5971旋轉機械振動在線監(jiān)測系統(tǒng)方案.doc

5971旋轉機械振動在線監(jiān)測系統(tǒng)方案1 方案依據本方案依據用戶所提供的 “振動監(jiān)測系統(tǒng)技術要求”，圍繞該要求進行方案設計。2 測試內容測試對象包括以下內容：在線監(jiān)測設備的振動情況，每套設備有六個振動傳感器，總共是四套設備，可以做成四套振動監(jiān)控，也可以做成一套監(jiān)控。3 技術要點振動監(jiān)測系統(tǒng)所含技術要點或難點或技術關鍵主要是：1傳感器部分振動監(jiān)測系統(tǒng)主要涉及低頻振動信號采集，對傳感器的頻響要求與靈敏度要求較高，如下：馬達Motor轉速為1400rpm,其余軸承轉速均約160rpm，工作頻率低；2測試系統(tǒng)部分可靠性：系統(tǒng)的可靠性是確定總體方案的主要依據；使用方便：操作程序明確，能用實時顯示測量值及相應的測量數據曲線；抗干擾能力：系統(tǒng)的電性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，數據真實可靠；4 系統(tǒng)方案4.1 系統(tǒng)架構振動監(jiān)測系統(tǒng)核心硬件由計算機、數據采集系統(tǒng)-5971、數據分析軟件組成。每個5971振動監(jiān)測采集系統(tǒng)均內置高性能嵌入式處理器、高速硬盤，以太網接口。通過以太網絡連接到監(jiān)控計算機上進行數據存儲分析。在采樣過程中，各個采集系統(tǒng)采樣的數據能實時發(fā)送傳輸到計算機中存儲、處理、分析，并可動態(tài)實時切換通道顯示振動波形、頻譜等。4.2 系統(tǒng)配置對于振動測試系統(tǒng)，根據需要配置如下兩個方案：方案一 單系統(tǒng)配置清單，共4套名稱數量備注5971旋轉機械運行狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)1臺6通道/臺美國PCB 625B10/010BZ加速度傳感器6套含10米原裝鎧裝電纜DRMA旋轉機械狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷及管理軟件V2.01套含監(jiān)測、診斷、管理3個軟件模塊方案二 多系統(tǒng)配置清單，共1套名稱數量備注5971旋轉機械運行狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)1臺24通道/臺美國PCB 625B10/010BZ加速度傳感器24套含10米原裝鎧裝電纜DRMA旋轉機械狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷及管理軟件V2.01套含監(jiān)測、診斷、管理3個軟件模塊4.3 5971旋轉機械運行狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)該系統(tǒng)已包含動態(tài)信號測試系統(tǒng)所需的信號調理器、直流電壓放大器、低通濾波器、A/D轉換器、嵌入式處理器以及采樣控制和計算機通訊的全部硬件，而且提供了充分考慮用戶方便操作本系統(tǒng)所需的控制軟件及分析軟件。