利用O n e p r o D設備構建在線振動監測系統

王延明

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司能源與環境部,河北唐山 063000）

1 引言

我們根據京唐鋼鐵公司能源部的設備情況，利用OneproD系統搭建一套在線振動監測系統用于大型旋轉機械振動及過程參數的在線監測。

本系統是以新一代OneproDXPR網路化設備狀態監測及故障診斷系統為主體，即法國01db網絡化XPR設備狀態監測及故障診斷軟件/Oracle數據庫軟件和數據采集系統組成。這個系統的突出特點是集成了最廣泛應用的狀態監測技術,提供網絡化在線監測分析功能、提供工廠設備狀況的完整圖畫。來自在線監測采集模塊的網絡化在線監測系統數據都集成到一個公共的數據庫，工廠局域網內的用戶在任意一臺計算機上都可以訪問數據服務器，瀏覽實時的設備的狀態數據和歷史數據，并可以通過OPC進行數據交換[1]。

2 O n e p r o D介紹

OneproD系統包括MVX數據采集設備和XPR數據分析軟件。OneproD是根據法國01db-metravib公司多年從事各種領域工業設備狀態監測的經驗研制的最新一代產品，該系統的性價比非常高，可以根據設備的實際運行狀況進行趨勢分析。MVX可以長期的監測機器的運行狀態，按照預定的采集周期進行振動數據的采集和處理。并可以進行所有通道同時并行采集，可以對機器進行周期性，變速或非連續的數據采集。擁有強大的處理功能，它可以獨立的監測一個或幾個機器，并對采集數據進行本地處理。擁有強大的通訊能力，可以通過 Ethernet、Ⅰnternet，RS485 和標準的通訊協議（TCP/ⅠP，modbus）分享數據。

XPR-300預測維護與振動分析軟件是OneproD系統的核心，它有非常多的特點，非常適合成為一個適用于多種狀態監測技術的平臺。

(1)快速完成初始化設置：提供模板、軸承庫、批量修改等功能。

(2)兼容多種狀態檢測技術：包括振動，過程控制數據，油品分析數據和紅外熱像數據。

(3)同時支持在線和離線測量：便攜式數據采集器OneproDMVP和在線數據采集器OneproDMVX.

(4)故障診斷：自動從頻譜中提取故障的特征頻率的幅值。

(5)數據采集，在線數據采集：支持OneproDMVX多通道并行數據采集系統，適用于各種不同的機器，包括大機組，重要設備和一般設備，同時也適用于變轉速的設備。通過OPC client接口可以從DCS系統上直接采集過程數據。

(6)離線數據采集：支持OneproDMVP便攜式數據采集器，對各種設備進行周期性測量，紅外熱像圖和油品數據也可以集成在一個數據庫中。

更進一步OneproDXPR可以根據機器的運行狀態調整監測參數和監測策略，因此可以提供更為可靠地分析。多種信息來源（振動，紅外熱像，油品分析數據和過程參數）也可以對分析結果進行證實。

當MVX和XPR狀態維護軟件系統同時使用時，一個或幾個MVX模塊立刻可以組成一個功能強大的預測維護網絡，該網絡適用于各種不同類型的機器，可以同時連接到上OneproDVⅠO顯示測量結果和OneproDXPR監測系統上進行診斷和分析。

3 在線振動監測系統搭建

3.1 總體架構

在線振動監測系統采用總線型結構搭建網絡，大部分利用能源運行中心現有光纖，使用赫斯曼MS20、PowerMⅠCE4128 兩 種 型 號 交 換 機 ，MM3-2FXS2/2TX1（兩光兩電）、MM3-4FXS2（四光）、MM2-4TX1（四電）三種型號模塊。

網絡結構及光纖路由情況如圖1所示。

圖1 網絡架構圖

3.2 系統特點

本系統的設計原則：高可靠性、集成性、智能性、安全性等。

3.2.1 總體特點

①嵌入式多CPU智能數據采集器，全功能數據預處理功能。②功能強大、完整的數據存儲與多級管理。③數據冗余技術，安全可靠的數據備份與自恢復。④通過MODBUS協議與DCS、PLC通訊，通過以太網技術實現與ERP/EAM連接。⑤遠程全功能瀏覽與專家故障診斷功能。⑥遠程參數設置與組態、遠程更新功能。

