利用O n e p r o D設(shè)備構(gòu)建在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

王延明

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司能源與環(huán)境部,河北唐山 063000）

1 引言

我們根據(jù)京唐鋼鐵公司能源部的設(shè)備情況，利用OneproD系統(tǒng)搭建一套在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)及過(guò)程參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)。

本系統(tǒng)是以新一代OneproDXPR網(wǎng)路化設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)為主體，即法國(guó)01db網(wǎng)絡(luò)化XPR設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷軟件/Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)軟件和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。這個(gè)系統(tǒng)的突出特點(diǎn)是集成了最廣泛應(yīng)用的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù),提供網(wǎng)絡(luò)化在線監(jiān)測(cè)分析功能、提供工廠設(shè)備狀況的完整圖畫(huà)。來(lái)自在線監(jiān)測(cè)采集模塊的網(wǎng)絡(luò)化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)都集成到一個(gè)公共的數(shù)據(jù)庫(kù)，工廠局域網(wǎng)內(nèi)的用戶在任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)上都可以訪問(wèn)數(shù)據(jù)服務(wù)器，瀏覽實(shí)時(shí)的設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，并可以通過(guò)OPC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[1]。

2 O n e p r o D介紹

OneproD系統(tǒng)包括MVX數(shù)據(jù)采集設(shè)備和XPR數(shù)據(jù)分析軟件。OneproD是根據(jù)法國(guó)01db-metravib公司多年從事各種領(lǐng)域工業(yè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)研制的最新一代產(chǎn)品，該系統(tǒng)的性價(jià)比非常高，可以根據(jù)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行趨勢(shì)分析。MVX可以長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，按照預(yù)定的采集周期進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)的采集和處理。并可以進(jìn)行所有通道同時(shí)并行采集，可以對(duì)機(jī)器進(jìn)行周期性，變速或非連續(xù)的數(shù)據(jù)采集。擁有強(qiáng)大的處理功能，它可以獨(dú)立的監(jiān)測(cè)一個(gè)或幾個(gè)機(jī)器，并對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行本地處理。擁有強(qiáng)大的通訊能力，可以通過(guò) Ethernet、Ⅰnternet，RS485 和標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議（TCP/ⅠP，modbus）分享數(shù)據(jù)。

XPR-300預(yù)測(cè)維護(hù)與振動(dòng)分析軟件是OneproD系統(tǒng)的核心，它有非常多的特點(diǎn)，非常適合成為一個(gè)適用于多種狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的平臺(tái)。

(1)快速完成初始化設(shè)置：提供模板、軸承庫(kù)、批量修改等功能。

(2)兼容多種狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)：包括振動(dòng)，過(guò)程控制數(shù)據(jù)，油品分析數(shù)據(jù)和紅外熱像數(shù)據(jù)。

(3)同時(shí)支持在線和離線測(cè)量：便攜式數(shù)據(jù)采集器OneproDMVP和在線數(shù)據(jù)采集器OneproDMVX.

(4)故障診斷：自動(dòng)從頻譜中提取故障的特征頻率的幅值。

(5)數(shù)據(jù)采集，在線數(shù)據(jù)采集：支持OneproDMVX多通道并行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，適用于各種不同的機(jī)器，包括大機(jī)組，重要設(shè)備和一般設(shè)備，同時(shí)也適用于變轉(zhuǎn)速的設(shè)備。通過(guò)OPC client接口可以從DCS系統(tǒng)上直接采集過(guò)程數(shù)據(jù)。

(6)離線數(shù)據(jù)采集：支持OneproDMVP便攜式數(shù)據(jù)采集器，對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行周期性測(cè)量，紅外熱像圖和油品數(shù)據(jù)也可以集成在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

更進(jìn)一步OneproDXPR可以根據(jù)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整監(jiān)測(cè)參數(shù)和監(jiān)測(cè)策略，因此可以提供更為可靠地分析。多種信息來(lái)源（振動(dòng)，紅外熱像，油品分析數(shù)據(jù)和過(guò)程參數(shù)）也可以對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行證實(shí)。

當(dāng)MVX和XPR狀態(tài)維護(hù)軟件系統(tǒng)同時(shí)使用時(shí)，一個(gè)或幾個(gè)MVX模塊立刻可以組成一個(gè)功能強(qiáng)大的預(yù)測(cè)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)適用于各種不同類型的機(jī)器，可以同時(shí)連接到上OneproDVⅠO顯示測(cè)量結(jié)果和OneproDXPR監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上進(jìn)行診斷和分析。

