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1、机器状态监测Machine Condition Monitoring议程议程 什么是机器状态监测 机器状态监测系统构成 信号与传感器 数据采集硬件设备 振动信号分析工具 超越振动信号的机器状态监测 应用实例 小结什么是机器状态监测什么是机器状态监测 (MCM)? 预测机器维护要求 搜集机器的机械和电信号信息, 分析和预测机器维护要求 机器和过程性能优化 搜集过程信息提供过程优化的 机会 机器保护 停机保护产品，设备，产线设备健康设备健康$工业设备监测机器及特征工业设备监测机器及特征设备设备 交流电机 涡轮机 泵 发电机 特征量特征量 振动 温度 压力 流速 功率 机器监测系统要求机器监测系统要
2、求 灵活的数据采集，监测，控制平台 设备的替换，维护 将来的扩展，升级性 便携式应用 功能强大的软件分析工具 便捷的系统建立 系统实时性 可靠的监测系统 系统成本低机器状态监测系统架构机器状态监测系统架构振动振动, 温度温度,压力压力, 声学声学, 流量流量数据采集数据采集传感器传感器待测设备信号硬件软件待测设备信号硬件软件分析处理分析处理网络网络/数据库数据库 动态特征量动态特征量 -振动 /声音（最常用监测 信号) 加速度，速度，位移-机器功率电流，电压，功率MCM信号和传感器信号和传感器MCM信号和传感器信号和传感器 静态特征量静态特征量 温度 热电耦, RTD, 热敏电阻, IC传感器
3、, 红外 过程量 温度, 压力, 流量 PAC/PLC控制器的数据 事件 电气表盘 ，继电器/开关, 设备状态信号条理信号条理 加速度计选择加速度计选择 物理范围 (g) 频率范围 输出电压范围 工作温度范围 固定和电缆选择 功率要求 (ICP)Signal Conditioning信号条理信号条理 位移传感器位移传感器 位移探针 产生探针与被测金属表面间距离 正比的交流信号 需外接-15 致 -24 V电源供 电，交流信号叠加在直流偏 移上 通常用于测量、绘制轴心轨 迹图、轴心线以及1X, 2X, 和3X 振动谐波机器振动源实例机器振动源实例缝隙频率/ 和机械相关马达耦合齿轮润滑油膜 轴颈轴
4、承经过叶片/ 和流体相关滚动轴承对准不平衡机械共振曲轴松的机械部件对应设备传感器配置对应设备传感器配置电机电机齿轮齿轮 压缩机压缩机配置加速度计配置加速度计振动探针振动探针/ 2 点点: 加速度加速度/速度速度xxy x yx y xyxyxyy用于用于MCM的硬件设备的硬件设备I振动，声学和功率监测振动，声学和功率监测 PXI-4472 动态信号分析卡 8 通道同步采集 110 dB 动态范围 内置 IEPE 信号条理 24位sigma-delta A/D转换 102.4 kS/s采样率 差分方式 交流/直流耦合 3.4 or 0.5 Hz截止频率高通滤波器用于用于MCM的硬件设备的硬件设备
5、I转速测量转速测量 PXI-6608 定时计数器 8 up/down 计数/定时, 32位 分辨率 32路 数字 I/O (5 V TTL/CMOS) 具备广泛的计数/定时特性 高稳定时基NI用于机器状态监测软件工具用于机器状态监测软件工具 阶次分析工具 Gabor Order Tracking, Order Extraction 转速信号处理 Orbit Plots, Polar Plots, Bode Plots, Waterfall plots 声音振动工具 基带和缩放FFT的频率测量 灵活的符合标准的倍频分析 信号处理工具 小波分析 JTFA (联合时频分析)NI用于机器状态监测软件工
6、具用于机器状态监测软件工具 LabVIEW Real-Time（实时） 在目标PXI控制器实时系统上运行嵌入式 LabVIEW程序 LabVIEW Real-time = 可靠性、实时性 LabVIEW 远程面板 数据库连接工具 DIAdem机器状态分析方法机器状态分析方法 许多机器状态监测的分析方式 频谱图 瀑布图 轴心轨迹图 极坐标图 用于振动分析最常用的两种 轴心轨迹图 阶次分析轴心轨迹图轴心轨迹图 位移探针位移探针 / 加速度计加速度计 测量探针和表面距离 测量表面的连续振动 测量测量 轴振动 轴运动轨迹 机器保护机器保护 超出范围时停机 机器维护预测机器维护预测轴中心线XYYX轴半径