4.3.1 特點4.3.1.1 系統(tǒng)的抗干擾設計4.3.1系統(tǒng)信號地與被測地完全隔離,克服被測地的不確定對測試系統(tǒng)的影響。.1.14.3.1合理的接地和屏蔽，使現場的任何干擾信號均不能進入被測信號回路，因此系統(tǒng)需要具有極強的抗干擾能力；.1.24.3.1使用隔離電源,保證現場周邊任何設備的起停機及改變工作狀態(tài)造成的電網電壓波動及浪涌等對本系統(tǒng)都不產生任何影響,確保系統(tǒng)的正常工作，避免誤報警。.1.34.3.1系統(tǒng)的可靠性設計.24.3.1根據相關的國家技術標準設計、生產所有產品，并嚴格執(zhí)行ISO9001質量管理體系，保證產品的高質量和可靠性；.2.14.3.1采用先進的工藝流程，大規(guī)模集成電路，全貼片工藝，體積小，功耗低，保證了可靠性；.2.24.3.1所有部件和整機根據國家標準,均經過多次高低溫試驗,保證設備出廠前篩選出器件的早期失效；.2.34.3.1所有設備出廠前均進行了應用于航天設備的隨機振動篩選(10Hz2kHz、2g的隨機振動,三向每向二十分鐘)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性；.2.44.3.1數據采集器內嵌了與研祥工控合作定制的適合惡劣環(huán)境使用的工控機，專門用于動態(tài)信號的數據采集系統(tǒng)，舍棄不需要的功能,提高可靠性，還加快了處理速度；.2.54.3.1每通道均設置了一組DSP信號處理系統(tǒng),強大的實時處理功能,保證監(jiān)測信號一點不丟的進行處理, 設備的任何瞬間故障，特征信號都不會遺漏;采用硬件處理器(DSP),對于長時間連續(xù)工作的CPU,提高可靠性; .2.64.3.1數采與工控機之間的通訊,采用了最底層的PCI總線協議，數據傳輸更加穩(wěn)定可靠；.2.74.3.1工控機的存儲媒體,采用大容量硬盤，增強硬件的抗振性和長期連續(xù)工作的可靠性；.2.84.3.1工控機工作于LINUX操作環(huán)境，保證系統(tǒng)長期運行更加穩(wěn)定、可靠，避免了受病毒入侵的風險；.2.94.3.1采集器與外部系統(tǒng)通訊中斷時（如網線斷開，網絡阻塞等），系統(tǒng)可獨立工作，等網絡恢復時采集終端會自動與數據中心建立連接，數據重新上傳到中心數據庫中；其獨立運行能力取決于采集器自身所帶存儲器的空間；.2.104.3.2產品圖形：4.3.3 5971旋轉機械在線監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)說明4.3.3.1 采集器機箱：5971為離散式數據采集器，內置專用PC104工控機，每個采集機箱最多32通道振動數采。通過采集箱擴展，數采通道、轉速測量通道任選（本項目是否需要提供防爆機箱由用戶確定）；4.3.3.2 轉速采集卡5971的轉速卡可以配接:多種傳感器類型,如電渦流轉速傳感器、磁敏轉速傳感器、光電轉速傳感器等，采集器為轉速傳感器提供供電電源。4.3.3.3振動采集卡 5971振動采集卡允許接入多種測振傳感器，如電渦流位移傳感器、磁電速度傳感器、ICP加速度傳感器等等，采集卡為傳感器提供相應的供電電源。每張采集卡2個通道，每個通道獨立同步工作，互不干擾。4.3.3.4 每通道獨立的16位A/D轉換器用于動態(tài)振動信號的采樣，保證所有通道并行同步工作；4.3.3.5 每臺采集器內均采用嵌入式工控機處理系統(tǒng)，用于參數設置,采樣控制, 報警判斷及動態(tài)數據和特征值的網絡通訊。當突發(fā)事件發(fā)生時,連續(xù)實時海量記錄事發(fā)前后的被測信號；4.3.3.6 每通道設置獨立的DSP實時處理系統(tǒng)，實時對所有數據連續(xù)（不丟點）采集、FFT分析等處理，根據對被測信號處理結果的識別，判斷設備的運行狀態(tài)?？刂泼客ǖ涝O置的大容量高速數據緩沖存儲器,存貯突發(fā)事件發(fā)生前設備的運行狀態(tài)參數; 4.3.3.7 DSP實時處理系統(tǒng)計算的振動特征值包括：4.3.3.7.1 整周期采樣（有鍵相）時，特征量包括：通頻帶振幅、間隙電壓（電渦流位移傳感器輸出）、1倍頻幅值/相位、2倍頻幅值/相位、0.5倍頻幅值/相位、N倍頻幅值/相位、轉速、剩余量、歪度、峭度、波形因子、波峰因子等。