3 在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)搭建

3.1 總體架構(gòu)

在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用總線型結(jié)構(gòu)搭建網(wǎng)絡(luò)，大部分利用能源運(yùn)行中心現(xiàn)有光纖，使用赫斯曼MS20、PowerMⅠCE4128 兩 種 型 號(hào) 交 換 機(jī) ，MM3-2FXS2/2TX1（兩光兩電）、MM3-4FXS2（四光）、MM2-4TX1（四電）三種型號(hào)模塊。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及光纖路由情況如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

3.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則：高可靠性、集成性、智能性、安全性等。

3.2.1 總體特點(diǎn)

①嵌入式多CPU智能數(shù)據(jù)采集器，全功能數(shù)據(jù)預(yù)處理功能。②功能強(qiáng)大、完整的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與多級(jí)管理。③數(shù)據(jù)冗余技術(shù)，安全可靠的數(shù)據(jù)備份與自恢復(fù)。④通過(guò)MODBUS協(xié)議與DCS、PLC通訊，通過(guò)以太網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)與ERP/EAM連接。⑤遠(yuǎn)程全功能瀏覽與專家故障診斷功能。⑥遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置與組態(tài)、遠(yuǎn)程更新功能。

3.2.2 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

①采集、傳遞并處理各種振動(dòng)、位移、鍵相及過(guò)程量、開(kāi)關(guān)量等數(shù)據(jù)。

②信號(hào)來(lái)源：a、現(xiàn)場(chǎng)一次原件 4～20mA/1～5V 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。b、現(xiàn)場(chǎng)智能儀表通訊方式。

③嵌入式LⅠNUX、多CPU功能板。

④專用集成電路技術(shù)（ASⅠC）及數(shù)字信號(hào)處理(DSP),完善的數(shù)據(jù)預(yù)處理能力16位A/D,最高采樣頻率達(dá)500 kHz。

3.2.3 遠(yuǎn)程工作狀態(tài)設(shè)置

對(duì)于已有以485方式通訊的儀表采用并聯(lián)的方式，連接到協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊接入到局域網(wǎng)。對(duì)于使用4～20 mA信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)的信號(hào)，通過(guò)遠(yuǎn)程Ⅰ/O模塊接入。

3.2.4 在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

通過(guò)監(jiān)測(cè)局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)采集器傳送給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的數(shù)據(jù)包進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，監(jiān)測(cè)各機(jī)組工作狀態(tài)和運(yùn)行趨勢(shì)等，并將有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分類分級(jí)管理。處理速度快。通用性好。操作方便。數(shù)據(jù)“黑匣子”功能。數(shù)據(jù)保存完整。

3.2.5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)管理：歷史數(shù)據(jù)管理、開(kāi)停機(jī)數(shù)據(jù)、一級(jí)正常數(shù)據(jù)（通頻值、特征分量、進(jìn)動(dòng)分量值等）、二級(jí)正常數(shù)據(jù)、三級(jí)正常數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)（絕對(duì)報(bào)警、梯度報(bào)警、進(jìn)動(dòng)分量梯度報(bào)警、位置報(bào)警和矢量區(qū)域報(bào)警）、危險(xiǎn)數(shù)據(jù)、趨勢(shì)數(shù)據(jù)管理、監(jiān)測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)管理。

3.2.6 數(shù)據(jù)分析與專家診斷子系統(tǒng)：以矢譜分析

技術(shù)為核心的數(shù)據(jù)融合分析方法、強(qiáng)大的穩(wěn)態(tài)與非平穩(wěn)過(guò)程分析方法、分析功能、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)+規(guī)則+模糊理論、考慮機(jī)組整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特征、支持小樣本、向量機(jī)技術(shù)、故障征兆自動(dòng)識(shí)別技術(shù)[3]。

鏈接譜：鏈接譜是OneproD獨(dú)有的技術(shù)，它可以將不同分析頻率的幾個(gè)頻譜通過(guò)數(shù)字運(yùn)算合并成一個(gè)頻譜，它可以保證合成后的頻譜在整個(gè)頻段內(nèi)保持一個(gè)相對(duì)較高的分辨率。采用這種技術(shù)可以更容易的判斷齒輪和滾動(dòng)軸承的故障。

