风机在线振动检测与故障诊断系统

风机在线振动检测与故障诊断系统说明书南京康尼科技实业有限公司南京市经济开发区内恒达路19号邮政编码：210038电话：[phone]传真：[phone]风机在线振动检测与故障诊断系统说明书南京康尼科技实业有限公司2007.621、项目设计遵循标准及规范振动状态监测部分参照GB/T19873.1-2005/ISO13373-1:2002《机器状态监测与诊断振动状态监测》；有关电气装置的实施参照GB50255-96《电气装置安装工程施工及验收规范》；有关自动化仪表实施参照GB50093-2002《自动化仪表工程施工及验收规范》及DLJ279-90《电力建设施工及验收技术规范》（热工仪表及控制装置篇）；其余部分参照南京康尼科技实业有限公司企业标准。1.1系统目标基于对钢铁企业现状的了解，并结合对未来在线监测系统的期望，我们拟订如下系统目标：1、实时监测以机组结构示意图、棒图、数据表格等方式实时显示所监测的数据和状态，并以不同颜色进行声光报警显示。2、趋势分析对采集到的振动、轴位移等参数进行趋势分析，能根据标准值的限定范围实现劣化分析，并结合标准信息提供设备检修指导，同时劣化曲线应能导出成电子文档或图表形式。3、振动分析包括时域分析（波形、幅值）、相关分析（自相关分析、互相关分析）、频谱分析（频谱、相位）、矢谱分析、矢功率谱分析、进动谱分析、全信息分析、轴心位置（稳态）、倒谱分析、时频分析等。4、数据库管理系统能自动生成各种数据库，包括历史（分钟、小时、天、月、年）、启停机、报警、事件及特征数据库等，并能自动进行维护，对过期数据自动清理，对特殊数据进行保护和备份。5、黑匣子功能系统设有黑匣子数据库，能追忆和分析报警前后有关的详细数据。6、故障诊断能诊断机组的常见故障，包括不平衡、不对中、基础松动、油膜涡动、转子碰摩等十六种常见故障。7、报表打印8、网络通讯公司及分厂的有关领导和技术人员都可以通过浏览器随时查看机组的运行状态和进行各种分析、诊断。可与现场智能仪表、DCS系统和MIS系统通讯。31.2故障诊断的目的确定机器继续运行的时间。确定机器发生故障的严重程度。确定机器继续运行是否有危险。通过诊断，对部分异常通过调节工艺参数进行减振。确定机器解体检查的部位。只有需要修理的时候才实施修理。最大限度地降低设备维修费用，避免设备因过剩维修带来的设备损坏。2、系统简介设备远程监控与运行管理系统是南京康尼科技实业有限公司和南京农网城网共同合作汇集多年对旋转机械故障机理和动力学特性研究成果而向市场推出的高智能、高可靠的工业级设备在线监测与故障诊断系统，包括采用嵌入式技术和多CPU技术设计的高智能全自动主动数据采集单元、基于获得国家科技进步奖的矢谱分析技术的全序列分析方法，涵盖了稳态、瞬态和非平稳态分析，配合可视化主动数据驱动技术，向用户提供了与机组运行状态最接近的图谱信息、基于智能混合技术的故障诊断专家系统和稳定的网络支撑、开放型关系数据库几个组成部分。数据采集单元实现将机组的振动模拟信号采集，其采集模式根据不同的状态（正常、报警、危险等）自动转换，并具备完善的数据预处理功能，既保证了采集数据的正确性和完整性，也可以充分发挥系统硬件资源功效。采集并经预处理的数据存储在系统的服务器数据库中，供监测、分析和诊断系统调用，可实现企业网络系统内的全功能浏览。信号分析方法提供了稳态、瞬态和非平稳态分析方法，组合功能达到30种左右。系统采用了基于获得国家科技进步奖的矢谱分析技术作为技术依托，可以向用户提供唯一性的源数据，为后续故障诊断系统的高效发挥提供了技术保障。故障诊断专家系统可自动诊断16类旋转机械常见故障，并提供相应的修正建议措施。故障诊断系统具备自学习功能，采用了支持向量机技术构造自学习系统，可实现在小样本条件下甚至正常数据样本条件下的高效自学习。网络系统可以采用用户指定的操作系统和数据库，也可采用Linux作为网络支撑环境。