4.3.3.7.2 非整周期采樣（無鍵相）時，特征量包括通頻帶振幅，4個自定義頻段能量，間隙電壓（電渦流位移傳感器的輸出），歪度、峭度、波形因子、波峰因子等。4.3.3.8 最新高性能FPGA芯片，全數字鎖相倍頻設計，不間斷精確穩(wěn)定完成整周期采集；4.3.3.9 本地數據處理與本地數據存儲功能4.3.3.10 當由于服務器或網絡發(fā)生故障時，歷史數據不能夠正常保存到服務器的數據庫中，5971采集器可以將歷史數據保存在本機存儲器內，當網絡恢復正常后，即將存儲器內的的歷史數據上傳給中心服務器；4.3.3.11 本機可以保留大量的監(jiān)測數據，可完整保留多次起停機及長達二個月的歷史數據，克服因網絡中斷造成的監(jiān)測數據丟失的弊病；4.3.3.12 系統(tǒng)自啟動功能:系統(tǒng)具備自動恢復、自動啟動功能，遇有意外斷電，網絡中斷等情況，供電和網絡恢復正常后，系統(tǒng)能自動啟動進入運行狀態(tài)，并恢復到斷電和斷網前的狀態(tài)，實現無人值守，保證系統(tǒng)長時間連續(xù)可靠運行；4.3.3.13 系統(tǒng)通訊方式：根據不同客戶現場網絡環(huán)境,確定工控機與數據服務器的通訊接口環(huán)境,主要包括以太網、光纖、無線網卡、以及本機內存儲數據通過電腦有選擇的導出等。5 遠程監(jiān)測與故障分析軟件功能5.1 兩種軟件構架：遠程在線監(jiān)測與故障診斷軟件是基于B/S,C/S構架的組合軟件，可以根據自身監(jiān)測的特點選擇其中一種構架，也可綜合使用；5.2 集在線監(jiān)測與離線巡檢于一體：遠程在線監(jiān)測與故障診斷軟件是一個在線監(jiān)測與設備點檢設備的故障診斷管理的綜合軟件。進入該系統(tǒng)，不僅可以管理在線監(jiān)測系統(tǒng)的關鍵設備，還可以應用于采用點檢的設備運行狀態(tài)的監(jiān)測，即該軟件平臺不僅保存在線監(jiān)測系統(tǒng)的數據，還可以保存離線監(jiān)測系統(tǒng)的數據(如5901的數據)。5.3 系統(tǒng)管理功能5.3.1設備檔案管理:系統(tǒng)可管理用戶由報修到維修再到確認維修完成的整個流程。兼具設備檔案管理、設備維修管理等功能。5.3.2 用戶權限管理：能夠對不同的用戶賦予不同的操作權限，所有登陸用戶的操作全程監(jiān)控；5.3.2 數據庫管理:包含日常數據管理、報警數據管理、巡檢數據管理以及數據查詢和輸出等。 5.4 數據庫類型：該系統(tǒng)基本數據庫為SQL Server或ORACLE，可以根據客戶要求選擇不同數據庫，可以為其它類型的數據庫提供數據接口。5.5 數據存儲 5.5.1定時觸發(fā)保存：在機組正常運行狀態(tài)下，每隔一段設定的時間保存一組動態(tài)數據，數據量可調，時間間隔可任意設定；5.5.2事件觸發(fā)保存：機組振動超標時，保存該機組所有測點報警前后的大量動態(tài)數據。數據量大小允許設置；5.5.3日記數據庫：自動保存各監(jiān)測點或巡檢測點的日常數據及波形、頻譜等，時間間隔用戶任意設定。5.5.4歷史數據庫：每天一條記錄，自動定時保存各監(jiān)測點24小時監(jiān)測數據的統(tǒng)計值及其動態(tài)數據，并統(tǒng)計歷史趨勢。5.5.5報警數據庫：所有監(jiān)測點中任意一個測點超限報警，即觸發(fā)了報警事件。監(jiān)測系統(tǒng)在報警的同時，利用計算機海量的存儲空間，自動連續(xù)保存各監(jiān)測點的監(jiān)測值、原始時域波形、頻譜，供事后分析用。