基于计算机和单片机的集散型主从分布式振动监测故障诊断系统

一． 基本工作原理概述： 　　EN-8000系统是一个基于计算机和单片机的集散型主从分布式振动监测故障诊断系统。整个系统由数据采集仪及上位机组成，二者通过网络集成。上位机可通过电厂现有的各种网络与厂方的MIS系统进行通讯，还可通过电话线与网局振动分析中心联网。 　　本系统设计新颖、配置灵活、组态方便、软件内容丰富、功能强大、且操作简单。WINDOWS方式操作、所有人-机界面均中文化，并提供在线帮助。在设计上采用了平行的前向通道结构、高速CHIPS、总线、网络、远程通讯等多项技术。EN-8000系统主要由四部分组成；一次传感器元件、EN-8000模块化高速数据采集集成系统和EN-8000数据管理、分析、专家智能诊断系统及其它外围设备。 二．型号意义： 　　北京英华达电力电子工程科技有限公司作为一个具有规模的技术密集型高科技企业，有可广泛适用于火电、水电、石化、冶金行业的各种大型旋转设备在线、离线动态监测与故障诊断的各类产品。 EN-8000大型旋转机械振动监测故障诊断专家系统是针对大型旋转设备在线动态监测与故障诊断的专业化产品。 三．用途 ： 　　EN-8000系统主要用于对工业领域大型旋转机械，如汽轮发电机组、水轮发电机组、压缩机组、燃轮机组、风机、电机、水泵等机组进行在线监测和故障诊断，自动采集、显示、记录和分析与设备安全密切相关的主要状态参数，如转速、振动、轴位移、胀差、偏心、功率、温度和压力等，快速准确地把握机组的运行状态，预测和诊断机组故障，预知故障维修，确保机组安全稳定运行。 本系统现已安装在电力、化工、冶金等领域的多家企业，系统运行状态良好，有效地解决了机组振动监测和故障分析、诊断问题，受到各用户单位的普遍欢迎。 四．结构原理及基本原理接线图 : EN-8000系统可根据所需监测机组的数量、分布及现场条件和用户要求，可采取多种系统结构。 五．主要技术数据及采集系统的构成: 　　数据采集仪负责采集振动信号、键相信号及缓变量信号，进行实时地监测、分析、处理及储存。数据采集仪由系统框架和四种信号采集板组成，系统框架提供各种工作电源，振动采集板负责采集各振动信号，键相板负责采集转速信号，而缓变量板负责采集多种缓变量信号（位移、偏心、胀差等），开关量板负责采集各开关信号。 　　数据采集仪硬件采用模块化结构，安装、维护、更换方便，可靠性好。每个振动量模板为8路，模拟量板和开关量板均为32路，可任意组合配置，模板之间采用现场总线网络结构。系统中各模块均可独立工作，其中某一通道或某一模块故障不会影响其他通道或其他模块正常工作，用户仅需自行更换发生故障的模块即可解决此类故障。 　　A．振动采集板 　　振动采集板负责对振动信号（电涡流传感器、速度传感器）进行采集。振动信号可直接从前置器接入或从二次仪表的缓冲端接入。振动采集板内包括信号预处理单元、低通跟踪抗混频滤波器及单片机系统，采集方式采用同起点整周期采样，在任意转速下系统的采样频率均为工频的32倍频，保证了采样的整周期性。其性能指标如下： ⑴、采样速率：100KHZ； ⑵、通道数：每块8路； ⑶、输入信号：电涡流传感器、速度传感器； ⑷、采集方式：同起点整周期采样； ⑸、测量精度：峰值误差≤１μｍ 　　　　　　　相位误差≤３° 　　　　　　　间隙误差≤０.1Ｖ 　　B、键相板 　　键相板是一块智能键相信号处理板，它由单片机进行智能控制，具有测速、整周期采样控制、触发低通跟踪抗混频滤波器等功能。键相板采用了新颖的阀值电平自动跟踪电路，从根本上克服了必须经常调整阀值电平的麻烦。其性能指标如下： ⑴、通道数：每块2路； ⑵、输入信号：电涡流传感器、光电信号； ⑶、测量范围：１～2 ００００转／分 ⑷、测量精度：转速误差≤１转／分 　　C、缓变量采集板 　　缓变量采集板负责采集多种缓变量信号（位移、偏心、胀差、温度等）。其性能指标如下： ⑴、通道数：每块32路； ⑵、输入信号: 0--10mA、4--20mA、0--5V、1--5V、0--10V； ⑶、测量精度：≤0.15%； 　　D、开关量采集板 　　事故报警继电器开关信号是事故发生最直接的反应，它的准确获取对黑匣子功能的实现和故障的准确诊断有着重要的意义。开关量采集板正是为采集事故报警继电器开关信号而设计，由专门的单片机进行控制，其单个事件的分辨率小于1ms，它不仅能捕捉联锁开关的动作，而且能准确获取开关动作的时间和顺序。 　　开关量采集板直接插在下位计算机总线板内。当事故报警继电器开关动作时，开关量采集板迅速向下位计算机发出中断信号，下位计算机马上进入黑匣子状态。 