XL601型滾動軸承故障診斷虛擬儀器設計

摘 要:本文用目前應用最為成功、最為廣泛的虛擬儀器開發軟件LabVIEW，通過上位機和MCU51通信，接收振動加速度信號，對所接收到的振動加速度數據加以綜合處理，開發出XL601型滾動軸承故障診斷虛擬儀器，該虛擬儀器集振動數據采集、顯示、分析、保存、故障識別、報警、GSM短信和數據管理等功能于一體，較大程度的提高了診斷精度，滿足了工作現場對滾動軸承高精度故障診斷的需求。

關鍵詞:LabVIEW 滾動軸承 虛擬儀器

中圖分類號:TP277 文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)01(a)-0017-01

滾動軸承故障診斷技術復雜，本文針對目前在現場應用的儀器設備存在著智能化程度不高，二次開發難度大、對檢測工作人員素質要求高、檢測結果隨意性大等問題，立足滾動軸承故障診斷現場需求，將虛擬儀器、小波分析應用到滾動軸承故障診斷，設計了XL601型滾動軸承故障診斷虛擬儀器。

1 系統工作流程設計

XL601型滾動軸承故障診斷虛擬儀器根據故障診斷現場需求設計，采用基于morlet小波的滾動軸承故障診斷方法，需要實現振動數據采集、故障診斷算法，數據管理，GSM收發等功能，以下是本虛擬儀器工作流程:

(1)虛擬儀器與數據采集單元通信，將采樣頻率傳遞給MCU51芯片，并通知其開始采樣。

(2)虛擬儀器接收MCU51發送的數據。當MCU51完成32K數據采集后，通知采樣分析模塊接收。

(3)虛擬儀器對數據預處理，采集的信號可能有明顯的錯點，這些錯點的存在會使峰值因子等時域參數的計算失出意義，在分析之前必須剔除;信號中也可能存在明顯的直流分量，也在該部分消出。

(4)各種時域參數的計算，系統中這些參數包括均方根值，峰值因子、峭度、重心頻率等。

(5)故障類型自動判別，Morlet小波是高斯包絡下的復指數函數，利用其虛部是實部的Hilbert變換，頻域波形為鐘形的特征，對解調信號進行Fourier變換(頻譜細化)，判斷是該軸承在當前轉速下，是否存在相應的故障特征頻率。

(6)診斷結果的保存、GSM發送。

2 XL601型虛擬儀器主要模塊

XL601型滾動軸承故障診斷虛擬儀器包括面板模塊、初始化模塊、算法模塊、短消息模塊、參數管理模塊、故障特征頻率計算模塊等主要模塊。圖1所示為XL601型滾動軸承故障診斷虛擬儀器面板。(如圖1)

2.1 面板模塊

XL601型滾動軸承故障診斷虛擬儀器面板如上圖所示，該面板中使用了LabVI EW中Array Cluster(數組和簇)，List Table(列表和表格)，Graph(圖形顯示)，Ring Enum(環與枚舉)，I/O(輸入/輸出功能)， Dialog Controls(對話框)，Classic Controls(經典控件)，Activex Decorations(裝飾)等對象。

2.2 初始化模塊

初始化模塊讓系統進入故障診斷前，完成各項參數的設定，比如選定與待檢軸承相對的軸承型號、檢測項目、檢測人員、串口號、SIM卡號等，并根據從MCU51返回的信息確定通訊是否成功。

2.3 算法模塊

算法模塊是虛擬儀器中最重要的組成部分，該模塊主要流程如下:

(1)對采集的數據進行歸一化，計算實際振動加速度值。

(2)計算相關時域參數，包括均方根值、峭度系數、峰值因子等。

(3)將計算的相關時域參數轉換成字符串。

(4)基于morlet小波算法的故障診斷。

(5)根據軸承型號、轉速等信息計算軸承故障特征頻率。

(6)根據計算結果自動判別故障類型。

2.4 短消息模塊

短消息模塊進行將檢測信息發送到檢修中心，硬件選用法國WAVECOM公司的GSM模塊，軟件在LabVIEW上實現。

2.5 參數管理模塊

參數管理模塊包括了當前系統中所需參數的添加、刪除、修改等。這些參數包括檢測項目、部件名稱、軸承型號、檢測人員、SIM卡號、修程等。

2.6 故障特征頻率計算模塊

故障特征頻率計算模塊計算不連續沖擊下產生的故障特征頻率。

3 結論

本文用目前最為成功、應用最為廣泛的虛擬儀器開發軟件LabVIEW，設計實現了XL601型機車軸承故障診斷虛擬儀器，該虛擬儀器集振動數據采集、顯示、分析、保存、故障識別、報警、GSM短信和數據管理等功能于一體，利用LabVIEW強大的信號處理模塊，實現了滾動軸承故障特征頻率、均方根值、峭度系數等參數計算，實現了基于morlet小波算法的滾動軸承診斷算法，成功實現了滾動軸承故障識別、自動分辨的功能，較大程度的提高了診斷精度，滿足了工作現場對滾動軸承高精度故障診斷的需求。

參考文獻

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