端设备、服务器机和管理端PC组成。

eord完美格式

系统拓扑如下图所示：

eord完美格式

灵敏度：100mV/g

加速度量程：0.1〜100mm/s 2

工业局网

旋转设备

系统管理后台

关联工控系统

三、振动采集终端

3.1振动传感器

在旋转设备两端轴座（具体部位可根据现场情况确定）设置两组三维（X、

丫、Z方向）加速度振动传感器，测量振动位移矢量，监测主轴与轴瓦（轴座） 之

间的轴向、径向游离与波动情况。

振动传感器利用压电晶体的正压电效应 ，当压电晶体在一定方向的外力作 用下，它的晶体面产生电压，采集电路检测出这个电压值后换算成受力大小 F，由公式a=F/m可以得出瞬间加速度大小a，对加速度二次积分得出瞬间位移 量，从而得出被测对象振动频谱和振动位移。

主要技术参数：

传感器类型：IEPE

eord完美格式

速度量程：0.1〜250mm/s 位移量程：1〜3000阿

频率范围:0.3〜12000Hz (± 10%) 谐振点：27kHz 分辨率：0.001g 非线性：w 1% 横向灵敏度：w 3% 恒定电流：4mA 输出阻抗：v 100Q 激励电压：DC24V 温度范围：-40〜+80 C 放电时间常数：秒

3.2振动采集器

YT-400振动采集器是合肥优尔电子科技自主研发的一款高性能

eord完美格式

类传

IEPE

灵敏度：100mV/g

感器信号采集终端，内置了传感器所需的恒流激励和信号调理电路

，可以不需

加速度量程：0.1〜100mm/s 2 外部的信号调理器而直接采集 IEPE传感器的输出信号。YT-400具有四路大量 程、高采样率、低噪声的高性能同步信号采集通道。每个通道的量程为土 10V, 采样率高达128Ksps，并能保证实时传输到后台服务器进行显示与分析。通过 高性能ADC和先进的DSP信号处理技术，使YT-400具备极低的采样噪声，在 IKsps采样率下采样噪声峰峰值仅为

0.00004V，满量程信号的信噪比高达 50

万。多通道、高采样率和低噪声和同步采样使 YT-400能够满足科研与生产中高 端信号监测的需要。

YT-400系列采用跨平台通用的动态链接库作为驱动函数接口 Server 03/Server 08/Win2000/XP/WIN 7/WIN 8

，可工作在

等操作系统下，支持 VB, VC,

C++Builder, Dephi ，LabVIEW，Matlab 等大多数编程语言。

主要技术参数： 输入通道

4路同步采集通道

支持IEPE( ICP)类传感器 BNC接线端子

交流输入 IEPE调理

输出电流：恒定4mA

eord完美格式

驱动电压：24V 隔直电容：10微法 电压量程

eord完美格式

-10.5V 至U+10.5V 米样率

128K、64K、32K、16K、8K、4K、2K、1K 八档可调 分辨率

128K采样率下，噪声峰峰值＜ 400微伏，无噪声分辨率15.7bit ;噪声 有效值＜ 60微伏，有效分辨率18.6bit ,信噪比103dB ;

64K采样率下，噪声峰峰值＜ 250微伏，无噪声分辨率16.2bit ;噪声 有效值＜ 38微伏，有效分辨率19.0bit，信噪比105dB ；

32K采样率下，噪声峰峰值＜ 150微伏，无噪声分辨率17.0bit ;噪声 有效值＜ 23微伏，有效分辨率19.8bit，信噪比109dB ；

16K采样率下，噪声峰峰值＜ 100微伏，无噪声分辨率17.7bit ;噪声 有效值＜ 16微伏，有效分辨率20.6bit，信噪比113dB ;

8K采样率下，噪声峰峰值＜ 70微伏，无噪声分辨率18.4bit ;噪声有 效值＜ 10微伏，有效分辨率21.3bit，信噪比115dB ;

4K采样率下，噪声峰峰值＜ 50微伏，无噪声分辨率18.6bit ;噪声有 效值＜ 9微伏，有效分辨率21.5bit，信噪比117dB ;

2K采样率下，噪声峰峰值＜ 40微伏，无噪声分辨率18.9bit ;噪声有 效值＜ 6微伏，有效分辨率21.8bit，信噪比121dB ;