开关量采集板性能指标如下： ⑴、通道数：每块32路； ⑵、输入信号: 有源开关信号或无源触点信号； ⑶、分辨率：≤1ms； ◆系统功能： 　　 "EN8000大型汽轮发电机组振动监测分析故障诊断系统"具有强大的功能，主要有： ⑴ 实时监测 以监视图、棒表、曲线等方式实时动态显示所监测的数据和状态； ⑵ 趋势分析 可分析任一个或多个参量相对某个参量的变化趋势，其中横轴和纵轴可任意选定，时间段可任意设定。 ⑶ 事故追忆 设有黑匣子数据库，可追忆事故前事故后有关的详细数据。 ⑷ 振动分析 具有强大的振动分析功能，包括 　 时域分析：波形、幅值、轴心轨迹、轴心位置； 　 频域分析：频谱、相位、瀑布图； 　 变速过程：伯德图、极座标图、级联图。 ⑸ 故障诊断 可诊断汽轮发电机组最常见的振动故障，如不平衡、不对中、大轴弯曲、轴瓦松动、油膜振荡、动静磨擦、掉叶片等。 ⑹ 动平衡计算 具有多种平衡计算方法。 ⑺ 时序分析 对重要开关量严格区分动作先后时序，分辨率为小于1ms； ⑻ 事件列表 记录每一事件的详细资料； ⑼ 数据管理 自动存储有关数据，形成历史数据库、升降速数据库、黑匣子数据库等； ⑽ 报表打印 可定时打印运行报表、自动打印操作记录、屏幕拷贝等； ⑾ 网络通讯 可与厂内DCS、MIS等系统进行通讯，还可与网局振动分析中心联网。 ◆故障诊断专家系统： 　　EN8000故障诊断专家系统是利用知识和基于知识的推理过程，模拟领域专家解决问题的方式对诊断对象存在的故障进行诊断。它由以下特点： 　　1、采用流行的Windows 95 操作系统作为开发平台，利用Visual C++5.0 编程环境实现，保证了系统的先进性。同时，面向对象的程序设计提高了系统的可扩充性； 　　2、建立了适用于汽轮发电机组、水轮发电机组和压缩机组的故障诊断知识库，诊断知识丰富，并具有完善的知识处理模式，特别是其强大的数据处理和征兆自动获取能力，提高了故障诊断的实时性和诊断结果的可靠性；能够对旋转机械常见的不平衡、不对中、大轴弯曲、轴瓦松动、油膜振荡、动静磨擦、掉叶片等故障进行诊断，并给出诊断结果的可信度。 　　3、为了满足不同用户的要求，系统提供两种诊断方式：自动诊断和对话诊断，前者不需要人工干预，由计算机自动对数据进行分析并给出诊断结果，后者既可以是在前者的基础上，通过人机对话获取更多的征兆事实，进行更详细更准确的诊断，也可以用案例验证知识库的正确性以及进行人员培训。专家系统同时给出诊断结果的解释和特定故障的处理意见； 　　4、可以对知识库进行插入、删除、修改等操作，以排除知识获取中产生的各种错误，保证知识库的正确性。 　　5、专家系统主要使用菜单和工具条，利用鼠标器进行操作，简便易行，同时界面信息全部汉化，用户界面友好；提供了强大的帮助功能。在系统操作过程中，用户可以随时得到相关帮助，并且通过对帮助文档的学习，可以加深用户对系统的理解，适应知识不断更新的需要。 ◆数据采集存储方式： 　　采集方式采用同起点整周期采样，在任意转速下系统的采样频率均为工频的32倍频，保证了采样的整周期性。每次数据包括连续的32个波形，即1024点。AD板采样频率为100KHZ（最高转速可到20000 RPM），可以满足大部分机组振动采集的需要。 　　所有通道采集一次为一组原始数据。相邻两组原始数据的时间间隔与转速有关。每组原始数据的容量为10512字节。EN8000系统能将原始数据包送往各振动中心。 　　EN8000共有三种存储方式：等时间间隔采样、等转速间隔采样、等负荷间隔采样。等时间间隔采样指机组在稳定运行时（转速在设定的转速上限和转速下限之间），每经过一段时间，在历史库中存储一组数据；等转速间隔采样指机组在开停机运行时（转速在设定的转速上限之上或转速下限之下），转速每每变化△RPM，在开停机数据库中存储一组数据；等负荷间隔采样指机组在变负荷时，负荷每变化△MW，在变负荷数据库中存储一组数据。在转速小于盘车转速时，系统不采集振动数据同时不存储相关数据。在开停机中间进行暖机时按升降时间存储。转速上限、转速下限、盘车转速、△RPM、△MW和升降时间均可由用户在设置中进行设置。 ◆事故追忆： 　　能以开关量状态变化、振动超限、转速变化及运行参数变化启动系统进入事故状态。系统设有黑匣子数据库和当前数据库，可追忆事故前和事故后的详细数据。系统进入事故状态后，以最快速度记录事件后的数据，容量为180组，间隔随转速变化。事件后的数据采集完毕后，系统自动将存储在缓冲数据库中的被冻结的事件前的数据（容量为180组，每一组数据均包括振动信号和缓变量信号）送到黑匣子数据库，因此，黑匣子数据库中存储了事件前后的详细数据。 　　当发生事故后或可能要发生事故时，用户还可以通过调用当前数据库数据详细了解前4小时机组的