5.5.6 典型故障案例庫：典型故障處理驗證后，允許將報警數據庫內相關的動靜態(tài)數據保存到案例庫中，并編輯相關技術文本和圖片一并保存。56 歷史數據存儲規(guī)則5.6.1數據庫服務器數據存儲規(guī)則日常動態(tài)數據及相應的特征參數保存：一天內，數據保留定時（如每隔10分鐘保存一組動態(tài)數據，時間間隔可設置）保存的所有數據；一天以后，保留前一天每隔半小時（時間間隔可設置）的數據；一周后只保留前一周每隔4個小時（時間間隔可設置）數據；一個月后只保留每天（時間間隔可設置）一組數據；一年后只保留每周一組數據。從正常歷史數據中刪除冗余數據，合理保留部分歷史數據。報警數據：所有特征參數和報警數據全部保留，允許用戶有選擇的清理。5.6.2 5971本機內數據存儲規(guī)則當網絡不通或無網絡時，數據保存到本機硬盤內，日常動態(tài)數據和特征參數保存參照數據庫服務器數據存儲。由于本機硬盤容量有限，因此當出現報警時，保存大量報警動態(tài)數據及對應的其他參數，硬盤容量不足時，系統(tǒng)自動清理日常動態(tài)數據，優(yōu)先保存報警數據。5.7 系統(tǒng)報警規(guī)則5.7.1實時監(jiān)測報警：對設備實時監(jiān)測，當設備運行狀態(tài)惡化時，監(jiān)測系統(tǒng)能夠及時無遺漏的報警；5.7.2二級報警：正常狀態(tài)為綠色或藍色、超標時為黃色，達到危險值，變?yōu)榧t色。5.7.3 突變報警：數據未達到通常報警線時，但發(fā)生短時間內的突變，系統(tǒng)會自動判斷報警并保存突變前后動態(tài)數據以及該時段的工藝參數值。突變報警由根據歷史數據自學習后，系統(tǒng)自動確定，允許人為修改。5.7.4 緩變報警：數據未達到報警線，但一段時間內，監(jiān)測數據變化趨勢較大，達到一定報警戒線，系統(tǒng)自動報警并保存報警前后動態(tài)數據和對應的工藝參數值。緩變報警線也是由系統(tǒng)根據歷史數據變化趨勢，通過自學習確定的，允許人為參與修改。5.7.5保存報警數據：報警同時，連續(xù)不間斷采集報警前后一段時間的動態(tài)數據，并上傳數據庫服務器保存，為故障分析提供依據。5.8 起停機監(jiān)測功能5.8.1系統(tǒng)設置轉速 波動范圍，當監(jiān)測轉速變化超過波動范圍時，系統(tǒng)自動啟動進入起停機監(jiān)測狀態(tài)；5.8.2起停機監(jiān)測狀態(tài)下，數據根據轉速變化和時間變化連續(xù)保存大量的動態(tài)數據和靜態(tài)工藝量參數;5.8.3當轉速低于設定的最低轉速時，系統(tǒng)自動識別為停機狀態(tài);5.9 瀏覽功能5.9.1遠程瀏覽與診斷：診斷中心服務器通過診斷中心WEB服務器接入Internet互聯網，互聯網上任何的計算機都可以通過身份驗證訪問中心服務器。5.9.2本地局域網瀏覽：系統(tǒng)數據服務器在接入企業(yè)局域網絡后，局域網上任何一臺授權的計算機都可以通過IE 瀏覽器查詢設備的運行狀態(tài)，無需安裝專用軟件。5.9.3 遠程診斷中心服務器來了解設備運行情況，各級設備管理人員，無需趕赴現場，在辦公室甚至在家中，就可通過局域網或Internet，了解到機組運行的各種信息。不同地域多位診斷專家通過上網登陸數據庫服務器，實現遠程專家會診斷。5.10 分析功能及各種圖譜5.10.1設備監(jiān)測圖利用被監(jiān)測設備的照片、CAD示意圖片，在圖中實時顯示各個測點的位置和振值。 圖3電機設備監(jiān)測界面5.10.2棒圖顯示棒圖實時顯示被測點振值大小以及設置的報警值和危險值，顯示機組的運行狀態(tài)。