1K采样率下，噪声峰峰值＜ 35微伏，无噪声分辨率19.0bit ;噪声有 效值＜ 5微伏，有效分辨率21.9bit，信噪比123dB ; 缓存

eord完美格式

-10.5V 至U+10.5V DAQ Buffer : 192K Bytes

eord完美格式

FIFO : 1K Bytes

四、后台监测软件

4.1软件功能

后台软件实现的功能如下图所示：

旋转设备振动在线监测系统 状异 态常故 数告障 据警预 分管测 析 理诊 断 析载 ■分状态异 齿 析 轮转■综合常异告常 喷动 分警告 射部振析监警 润温动 视分 滑度频运 析

分分谱行析析分负 eord完美格式

4.2系统主要功能概述

(1) 实时状态监测

在旋转设备示意图相应监测部位实时显示设备振动峰峰值

，及时反映设备

当前运转情况和运行状态。点击监测点可进一步显示每个监测点振动变化曲线 以及频谱图。

下图为实时状态图案例：

7=

—

• m

» y 辛M韵144

・

M rt*M *!□■■■ ttj-

M 4a>#WB*fK

'loo

ODD 1

下图为振动频谱时域图案例：

eord完美格式

球廉机状态在拔JRM呆婉

(2) 异常告警管理

在实时状态监测时对状态数据进行阈值分析，超出阈值或装备规格标准时 自动进行异常告警，在实时监测图中通过变化红色告警提示 ，可以以声音形式 提示用户。提供对历史告警数据进行查询、分类统计和比较。

(3) 振动数据分析

通过对历史状态数据的分类、梳理和模拟，进行时序分析直观描述，对设 备状态及变化趋势进行分析，绘制趋势曲线，来展现设备状态重要数据点的变 化情况。下图为监测数据拟合图案例：

eord完美格式

(4) 故障预测诊断

根据预先设置的故障线阈值和劣变规律

，进行劣化倾向的定量化管理，基

，通过周期

于在/离线数据分析对象设备的劣化倾向程度和减损量的变化趋势 性对设备劣化倾向进行检测记录

，按时间绘制成图表和曲线，拟合其变化趋

势，预测最佳检修周期和更换周期，为制定设备检修计划提供依据。

根据旋转设备的部件参数和运行参数(转速/轴承类型及型号/齿轮齿数等)， 自动计算出轴承内圈、外圈、保持架、滚动体的故障频率，结合轴承水平、垂 直、径向的时域波形和频谱波形，判断可能故障，如不平衡、不对中、松动、 齿轮磨损等；并结合专家数据库中前期积累的知识和经验等数据 断轴承的故障提供参考。

，为有效地诊

eord完美格式

« ■■

HU

(5) 系统管理

提供对旋转设备及监测部位、技术参数等基本信息维护，提供对采集网 络、采集周期等采集基本信息维护，提供对系统用户及权限配置等系统基础功

eord完美格式

五、实施单位简介

合肥优尔电子科技有限公司，是由中国科技大学多名博士基于科研成果产 业化发起并组建的创新型企业，位于合肥高新区国家大学科技园，系国家 高新 技术”企业和安徽省 双软认证”企业，公司管理体系通过 GB/T 19001-2008/ISO 9001:2008认证，并且正在按照CMMI 1.3集成模型框架管理和改进 工程过程， 建立咼标准、咼效率、低成本的软件成果产业化机制。

企业致力于能源电力、化工建材和冶金制造等工业企业信息化与工业化融 合技术开发应用，拥有多项核心技术成果和数十项自主知识产权

，具有高水平

的系统技术集成能力和嵌入式产品开发经验，其专业技术处于国内领先水平。

企业主要产品为：工业一体化智能巡检仪、分布式无线采集器、无线数据 中继器、数据收发器、综合环境数据探测器等工业移动计算终端 ，并基于专业 化终端产品为用户定制工业设备点巡检系统、设备状态监测与故障诊断系统、 企业能源管理系统、煤场数字化及燃煤优化配比管理系统 、设备远程监测系统 等应用方案与工程实施。

作为中国科技大学数据融合实验室的校外基地

，企业建立了完备的产学

研”技术开发体系，拥有学风严谨、技术精湛的研发团队，在涉及工控信息化领 域的多个研究方向具备学科领头和创新能力

。多数员工具有电子信息工程、计

。在对业

算机科学技术和工业控制与自动化等方向良好的教育背景和从业经验

务及需求不断深入理解的基础上，快捷并针对性地为用户提供专业的信息化整 体解决方案和周到的技术服务。

通过精心研发和细微服务，企业陆续推出的产品与技术分别在多家大型国

eord完美格式

企投入应用，接受长期运行考验，充分满足了用户需求，提高了生产管理效 率，获得了普遍赞誉。企业仍将不断努力进取，加快先进技术的产业化实施 全心全意为用户服务，为中国工业企业的现代化转型竭尽全力。

eord完美格式