聚星仪器 轴承实时监测系统———聚星仪器 轴承实时监测系统
上海聚星仪器有限公司
行业：机械设备
应用需求：机器状态监测（Machine Condition Monitoring）是现代机械设备维护的重要手段，在设备运行过程中，对于每一个状态进行持续的监控，它一般通过振动、压力、温度、应变等信号的采集和数据分析，了解长时间运行的机械设备的状态，一方面可以预防灾难式故障，另一方面可以有针对性制定维护计划，进而还可为提高机器运行效率提供参考。由此可见，机器状态监控可帮助企业消除计划外的储运损耗、优化机器性能、缩短返修时间并降低维护成本。因此，各种机器状态监控的系统已经广泛应用于电力、船舶、冶金、制造等领域。
面临的挑战：能耗分项监测系统必须能实时、准确地获取能耗数据，并“无缝”接入现场的信息展示系统中。系统的现场安装必须在场馆落成之后进行，不能对已建成的电气线路和建筑结构造成任何影响当然也不能接入银行的内部网络。此外，系统的待测线路位于不同机房的两个配电箱中，需要完成分布式采集。
解决方案：构建机器状态监控系统有特定的要求：适应现场恶劣环境、丰富灵活的传感器/ 数采接口、信号处理的专业软件以及实时性可靠性等要求。
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具体实现方法 本系统由旋转机械平台、传感器、CompactRIO和PDA四大部分组成。CompactRIO主要负责信号采集和处理工作，并附加一个GSM Modem，可以发送短信。手持PDA运行人机界面，提供数据查看和控制指令。整个系统的构成如图1所示 1. 监控对象和传感器 监控对象我们选用Spectraquest 公司的轴承平衡故障仿真器。这个仿真器用于演示和研究运行中轴承故障和非平衡状态。仿真器有一个交流电机驱动旋转设备，交流电机的变频器提供一个面板，用户可以通过面板上的按钮和旋钮改变电机的转速。旋转设备内置一个光电传感器，可提供电机的转速信号。转轴上安装了两个铝制飞轮，在每个飞轮上有大小两圈等间隔的孔，用于安装配重。通过在不同位置安装配重来实现不平衡的旋转效果。整个旋转机构外套有一个玻璃罩子，用以保护使用者。 本系统主要监控旋转机械设备的动态特性，因此需要测量轴承振动、轴心偏移以及转速信号。振动信号采用4个IEPE振动传感器，分别测量轴前后段水平和垂直两个方向的振动，安装在轴承座上，如图2左所示。IEPE 是振动传感器的一个工业标准，核心由两部分组成：感受力的压电材料和放大信号的集成电路。这种传感器具有灵敏、动态范围大、信噪比高、信号调理方便等特点。这里选用的振动传感器是上海北智技术有限公司的14115 型工业测振传感器，测量范围是250 g，灵敏度是100 mv/g。我们使用电涡流式位移传感器测量转轴偏移，这种传感器通过电磁感应效应测量被测金属导体距探头的距离。转轴恰好是金属体，同时位移传感器是非接触式的，测量时不会影响转轴本身的运动。在垂直于轴线的平面放置一个支架，如图2右所示，与垂直方向夹角分别是45度和-45度安放两个位移传感器，这样可以测量轴心偏移。这里选用的位移传感器是北京京仪北方仪器仪表有限公司的ϕ8 mm 探头的电涡流传感器。量程是2 mm，灵敏度8mv/um。传感器的输出电压很小，产品中包括了配套的前置放大器，前置放大器需要提供-12和+12V 的直流供电。 转速信号是由故障仿真器自带的光电传感器提供，每转一圈就会有一个脉冲信号。信号脉冲高电平为5 V。 2. 系统的设计平台配置（NI CompactRIO 的选型） NI CompactRIO 平台提供了丰富的数据采集模块。振动传感器选择的是IEPE 的加速度传感器，系统使用NI 9234 同步动态信号采集卡，NI 9234 作为4 通道C 系列同步动态信号采集模块，可连接IEPE 与非IEPE 传感器，进行高精度振动/ 音频信号测量。NI 9234具有102 dB动态范围，对IEPE加速度传感器提供信号调理和交流耦合的功能。采集通道还提供自动调节采样率的内置抗混叠滤波器，同时以每通道高达51.2 kHz 的速率对信号进行数字化。 对于位移信号和转速信号选择NI 9239 采集卡，NI 9239 模块包括4 条同步采样的模拟输入通道，每通道是24 位模数转换器。转速传感器给出的是脉冲信号，我们把它当作模拟信号采集后在FPGA 上提取转速/ 周期信号。 传感器和信号采集卡如下表对应：
| 信号 | 传感器 | 通道数 | 信号调理 | 采集卡 |
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