圖4棒圖窗口棒圖一次最多可以顯示16個測點的振動數值，可以同時顯示振動的通頻、1倍頻、2倍頻幅值和相位、間隙電壓、溫度、電氣參數等；棒圖報警為二級報警，當監(jiān)測值健康時棒圖為綠色，當監(jiān)測值超過報警值時棒圖變?yōu)辄S色，當被監(jiān)測值超過危險值時棒圖變?yōu)榧t色并閃動；正常、報警和危險顏色可調。兩級箭頭表示超標報警線和危險報警線。5.10.3 趨勢分析各特征參數和工藝參數隨時間的變化過程。振動（通頻值、倍頻值）趨勢、轉速趨勢、工藝量（溫度、電壓、電流、壓力等）趨勢、相關趨勢（特征參數之間的趨勢變化）；圖5趨勢圖5.10.4 時域分析包括通頻時域波形、倍頻時域波形，波形圖上實時顯示對應測點的通頻值、1倍頻幅值/相位、轉速值、對應時間、0.5倍頻和N倍頻幅值等特征參數；電氣測點顯示波形同時，波形圖上顯示其對應的功率因數、功率及其他相關特征參數。圖形上標示了測點位置、當前時間、轉速、傳感器安裝角度、鍵相位置等信息。圖6 時間波形圖5.10.5頻譜分析：與時域波形同步的實時頻譜，包括幅值譜、對數譜、相位譜等；切換橫坐標刻度，還可以顯示階次譜。圖7時間波形及其頻譜圖5.10.6三維譜分析5.10.6.1 三維時間譜圖：單測點振動、電氣等動態(tài)數據的頻譜隨時間的變化。圖8 三維時間譜圖5.10.6.2 三維轉速譜陣（起停機分析）：電機起停機過程，或電機轉速變化超標時，顯示振動、電氣等動態(tài)數據的頻譜隨轉速的變化，同時顯示對應的時間。 5.10.7軸心分析：在線監(jiān)測的兩個互相垂直的傳感器，可以做軸心軌跡、二維全息、全息譜分析。圖 10 軸心軌跡圖5.10.8起停機分析：根據用戶設置的額定轉速、最高轉速、最低轉速和轉速波動范圍等參數，系統(tǒng)可以從正常監(jiān)測自動切換到起停機監(jiān)測狀態(tài)，連續(xù)保存起停機狀態(tài)的動態(tài)數據和工藝參數，繪制振動等動態(tài)數據的極坐標圖、波德圖；工藝參數隨轉速的趨勢圖；轉速隨時間變化的趨勢圖；圖11起停機過程的波德圖5.10.9后期分析模塊：短時FFT時頻分析、倒頻譜分析、包絡分析等后期分析軟件模塊，為軸承早期故障分析提供分析手段。5.10.10電機故障特征頻率計算模塊：提供電機故障特征頻率計算模塊，輸入電機相應參數，得到電機的相應參數。圖12 電機特征頻率計算5.10.11軸承特征頻率計算模塊：提供軸承庫模塊，該模塊內顯示數萬種軸承型號的歸一化特征頻率，輸入轉速值，即可計算軸承對應的特征頻率，為軸承故障診斷提供直接的判斷依據。圖13軸承特征頻率計算5.10.12軟件光標類型：5.10.12.1 諧光標：頻譜圖上，移動諧光標的1階頻率位置，圖形上顯示對應該頻率的10個倍頻的頻率和幅值，顯示在圖形窗口光標數值列表中。 5.10.12.2 邊頻光標：用戶定義頻段，指定主頻后，系統(tǒng)計算該頻段內對應的所有邊頻頻率和對應幅值。5.10.12.3 雙光標：圖形上，用戶定義指定兩個光標的位置，顯示光標對應頻率、幅值、頻率差、幅值差。5.10.12.4 其他光標類型：單光標、峰值搜索光標、峰值列表光標等。5.11 故障案例庫監(jiān)測系統(tǒng)報警后，確認的典型故障數據，可以另存到典型故障案例庫內；通過學習典型故障案例以及常見故障的圖譜，現場操作人員能夠迅速提高水平，掌握常見設備的故障診斷技術，從而提高企業(yè)的設備管理水平。5.12 軸承庫為了方便軸承的故障診斷，監(jiān)測軟件內嵌上萬種軸承型號及其參數，只要輸入軸承的型號就可以查看到該軸承的各種特征頻率。圖14 軸承庫5.13 遠程網絡傳輸技術:5.13.1基于B/S網絡架構：任何上網的客戶端不需要另外安裝專門的診斷分析軟件就可以瀏覽各種圖譜數據。5.13.2網絡安全技術:數據傳輸過程中，需要身份認證、數據加密等保密措施。