利用虚拟仪器热核设计的网络化旋转机械状态监测系统

1、          摘要：介绍了一个利用虚拟仪器技术的网络化旋转机械状态监测系统的设计，给出了系统的硬件结构和软件设计的思路。本系统符合工厂应用的要求，组态灵活。     关键词：状态监测  虚拟仪器  网络旋转机械如汽轮机、燃气轮机、水轮机、发电机等是电力、石油化工、冶金、机械、航空等工业领域的关键设备。状态监测技术可以及时发现设备的运行故障先兆，为生产和维修提供决策依据，是保证大型设备安全运行、防止恶性事故发生的有效手段之一。本文介绍的是一个基于网络的

2、时在线状态监测系统，通过对旋转机械状态参数的实时采集和处理，形成反映旋转机械运行状态的各种特征参数和图谱，供用户进行故障诊断使用。1 系统任务和目标系统任务：以网络为基础，利用虚拟仪器技术构成一个企业监测网，实现由现场、车间到分厂再到总公司等全方位多机群的在线监测系统。系统目标：（1）能对设备的运行进行实时在线监测，提供故障诊断依据，监测参数为设备的转速、振动值、温度、压力、流量及开关量等。（3）利用数字信号处理技术，提供反映旋转机械运行状态的各种特征参数和图谱。(4)在企业网内对设备的运行实现远程监控与分析。（5）提供系统参数组态功能，根据现场具体情况定义相关系统参数，完成系统的重构，生成实

3、用的通用软件，以满足不同用户的需要。（6）实现虚拟仪器的网页发布。2 系统结构本系统采用虚拟仪器结构设计，图1为虚拟仪器系统结构示意图。第一级为现场数据采集系统。它由传感器、信号预处理板、数据采集板构成。它是一个单片机应用系统，每一个数据采集卡采集多个测点的数据。振动量采集卡采用工业总线标准，以插卡的形式插入现场数据采集工作站（工控机）的扩展槽中，将数据以共享内存方式提供给数据采集工作上。它保证了高采样频率和高数据传递速率，实现了现场数据同步采集，工艺量等慢变量的数据通过串行总线RS232接口与数据采集工作站通讯。3 系统软件设计整个系统的软件分为三部分，主要为六大模块，分别运行于工作站、分析

4、站和服务器上，采用LabView和VB编程。软件功能模块划分见图3。3.1 数据库设计本系统采用本地（ACCESS）和网络（SQL SERVER）两级数据库系统。数据库的定义采用ACCESS和SQLSERVER兼容的方式，且两组数据库的结构一样。这样，即使在离线状态下，数采工作站也可独立完成监测分析工作；在网络方式下，设备运行数据全站记录到网络数据库，由服务器对数采站、分析站和浏览器提供网络数据服务；在网络故障时，采集的数据暂时存在本地，待一个独立的线程检测到网络故障恢复后再将数据自动转移到服务器上。整个系统的数据库如表1所示。表1 系统数据库表数据类型说  明配置数据整个系统配置参

5、数短时先入先出数据属于动态数据，由数据采集工作站的>' target='_blank' class='infotextkey'>历史数据产生模块不断产生，保存短期内机器的运行状态信息中期>' target='_blank' class='infotextkey'>历史数据为减少存储量经过特征提取后保存的机组支行状态信息长期>' target='_blank' class='infotextkey'>历史数据同上，只是记录策略有所不同长降速数

6、据由数据采集工作站的升降速处理模块产生，保存起停机状态时机器的运行状态信息黑匣子数据由数据采集工作站的报警模块产生3.2 后台主模块后台主模块完成仪器驱动、数据采集和记录以及报警和升降速的处理工作。它被设计成多线程并行的事件响应式运行结构，程序一旦启动便连续工作。表2是它要处理的事件和响应表。表2 事件及响应表事    件响    应通道数据巡检判断升降速状态、刷新升降速状态表；升降速处理；报警判断及处理；发出数据采集成功信号。短期>' target='_blank' class='infotex

7、tkey'>历史数据记录等待采集成功信号；为每一通道产生短期>' target='_blank' class='infotextkey'>历史数据。中期>' target='_blank' class='infotextkey'>历史数据记录等待采集成功信号；为每一通道产生中期>' target='_blank' class='infotextkey'>历史数据。 长期>' target='_blank&

8、#39; class='infotextkey'>历史数据记录等待采集成功信号；为每一通道产生长期>' target='_blank' class='infotextkey'>历史数据。 长降速状态按配置设定产生升降速数据。报警生成报警事件记录；将当前报警通道表向指定>' target='_blank' class='infotextkey'>管理站发送。 3.3 组态模块组态模块便于用户根据具体应用环境设定工作站的功能，提高了系统的适应性和可扩展性。系统定义组态：对工

9、作站的工作环境、工作任务和自身性能的描述。采集组态：定义采集工作站名、IP地址、采样方式、采样频率和采样通道。数据库组态：定义测点配置参数、测点特征描述、信号数据结构等。报表组态：提供报表格式选择，也可由用户自定义格式。3.4 数据分析模块数据分析模块提供强大的数字信号分析功能，包括时域分析、频域分析（幅值谱、功能谱、带窗函数选择、谱平均、坐标选择功能）、轴心轨迹、包络谱分析、倒频谱分析、升降速状态分析（三维瀑布图、Bode图、Nyquest图、轴心位置图、惰转曲线）、趋势分析（24小时趋势、周趋势、月趋势）、相关分析、二维全息谱等。它与通讯模块一起安装在网络范围内任意主机上，就使其成为分析站。根据需要，将其安装在数采工作站上则使其可以独立完成全站单机监测工作。3.5 通讯模块通讯模块实现数采工作站与分析站、数采工作站与服务器之间的数据通讯。通讯模块的功能包括：从数采站实时向网上发送设备报警数据；侦听到分析站或服务器的请求后，上传实时采集数据；上传工作站组态配置表，使服务器数据库中内容同步