旋转机械可组态在线监测诊断系统以及手持式离线系统的研究

华中科技大学硕士学位论文旋转机械可组态在线监测诊断系统以及手持式离线系统的研究姓名：张聘亭申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：黄树红20080605华中科技大学硕士学位论文I摘要科学技术的进步和生产的发展，推动着机械设备和生产系统的发展，并对大型机械的设计、制造、安装、使用、维修和安全可靠运行提出了更高的要求。本学位论文以连续性生产系统的关键设备——大型旋转机械，如电力部门的汽轮发电机组为研究对象，将旋转机械监测诊断技术与数据库技术，网络技术，组态式软件技术相结合，实现了通用的可组态旋转机械在线监测诊断系统。同时为满足现场应用的需求，基于PDA技术的发展对手持式的旋转机械动平衡系统进行了研究，形成了与在线系统互补的手持式离线系统。本文综述了旋转设备监测诊断技术和系统的发展状况，探讨了对于大型旋转机械监测诊断系统需要监测的参数体系与分析方法。根据监测诊断系统的发展趋势，提出了系统的总体构建，采用基于Web的三层分布式应用程序来实现旋转机械远程监测和诊断系统。进一步的，本文分析了旋转机械远程监测诊断系统的数据应用需求，设计了远程监测诊断数据库的组成结构，详细定义了数据库中各种数据表的结构、索引以及表之间的关系。同时为满足存储大量波形数据的需要，采用大二进制的格式存取波形，并在存取波形的时候对二进制数据进行压缩。本文所实现的监测诊断系统基于组态软件技术，只需要做少量配置，甚至无需编程改动，即可实现对不同的旋转机械设备的监测诊断。系统实现了旋转机械基本监测分析功能，如频谱分析、相关分析、轴心轨迹等功能，并提供机组启停分析、矢谱分析、时频分析、滚珠轴承分析、专家系统故障诊断、动平衡计算等工具。为满足便携式系统的要求，本文讨论并设计了基于PDA技术的手持式旋转机械动平衡系统，给出了手持式系统的结构软硬件结构和数据库的设计，并将数据库技术引入了离线系统，在线与离线互补。系统基于Z51单片机实现了对振动数据的采集，并在PDA上实现了振动分析，动平衡计算等软件功能。关键词：旋转机械可组态在线监测离线监测故障诊断华中科技大学硕士学位论文IIABSTRACTDevelopmentofscienceandtechnologypromotestheprogressofmachineryequipmentandmanufacturesystem,andputsforwardahigherrequirementtosafeandreliableoperationoflarge-scalemachinery.Thisthesisaimsatthekeyequipmentofcontinuousmanufacturesystem,large-scalerotatingmachinery,combiningtherotatingmachinerymonitoringanddiagnosistechnologywithdatabase,networkandtheconfigurationsoftwaretechnology,developsaconfigurationalandremoteonlineconditionmonitoringandfaultdiagnosissystemforrotatingmachinery.Atthesametime,basedonPDAtechnology,thisthesisdiscussesthehand-holdsystemanddevelopsahand-holddevicefordynamicbalance,whichismadeupofaPDAandSCM.First,thisthesissummarizesthedevelopmentofremotemonitoringandfaultdiagnosistechnologiesofrotatingmachinery,anddiscussestheparameterswhichshouldbemonitoredandthemethodofsignalanalysis.Basedupontheanalysisoffunctionofmonitoringanddiagnosisdemand,thisthesisgivesthenetworktopologyofthesoftwareandchoosesdistributedthree-layerapplicationmodeasthearchitectureofmonitoringanddiagnosissystem.Furthermore,aftertheanalyzingofthesystemdatabasedemand,thestructureandtherelationshipofthetablesaregiven.Inordertosatisfythedemandofsavingabundantvibrationsignal,BinaryLargeObject(BLOB)isintroducedasthestoringformattingofwavedata.Themonitoringanddiagnosissystemrealizedinthisthesisisbasedontheconfigurationtechnologies.Alittleconfigurativeprocess,evenwithoutprogrammingcansatisfythedifferentmonitoringanddiagnosisdemandstodifferentrotatingmachinery.Thesystemcanprovidethebasicmonitoringandanalysisfunction,suchasfrequencyspectrumanalysis,correlationanalysis,orbitplot,etc.Besidesthebasicanalysismodule,startandstopanalysismodule,vectorSpectrumanalysismodule,time-frequencyanalysismodule,ballbearingdiagnosismodule,expertsystem,anddynamicbalancemodulearealsoincludedinthissystem.Then,aimedatthehand-holdsystem,thisthesisdiscussesanddesignsadynamic华中科技大学硕士学位论文IIIbalancesystembasedonPersonalDigitalAssistant(PDA),giventhestructureofsoftwareandhardware,includingthestructureofthedatabase.ThisthesisusesaSingleChipMicyoco(SCM)asthedataacquisitiondevice,andrealizesthefunctionofvibrationanalysisanddynamicbalanceonPDA.Finally,thisthesissummarizesthepaper,pointsoutunfathomedproblemsandindicateswhatshoulddointhefollowingphase.Keywords:RotatingMechanery,Configurational,onlinesystem,Offlinesystem,FaultDiagnosis独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日本论文属于华中科技大学硕士学位论文11绪论1.1文本的研究背景随着现代科技技术的不断发展，各种旋转机械设备（如汽轮机、发电机、鼓风机及压缩机等）日益大型化、高速化、重载化和复杂化，机组的机械效率与自动化水平都比以前有了很大的提高。由于这些旋转机械是现代化连续生产过程中的关键部分，此类设备一旦发生轻则降低系统的生产效率，重则造成生产停顿，导致重大经济损失，甚至出现设备毁坏、危及生命财产安全的恶性事故，造成灾难性的后果[1]。为保证设备的健康稳定运行，传统采用定期维修的方法，然而这种防范方式普遍存在“维修不足”或“维修过剩”，甚至造成“维修性故障”的问题[2]。因此，这种传统的以时间为基础的检修体制也逐渐转变为以状态为基础的状态检修方法，既能够保证设备的安全稳定运行，也能够减少维修费用和维修时间，从而带来巨大的经济效益。而推行设备状态检修的基础正是设备的状态监测和故障诊断技术。目前公认的行之有效的监测诊断方法有振动诊断、油液诊断和红外诊断等，而发展昀为迅速的是振动监测技术[3]。目前的振动监测系统可以分为两类，一类是离线的振动监测仪表，另一类是以网络技术为基础的在线监测诊断系统。离线振动分析仪表功能简单，便于携带，适合现场应用，投资较小且监测面宽，并且其对设备的影响较小。例如目前我国在火电厂和核电厂推行的“点检制”，就采用了离线监测的方式。但是相对于在线系统来说，离线系统反应相对缓慢，对数据的处理麻烦，一般只能提供简单的振动分析功能，因此还需要配备另外的分析系统。而在线系统是指利用现代传感技术、信息技术、计算机技术等各个领域的技术综合构成的辅助运行系统，不仅能够提供分析故障所必须的频谱相位等信息，还能够提供启停分析，报表分析，专家系统等多种功能，并且引入了数据库支持，能够长时间保存机组运行状态信息等。虽然这种在线系统在性能上相对离线系统要优越很多，但是离线监测的优点决定了它目前的不可替代性，特别在停机维修中进行的静态探查仍华中科技大学硕士学位论文2然是状态评价的一部分昀重要的内容。因此，离线系统和在线系统在目前都是不能被替代的。对于在线系统，如何高效、可靠地开发软件是一个必须面对的问题。由于传统的振动监测软件都是针对具体的某一机组设备，其测点的布置，数据的采集和管理，采集板卡，软硬件接口都是固定的、不可更改的，如果需要增加测点、改动监测对象就必须要修改源程序或者要从头开始，从而不可避免的有大量的重复劳动。工控组态软件在工控领城的成功应用为组态式振动监测软件开发提供了很好的思路，用这种“柔性化”方法开发的工控软件具有很好的开发效率，并且能很好地适应外界需求的变化。虽然工控组态软件目的偏重于控制功能，而机械振动监测与故障诊断系统的目的除了采集数据并显示外，更重要的是它还要保存大量的机组启停数据、日常数据、故障数据，以备作故障分析，二者在本质上有不同。但组态式在线振动监测与诊断软件的开发可借鉴工控组态化软件的思想，开发出软硬件分离，可组态的，适合不同旋转设备的通用性监测诊断系统[52]。因此，本文提出以汽轮机机组及其辅机设备和工业用大型旋转设备为监测对象，采用先进的组态技术、数据管理技术、计算机网络技术、基于Web环境的远程应用软件技术、设备故障诊断技术，建立“可组态旋转机械远程在线监测和故障诊断系统”；并在此基础上开发基于PDA的离线手持式旋转机械动平衡系统，二者数据库可以相互同步，共享信息