服務器數據進行握手前，需要進行身份認證，認證合法后，數據加密傳輸，加密方法采用國際標準的加密方法。6 5971技術指標名稱序號指標項指標描述一、機箱帶電源、控制卡、本地存儲器，用于采集控制、數據傳輸和本地數據保存1.1機箱用于控制柜安裝的4U 19英寸標準機箱1.2通道數每個機箱安裝32路振動采集，256路緩變量采集，4路或8路轉速1.3控制卡內嵌嵌入式工業(yè)計算機，和大容量存儲器1.4通訊方式以太網接口，MODBUS總線接口和RS232接口1.5電源220VAC/50Hz，最大功率200W1.6使用環(huán)境適用于GB6588.1-86-組條件1.7外形尺寸5971（非防爆型）外形尺寸: 500mm400mm210mm;5971(防爆型)外形尺寸: 504mm374mm250mm;二、振動采集卡用于加速度、速度或位移的測量2.1可測量信號電渦流位移傳感器、磁電式速度傳感器、ICP加速度傳感器、420mA電流、電壓等2.2通道數2路/卡，每臺機箱最多32路振動測量2.3整周期采樣點數整周期采樣時，最大128點/轉，用戶可設置；2.4非整周期采樣頻率采樣頻率可設置，所有通道同時工作，每通道最高51.2kHz2.5A/D轉換器每通道獨立的16位AD轉換器2.6輸入阻抗1M 40PF;2.7輸入保護量程為30V時，輸入信號大于45V(直流或交流峰值)；其它 量程時， 輸入信號大于15V(直流或交流峰值)，輸入全保護2.8輸入方式DC、AC、ICP適調、420mA適調2.9量程范圍10mV、30mV、100mV、300mV、1V、3V、10V、30V（30V僅適用于間隙電壓測量，間隙電壓測量和信號可同時測量。）;2.10系統(tǒng)準確度小于0.5(F.S)(預熱半小時后測量);2.11系統(tǒng)穩(wěn)定度0.05/h(同上)2.12線性度滿度的0.052.13失真度不大于0.52.14最大帶寬直流:DC20kHz(+0.1dB-3dB)；交流:0.3Hz20kHz(+0.1dB-3dB)2.15噪聲不大于3VRMS(輸入短路, 在最大增益和最大帶寬時折算至：輸入端)2.16漂移時間漂移： 小于3V/小時(輸入短路, 預熱1小時后, 恒溫, 在最大增益時折算至輸入端);溫度漂移: 小于1V/(在允許的工作溫度范圍內, 輸入短路,在最大增益時折算至輸入端);2.17模擬兩次積分分析頻寬：一次積分： 10Hz2kHz； 二次積分： 10Hz1kHz;不確定度：一次積分：不確定度3；二次積分：不確定度5；三、緩變量采集卡用于測量溫度、壓力、流量等緩變量的測量3.1可接入信號420mA電流；15V電壓3.2采樣路數8路/卡，每個機箱最多128路緩變量測量3.3A/D位16位3.4輸入阻抗1M/ 40P F3.5量程范圍5V(可根據要求調整)3.6系統(tǒng)準確度小于0.5(F.S)(預熱半小時后測量)3.7系統(tǒng)穩(wěn)定度0.05/h(同上)3.8線性度滿度的0.053.9失真度不大于0.53.10噪聲不大于0.1mVRMS(輸入短路, 在最大增益和最大帶寬時折算至輸入端)四、轉速采集卡用于轉速和鍵相的測量4.1可接入傳感器電渦流轉速傳感器、磁敏轉速傳感器、光電轉速傳感器4.2測量通道數4或8路4.3測量范圍30RPM300000RPM4.4測量精度小于0.05%1轉4.5每轉脈沖數1512個4.6轉速比0.011004.7脈沖寬度10S4.8輸入信號TTL、COMS脈沖序列4.9電源輸出DC5V（或DC15V、DC-24V），供電電流最大為50.7 典型應用案例：7.1 中石化石油工程西南有限公司四川鉆井公司深層井架鉆探設備無線在線監(jiān)測系統(tǒng)：在砂漿泵、鉆探機傳動裝置的軸承上安裝振動傳感器，在井架層安裝5971采集箱，通過中國聯通的GPRS網絡將采集的數