7、位置图Y演示：轴心轨迹用于机器状态监测演示：轴心轨迹用于机器状态监测应用于应用于MCM的阶次分析的阶次分析 阶次分析是一种特殊的谱分析，将频率规 一化到转速上. 主要用于机器状态监测 需要振动/声学 信号采集 + 转速输入 NI 提供两种通用的算法 Re-sampling 用于在线分析 Gabor Transform 用于离线分析Re-sampling 重采样重采样mic以恒定时间采样以恒定角度采样频率阶次减少频谱泄漏应用于多通道在 线分析Gabor order tracking（阶次提取）（阶次提取） NI 专利技术 应用于离线分析典型频谱与机器缺陷关系典型频谱与机器缺陷关系0.0001 0
8、.0010.01未对准不平衡负荷频率Frequency (HZ)100100010000100000Velocity (ips)齿轮啮合频率阶次与缺陷关系阶次与缺陷关系阶次阶次可能问题原因可能问题原因大约 0.5 X rpm油膜振荡1 X rpm不平衡2 X rpm部件，栓松弛1,2,3,4 X rpm未对准1,2,3 X power freq接地回路1 X # of gear teeth齿轮咬合问题缺陷与阶次关系：不平衡缺陷与阶次关系：不平衡 一阶有强的分量 幅度随着速度增加而 增加 相位信息和测试质量1x2x 3x阶次力轴心重心轴心重心 2阶有大幅度 角度未对准导致轴向 振动 通过连接有1
9、80度相 位变化 幅度不随速度增加而 增加连接平行偏角1x2x3x Orders缺陷与阶次关系：未对准缺陷与阶次关系：未对准演示：演示：Gabor Order Tracking超越振动信号的机器状态监测分析超越振动信号的机器状态监测分析 电气功率信号 Electrical Power Signatures 电机的负载振动反映在电功率信息上 使用电流探针方便采集 扩展测量 温度 压力 应力/应变 流量用于用于MCM的硬件设备的硬件设备II温度和电压测量温度和电压测量 PXI-4351 高精度测量板卡 精度 0.42 C J型热电偶, 0.03 C 热阻器(thermistors), 0.12 C
10、 RTDs 16路电压或14路热电偶输入; 24-bit ADC 分辨率 8 路数字 I/O (TTL) 包括自校准和冷端补偿用于用于MCM的硬件设备的硬件设备II压力压力, 应力应变应力应变, 流速，电流流速，电流 M 系列多功能数据采集卡 达到 18/16-bit 分辨率 达到 80路模拟输入 达到 48/32 路DIO 达到 1.25 M Samples/s 连接SCXI满足高压和 信号调理需要什么是电气功率监测什么是电气功率监测? 功率测量 功率因素 电能质量 顺序事件记录（Sequence of Event) 变电站监测 电网监测电气功率测量电气功率测量功率谐波分析功率谐波分析NI基
11、于计算机的机器状态监测系统基于计算机的机器状态监测系统频谱分析 阶次谱分析频谱分析 阶次谱分析 Bode 图 极点图 状态趋势图表 网络连接 灵活的配置 时间同步 数据记录 轴心轨迹图 数据压缩图 极点图 状态趋势图表 网络连接 灵活的配置 时间同步 数据记录 轴心轨迹图 数据压缩演示：机器状态监测演示：机器状态监测应用实例： 涡轮机在线监测应用实例： 涡轮机在线监测Instituto de Investigaciones Electricas (IIE Mexico) 应用应用:当地国有电厂和油场设备在线监测。 选择选择 PXI的理由的理由:可靠的硬件，分析软件，广泛可选的PXI 模块化仪器
12、设备，低成本 选择选择NI的产品的产品 PXI-8 槽机箱, RT 控制器 PXI-4472 动态信号采集仪 PXI 定时模块 LabVIEW RT, 声音振动工具包, 阶次分析工具包应用实例：应用实例：University of Virginia ROMAC Labs挑战：挑战： 开发用于新型机器 人控制和状态监测的解决 方案。要求先进，灵活， 成本低 选择的选择的NI产品产品: PXI AI, AO, DSA, LabVIEW RT, OAT, S&V 效果效果: 控制系统能够引入 振动控制和操作模式。振 动监测系统提供完整的监 测和诊断工具。总结总结 机器状态监测应用和挑战 预测机器维护要求和机器保护 振动、温度，速度，流量复杂的信号采集 专业的分析工具获取、识别有效状态 使用NI产品构建机器状态监测系统 稳定的、各种架构的平台 多种信号采集、条理板卡设备 利用LabVIEW及其专业工具包实现信号分析处理、结果展 现功能
