基于LabVIEW的汽轮机振动监测系统的研究与开发

1、工业控制计算机2012年第25卷第11期基于LabVIEW 的汽轮机振动监测系统的研究与开发徐良友（北京朗新明环保科技有限公司南京分公司，江苏南京211167）Supervisory Instrumentation of Steam Turbine Vibration Based on LabVIEW目前国内300MW 和600MW 汽轮发电机组使用汽轮机监视仪表TSI （Turbine Supervisory Instrumentation ）对机组振动进行监测。本文用LabVIEW 语言，研究开发汽轮发电机组振动监测系统，实现数据采集、动态显示、实时监测、信号分析（经过FFT 变换，绘制棒

2、图、频谱图、波德图、瀑布图、轴心轨迹等）等功能。1系统构成系统由硬件和软件两部分组成，其结构如图1所示。系统硬件主要振动信号传感器、键相信号传感器、信号调理卡、数据采集卡和P 计算机组成；安装于汽轮机轴系的传感器获取原始信号，通过信号前端处理机进行预处理，然后将处理后的稳定可靠的标准采集信号输入计算机进行采集，经过数据采集驱动程序后，和LabVIEW 开发的应用程序进行通讯，实现汽轮机振动信号的数据采集、显示和分析。图1汽轮机振动监测系统结构2软件设计本文利用LabVIEW 应用软件，设计振动监测分析系统软件，完成振动信号数据采集、数据存储、振动分析等模块。其中振动监测分析模块包括波形显示、棒

3、图显示、轴心轨迹、频谱分析、功率谱分析、极坐标图、趋势分析、瀑布图分析等分析功能。系统软件框架如图2所示。21数据采集程序虚拟仪器的典型形式是在台式微机系统主板扩展槽中插入各类数据采集插卡，与微机外被测信号或仪器相连，组成测试与控制系统。LabVIEW 的数据采集系统设有物理通道和虚拟通道，本文设计的系统使用台式微机系统主板扩展槽中插入合众达公司的AD931采集卡。AD931是一块以标准PC ISA 总线为基础的数据采集插件板，采集分辨率为12位，采集通道为4、8、12、16可编程选择，所有通道同时采样，模拟信号输入范围为1010V。与微机外被测信号或仪器相连，组成测试与控制系统。通过LabV

4、IEW 访问IO 端口以及在LabVIEW 环境中调用其它程序语言编制的驱动程序。数据采集程序主要完成转速和振动波形数据的实时测量功能。程序主要由系统初始化、转速测量、根据当前转速确定采样率（以保证整周期采样）以及AD 采样程序组成，数据采集流程如图3所示。22在LabVIEW 中驱动通用数据采集卡LabVIEW 平台上使用普通数据采集A D 卡，用户须自己开发动态链接库文件（DDL），通过LabVIEW 所提供的调用库函数（CLF ）实现应用普通卡采集数据的功能。数据采集卡附有DLL库函数形式的驱动程序，用户可使用某种DLL 链接库的编程工具，如VC 、VB ，编写应用程序来调用它。Lab-

5、VIEW 提供了一个调用动态链接库摘要以传感器、数据采集卡、工控机为硬件条件，在虚拟仪器软件LabVIEW 开发平台上，进行汽轮机振动数据的采集、显示、分析等功能的设计，实现汽轮机监测仪表中的振动信号监测的全部功能，且为汽轮机故障诊断的开发提供了条件。关键词：汽轮机，LabVIEW ，汽轮机监测仪表AbstractIn the use of sensors,data acquisition cards,industrial control computer,on the Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,design fun

6、ctions of steam turbine vibration data collection,display and analysisTherealization of Turbine Supervi-sory Instrumentation to monitor the vibration signals functions,and provides the conditions of Fault Diagnosis of Steam Tur-bine developmentKeywords :steamturbine,LabVIEW,turbine supervisory instr

7、umentation图3 数据采集程序框图图2振动监测分析系统软件框架25基于LabVIEW 的汽轮机振动监测系统的研究与开发函数的图标Call Li- brary Function ，放在Functions 模板内的Advanced 子模板中。如图4所示。23数据分析与处理LabVIEW 具有强大的图形编程语言，是通过创建和连接图符来创建程序，具有形象直观、便于阅读和调试的特点；把常用的信号处理函数做成了图形模块，只要直接调用就可以在程序中使用，集成了丰富的信号处理函数和大量现代的高级信号分析功能，如振动分析中常用到的FFT 变换函数、小波分析函数等等。另外，Lab-VIEW 与流行的数值分

8、析软件MATLAB 及C 语言之间可以相互调用，这样更加丰富了在LabVIEW 环境下编程的功能和运算 分析能力。对振动信号进行频谱分析需对实时采集到的一系列信号进行快速傅里叶变换（FFT ），LabVIEW 将FFT 做成一个功能模块。程序对FFT 功能模块进行简单的调用就实现了振动信号的频谱分析，大大提高了系统开发的速度。图5是振动信号FFT 的图形程序。 图5频谱分析程序24数据的存储记忆对机组运行的重要历史数据进行存储，有利于事故分析。本文设计的系统具有数据存储记忆功能，操作人员通过点击前面板的“历史数据选择”控件，可以选择各轴承的历史数据，本文在SQLServer 2000数据库中建

9、立了各通道的振动特征参量数据表，用来存储采集日期和时间、转速、05X幅值、1X 幅值、1X 相位、2X 幅值、振动峰值，特征参量名、数据类型及精度如表1所示。表1振动特征参量数据表 NI 公司提供的Database Connectivity Toolkit 模块方便快捷地实现了对数据库的访问。Database Connectivity Toolkit 工具包实现了通过OLE DB 对数据库的操作。该模块无需利用其它编程语言，不需要复杂的程序，功能强大而且灵活易用，是一种很好的数据库接口工具。图6是存储实时振动特征量程序，该程序可实现出现报警自动存储和手动存储。图6振动特征量存储程序25数据的动

10、态显示和图形分析振动数据显示包括：X 、Y 方向振动信号的时域波形图，经过滤波器滤波后的时域波形图，经过FFT 变换后的频域波形图以及振动频率、振幅。不同的振动状态表示方法具有不同的特点。有些故障在某些图形上反映不明显，但在另外一些图形上却表现得比较突出。因此，工程上进行振动分析时经常同时用到大量振动图形，这些图形对振动分析很有帮助。常用得图形有波形图、频谱图、瀑布图、级联图、趋势图、极坐标图、伯德图等。图7动态显示界面3结束语在汽轮机振动中，以传感器、数据采集卡、工控机为硬件条件，采用LabVIEW 语言开发了汽轮发电机组振动状态监测系统，具有虚拟仪器风格，界面美观、操作简单、使用方便等特点，不仅能实现传统汽轮机监测仪表中的振动信号监测的全部功能，而且还为汽轮机故障诊断的开发提供了条件；它可以取代传统汽轮机监测仪表中除传感器以外的所有与振动信号有关的硬件，是真正意义的纯数字监测系统。参考文献1王金平，邓艾东，曹浩嵌入式旋转机械状态监测系统的设计与研究J 汽轮机技术，2007（1）：21232蒋东翔，倪维斗，于文虎，等大型汽轮发电机组远程在线监测分析与诊断网络系统J 动力工程，1999，19（1）：49523吴国新，许宝杰基于LabVIEW 的虚拟仪器振动测试系统J 北京机械工业学院学报，2000，15（4）4雷振山用虚拟仪器技术构建的振动测