3、系统的基本功能43.1系统设计原则3.1.1高可靠性作为工业产品，可靠性要求是第一位的，也是保障技术先进性正常发挥的重要条件。可靠性除包含系统所设计的硬件外，软件的可靠性、稳定性、网络系统抗病毒攻击能力均成为系统可靠性指标的组成部分。系统在以下诸方面体现上述可靠性指标：①高可靠数据采集前端系统的数据采集器全部采用嵌入式Linux体系和多CPU结构，组成全功能数据采集系统，可满足振动（位移）、工艺参数、开关量等参数的多模式采集，根据现场实际和用户需求，也可扩展数字输出功能，实现部分参数的控制。数据采集部分的平均无故障时间不低于40000小时。②高可靠网络体系针对网络普遍存在的安全性问题，系统局域网采用高可靠的服务器，网络支撑系统采用Linux网络平台，数据库采用Oracle大型关系数据库，软件整体采用符合网络数据传输要求的B/S结构，并采取了多种安全措施和冗余设计，系统负荷不超过设计容量的60%，不但保障系统高速运行，也便于随着对系统功能要求的不断提高而进行的功能扩展。③高可靠信号分析体系信号分析方法全面，覆盖面广；除保留应用效果较好的传统分析方法外，鉴于大多故障发生时信号表现为非平稳过程，增加了非平稳过程分析方法和部分现代信号分析方法（如数据融合、盲源分离等），并尽可能以简洁、直观的表达方式呈现给系统使用者。④高可靠信号预处理对部分耦合通道较多、信号结构复杂且信噪比低的信号，将采用先进的“盲源分离”或“高阶统计量”等现代信号处理技术对信号进行预处理，获得信噪比较高的早期故障信息。3.1.2方便实用性①功能浏览方便采用全B/S结构，友善的人机接口、联机帮助系统，使操作非常简单方便。②工作状态变更方便各种参数可通过系统提供的组态软件进行在线调整，由于Linux系统具备的TCP/IP通讯协议功能优于Windows系统，可方便地实现数据采集器的远程工作状态变更及功能升级。③数据查询管理方便数据查询方便快捷，针对大多设备状态监测系统采用的基于时间标志数据查询方式不直观、效率低等弊病，采用了先进的可视化主动数据驱动技术，用户选择数据更直观、准确、快捷。系统还提供事件－数据关联技术，实现直接从事件进入数据分析。④用户端扩展方便由于系统软件采用了J2EE体系编制，用户端无需任何设置即可成为系统全功能浏览器，且与用户端操作系统无关。3.1.3可扩充性5①监测对象扩充系统具有良好的扩充性，并保证扩充具有较高的性能价格比。新增加监测机组仅需增加数据采集器、振动传感器／工艺信号变送装置和信号电缆，对于安装距离较近的机组，在采集器框架所容通道许可的条件下，可以通过扩充采集板的方式进行扩充。②系统功能扩展软件系统采用组态化、模块化设计，所有分析功能均作为一个独立控件模块，便于系统功能扩展和功能升级。③系统覆盖范围扩展系统提供与ERP/EAM系统互联的的标准数据接口，便于组成大型企业监测网络和不同应用系统之间的数据传输与共享。④技术支持范围扩展系统具备远程故障诊断技术支持功能（需INTERNET网络支持），通过INTERNET可实现领域外专家的技术支持和远程故障诊断。3.1.4人工智能性①智能诊断机组常见故障系统配备了智能故障诊断专家系统，自动或人机交互诊断16大类机组常见故障。②智能自学习功能采用先进的支持向量机技术更新了系统的自学习功能，支持在小样本条件下（甚至是正常数据下）的系统自学习功能，进一步提高了系统故障诊断的准确度。③智能综合源数据系统对于故障诊断推理机构造有与一般诊断系统不同。一般故障诊断系统多利用频谱特征（将频率成份分为多个“段”，给予一定的加权值）、轴心轨迹形状、振动稳定性等因素进行模糊识别，由于采用的数据源为一个“点”数据，且频谱多为单通道频谱（投影谱），故诊断准确率相对较低。系统综合考虑了振动信号来源位置、数值变化趋势、截面信息融合、源信号分离、唯一性源数据处理等方式进行设备状态的推理，因此可以提高故障诊断的准确性。对于采用电涡流传感器的系统，所有考核数据均为振动矢量，避免了单通道数据（投影数据）受传感器安装位置影响导致数据无唯一性问题。