橢圓譜：是針對(duì)大機(jī)組啟停分析時(shí)的專利技術(shù)，它采用通道測(cè)量，在大機(jī)組啟停分析時(shí)得到，不同轉(zhuǎn)速下，同一軸承座上的兩個(gè)傳感器合成的軸的運(yùn)行軌跡（給出橢圓的長(zhǎng)軸，短軸和角度）。同時(shí)可以提供橢圓譜的瀑布圖和伯德圖。

對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的周期性振動(dòng)X（t），不論其振動(dòng)波形有多復(fù)雜，都可以用傅立葉級(jí)數(shù)表示為許多頻率成諧波關(guān)系的簡(jiǎn)諧振動(dòng)組成：

X（t）=A0+A1cos(ωt+Φ1)+A2cos(2ωt+Φ2)+A3cos(3ωt+Φ3)+…+Ancos(nωt+Φn)

3.3 系統(tǒng)集成

在能源網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的，利用能源網(wǎng)現(xiàn)有光纜的剩余光芯進(jìn)行組網(wǎng)。在廠站加裝網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、MVX數(shù)據(jù)采集等設(shè)備，另外還需24V電源轉(zhuǎn)換器、跳線等相關(guān)附件。基于B/S的N層結(jié)構(gòu)模式、瀏覽器無(wú)需安裝任何軟件、Oracle大型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程瀏覽、診斷功能，遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)更改參數(shù)組態(tài)與系統(tǒng)升級(jí)。

現(xiàn)在，通過(guò)通訊與公司內(nèi)部或外部其他部門分享分析結(jié)果是非常關(guān)鍵的。它可以提高預(yù)測(cè)維護(hù)工作的價(jià)值，因此本系統(tǒng)提供WEB瀏覽器版軟件[2]。OneproDXPR軟件系統(tǒng)提供了許多功能允許用戶分享信息：Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，輸入，輸出數(shù)據(jù)，編輯和打印報(bào)告。

子站數(shù)據(jù)采集示意圖2。

圖2 子站數(shù)據(jù)采集

3.4 數(shù)據(jù)分析

OneproD采用功能強(qiáng)大的圖形分析模塊幫助用戶進(jìn)行故障診斷和生成報(bào)告。它提供非常多的分析工具，趨勢(shì)圖，單頻圖，鏈接譜，三維瀑布圖，時(shí)域波形分析，輥?zhàn)颖砻嫘螤顖D，軸心軌跡圖，啟停機(jī)時(shí)的波德圖，奈奎斯特圖，橢圓譜，軸心位置圖等。

在每種圖上都可以使用各種光標(biāo)和數(shù)據(jù)再處理功能進(jìn)行更進(jìn)一步的分析。例如圖3所示。

圖3 設(shè)備運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)

自動(dòng)分析,該軟件預(yù)測(cè)維護(hù)系統(tǒng)可以自動(dòng)從頻譜中提取一些常見(jiàn)設(shè)備故障的特征頻率對(duì)應(yīng)的幅值，一次作為設(shè)備的故障“征兆”來(lái)監(jiān)測(cè)設(shè)備故障的發(fā)生和發(fā)展。這些故障“征兆”以矩陣的形式顯示，并用顏色標(biāo)出報(bào)警狀態(tài)。每個(gè)故障“征兆”都可以進(jìn)行趨勢(shì)分析。每一個(gè)故障“征兆”都可以設(shè)置報(bào)警值，系統(tǒng)提供了多種報(bào)警類型，包括絕對(duì)值報(bào)警和相對(duì)值報(bào)警，其中相應(yīng)值報(bào)警又分為與上一次測(cè)量值比較，與設(shè)定的參考值比較，與統(tǒng)計(jì)值比較，以及預(yù)測(cè)報(bào)警發(fā)生的日期。

4總結(jié)

本系統(tǒng)的建立，為監(jiān)測(cè)能源部大型轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行工況提供了有效手段，對(duì)事故分析、減少停機(jī)率也有很大幫助。在使用過(guò)程中，要根據(jù)實(shí)際狀況，調(diào)整系統(tǒng)設(shè)置。隨著新增空壓站、氮壓機(jī)等站所的開(kāi)工，要有計(jì)劃的把他們的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備接入到在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。

[1]彭文季,羅興金奇.基于小波包分析和支持向量機(jī)的水電機(jī)組振動(dòng)故障診斷研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào).2006(24)：165-166.

[2]李衛(wèi)軍.大型風(fēng)機(jī)的在線監(jiān)測(cè)[J].中國(guó)設(shè)備工程.2003(10)：29-30.

[3]蘭建武.基于LabVⅠEW的風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的研究[D].武漢科技大學(xué).2012:24-25.