3.2.2 數據采集子系統

①采集、傳遞并處理各種振動、位移、鍵相及過程量、開關量等數據。

②信號來源：a、現場一次原件 4～20mA/1～5V 的標準信號。b、現場智能儀表通訊方式。

③嵌入式LⅠNUX、多CPU功能板。

④專用集成電路技術（ASⅠC）及數字信號處理(DSP),完善的數據預處理能力16位A/D,最高采樣頻率達500 kHz。

3.2.3 遠程工作狀態設置

對于已有以485方式通訊的儀表采用并聯的方式，連接到協議轉換模塊接入到局域網。對于使用4～20 mA信號傳輸數據的信號，通過遠程Ⅰ/O模塊接入。

3.2.4 在線監測子系統

通過監測局域網將數據采集器傳送給網絡服務器的數據包進行實時處理，監測各機組工作狀態和運行趨勢等，并將有關數據進行存儲和分類分級管理。處理速度快。通用性好。操作方便。數據“黑匣子”功能。數據保存完整。

3.2.5 數據存儲與管理子系統

數據管理：歷史數據管理、開停機數據、一級正常數據（通頻值、特征分量、進動分量值等）、二級正常數據、三級正常數據、報警數據（絕對報警、梯度報警、進動分量梯度報警、位置報警和矢量區域報警）、危險數據、趨勢數據管理、監測報告數據管理。

3.2.6 數據分析與專家診斷子系統：以矢譜分析

技術為核心的數據融合分析方法、強大的穩態與非平穩過程分析方法、分析功能、人工神經網絡+規則+模糊理論、考慮機組整個系統的動力學特征、支持小樣本、向量機技術、故障征兆自動識別技術[3]。

鏈接譜：鏈接譜是OneproD獨有的技術，它可以將不同分析頻率的幾個頻譜通過數字運算合并成一個頻譜，它可以保證合成后的頻譜在整個頻段內保持一個相對較高的分辨率。采用這種技術可以更容易的判斷齒輪和滾動軸承的故障。

橢圓譜：是針對大機組啟停分析時的專利技術，它采用通道測量，在大機組啟停分析時得到，不同轉速下，同一軸承座上的兩個傳感器合成的軸的運行軌跡（給出橢圓的長軸，短軸和角度）。同時可以提供橢圓譜的瀑布圖和伯德圖。

對于現場設備的周期性振動X（t），不論其振動波形有多復雜，都可以用傅立葉級數表示為許多頻率成諧波關系的簡諧振動組成：

X（t）=A0+A1cos(ωt+Φ1)+A2cos(2ωt+Φ2)+A3cos(3ωt+Φ3)+…+Ancos(nωt+Φn)

3.3 系統集成

在能源網覆蓋范圍內的，利用能源網現有光纜的剩余光芯進行組網。在廠站加裝網絡交換機、MVX數據采集等設備，另外還需24V電源轉換器、跳線等相關附件。基于B/S的N層結構模式、瀏覽器無需安裝任何軟件、Oracle大型數據庫管理系統、遠程瀏覽、診斷功能，遠程實現更改參數組態與系統升級。

現在，通過通訊與公司內部或外部其他部門分享分析結果是非常關鍵的。它可以提高預測維護工作的價值，因此本系統提供WEB瀏覽器版軟件[2]。OneproDXPR軟件系統提供了許多功能允許用戶分享信息：Oracle數據庫，輸入，輸出數據，編輯和打印報告。

子站數據采集示意圖2。

圖2 子站數據采集

3.4 數據分析

OneproD采用功能強大的圖形分析模塊幫助用戶進行故障診斷和生成報告。它提供非常多的分析工具，趨勢圖，單頻圖，鏈接譜，三維瀑布圖，時域波形分析，輥子表面形狀圖，軸心軌跡圖，啟停機時的波德圖，奈奎斯特圖，橢圓譜，軸心位置圖等。

在每種圖上都可以使用各種光標和數據再處理功能進行更進一步的分析。例如圖3所示。

圖3 設備運行狀況監測

自動分析,該軟件預測維護系統可以自動從頻譜中提取一些常見設備故障的特征頻率對應的幅值，一次作為設備的故障“征兆”來監測設備故障的發生和發展。這些故障“征兆”以矩陣的形式顯示，并用顏色標出報警狀態。每個故障“征兆”都可以進行趨勢分析。每一個故障“征兆”都可以設置報警值，系統提供了多種報警類型，包括絕對值報警和相對值報警，其中相應值報警又分為與上一次測量值比較，與設定的參考值比較，與統計值比較，以及預測報警發生的日期。

4總結

本系統的建立，為監測能源部大型轉動設備的運行工況提供了有效手段，對事故分析、減少停機率也有很大幫助。在使用過程中，要根據實際狀況，調整系統設置。隨著新增空壓站、氮壓機等站所的開工，要有計劃的把他們的轉動設備接入到在線振動監測系統中。

[1]彭文季,羅興金奇.基于小波包分析和支持向量機的水電機組振動故障診斷研究[J].中國電機工程學報.2006(24)：165-166.

[2]李衛軍.大型風機的在線監測[J].中國設備工程.2003(10)：29-30.

[3]蘭建武.基于LabVⅠEW的風機在線監測與故障診斷系統的研究[D].武漢科技大學.2012:24-25.