④智能数据采集数据采集器采用了全自动智能工作模式设计，可智能识别机组运行状态变化并应用相适应的数据采集方式，全部功能均处于全自动运行状态。3.1.5数据准确性①采用数字矢量滤波技术获取真实相位信息。②采用盲源分离技术获取高信噪比信号。③采用高位数A/D（16位）提高模数转换精度。④采用截面——轴系数据融合技术获取唯一性数据。⑤采用通频、分频、梯度及状态报警等多维报警功能，获取真实的机组状态变化信息。3.2系统总体特点63.2.1基于嵌入式Linux体系设计的多CPU高智能数据采集技术。3.2.2旨在提高信号信噪比与准确性的多重数据预处理技术。3.2.3提高数据查询的可视化主动数据驱动技术。3.2.4基于矢谱分析的系列信号分析技术。3.2.5基于数据挖掘技术和矢谱数据分析的智能故障诊断技术。3.2.6基于Struts架构的J2EE模式的与操作系统无关的编程技术。3.2.7基于Linux＋Oracle的数据库服务器安全配置技术。4系统功能及技术指标4.1智能数据采集站数据采集系统主要功能是采集、传送并处理各种振动、位移、键相及温度等数据。采用工业控制计算机架构体系和当今智能IT仪器设计广泛采用的嵌入式Linux体系，结合针对振动信号特性设计的多CPU并行预处理技术，配合特殊设计的多种专用集成电路技术(ASIC)及数字信号处理（DSP）等多种信号调理板，构造的数据采集器具有高可靠性和稳定性，完全满足工业现场苛刻的环境，其平均无故障时间不小于40000小时。动态振动数据取自现场机组，在条件许可的情况下，也可从PLC、DCS系统引入部分工艺信号，或直接取自工艺信号的标准信号输出端。根据机组所处的工作状态，数据采集器会自动采用相应的触发方式。正常工作状态下系统采用等时间间隔的同步整周期采集（需要键相信号支持），异常时即采即存，开停车状态按设定的转速间隔采集，全部采用同步整周期采集。4.1.1特点①优化设计的同步整周期采集同步整周期采集是以键相位信号为基准实现多通道的同步采样，采样速率受控于机组转速，每周期（转）采集的数据样本长度相同，每次采集的波形周期数相同。整周期采样是在硬件控制下实现的，每周期采样长度和采样周期数均可设置。②自动跟踪滤波跟踪滤波包括跟踪抗混滤波和跟踪数字矢量滤波，前者采用特殊设计的八阶椭圆低通滤波器，该滤波器的拐点频率f0可通过改变时钟脉冲频率fc任意设定（滤波器的拐点频率在10Hz和500kHz之间，一般转速的机组设置在25kHz即可满足需要），因此控制低通滤波器的时钟频率即可方便地实现跟踪抗混滤波；后者以数字处理技术为核心，实现以机组转速为中心频率的带通滤波功能，可实时跟踪1X、2X矢量（幅值与相位），也可跟踪用户设置的任何分频矢量。③自动瞬态与稳态数据采集机组瞬态与稳态数据的采集均按同步整周期采样。机组开停车数据是采集器自动进入高速数据采集状态，采用专门设计的静态＋动态数据7混合采集技术，实现高分辨率的开／停车数据采集。系统分析软件能自动识别瞬态数据并调用相应的分析方法。④基于事件驱动的数据“黑匣子”功能“黑匣子”功能对故障数据长期保存，以利进一步深入分析。数据为开机数据、停机数据、正常数据、异常数据和实时数据五种，异常数据采集包括了发生异常前后的整个过程的数据。⑤工艺通道光电隔离对不允许共地的工艺信号，采集器专门设计了全光电隔离信号调理采集板，各路工艺信号之间以及与采集系统完全隔离，隔离的耐压为±1000V。4.1.2技术指标宽电压设计，90～132VAC或180～264VAC6/12/18CH＋1键相通道独立CPU采集模板，积木式组合设计。ASIC+DSP结构，完善的数据预处理功能，包括先进的数字矢量滤波技术。TCP/IP通讯协议，通讯速率100Mbps。采样频率最高达500kHz。16位A/D转换。优化设计的同步整周期采集技术，采样长度和每转采样点数可调。可编程抗混跟踪滤波器与数字矢量滤波。测量转速范围60－