振動(dòng)篩形態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

朱春燕，劉文泉

(1.西安工商學(xué)院，陜西西安，710200；西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安，710072)

1 緒論

1.1 振動(dòng)篩故障監(jiān)測(cè)發(fā)展現(xiàn)狀

振動(dòng)篩是利用篩體的振動(dòng)特性完成對(duì)材料的選別、分級(jí)、脫介和脫水等工藝環(huán)節(jié)的一種振動(dòng)機(jī)械設(shè)備，廣泛應(yīng)用于冶金、煤炭、礦山、建材、水利、高速公路建設(shè)中[1-2]。由于振動(dòng)篩是利用振動(dòng)破壞力進(jìn)行工作的產(chǎn)品，所以其故障頻率高于一般的動(dòng)力機(jī)械產(chǎn)品。振動(dòng)篩作為生產(chǎn)工藝的重要環(huán)節(jié)，出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)停止運(yùn)行[3-4]。目前在很多大型企業(yè)中，振動(dòng)篩設(shè)備的日常維護(hù)工作都缺乏必要的檢測(cè)手段和設(shè)備[5]，無(wú)法對(duì)設(shè)備的故障進(jìn)行有效的檢測(cè)，故而尋求一種的合理有效的監(jiān)測(cè)方法是相當(dāng)必要和迫切的。

1.2 本文研究的目的和意義

本項(xiàng)目研究設(shè)計(jì)的振動(dòng)篩振動(dòng)形態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要滿足企業(yè)對(duì)振動(dòng)篩設(shè)備日常監(jiān)測(cè)的需求。系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)過(guò)程中記錄振動(dòng)數(shù)據(jù)、繪制振動(dòng)曲線，實(shí)時(shí)計(jì)算出振動(dòng)篩工作過(guò)程中的重要參數(shù)，如篩箱振幅、橫向擺動(dòng)、振動(dòng)方向角等，同時(shí)結(jié)合振動(dòng)形態(tài)的變化趨勢(shì)和用戶經(jīng)驗(yàn)數(shù)值設(shè)定報(bào)警機(jī)制，從而判斷振動(dòng)設(shè)備是否故障，在出現(xiàn)故障隱患時(shí)及時(shí)通知用戶。

通過(guò)該系統(tǒng)，用戶可直觀的觀測(cè)出振動(dòng)篩振動(dòng)形態(tài)的變化，精確的讀出測(cè)量參數(shù)，及時(shí)的獲知故障信息，避免振動(dòng)設(shè)備發(fā)生事故，挽回因振動(dòng)設(shè)備故障產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失。如果所設(shè)計(jì)的振動(dòng)篩振動(dòng)形態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)推廣應(yīng)用于該類設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)測(cè)中，將有效降低工業(yè)生產(chǎn)中振動(dòng)篩故障的發(fā)生。

2 研究?jī)?nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)和研發(fā)目標(biāo)

2.1 研究主要內(nèi)容

本項(xiàng)目主要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)篩振動(dòng)形態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，項(xiàng)目設(shè)計(jì)分為兩部分內(nèi)容，一部分是硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，解決如何在強(qiáng)干擾的環(huán)境下準(zhǔn)確獲取較弱的振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)硬件電路有效的送入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的問(wèn)題；另一部分是軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，解決如何對(duì)原始的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)分析及處理，獲得振動(dòng)形態(tài)，實(shí)現(xiàn)多種功能要求。

2.1.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了能準(zhǔn)確的反映振動(dòng)設(shè)備較小的振動(dòng)形態(tài)，應(yīng)選擇靈敏度較高的加速度傳感器，在應(yīng)用加速度傳感器對(duì)振動(dòng)篩X，Y，Z三軸方向分別進(jìn)行測(cè)量時(shí)，設(shè)備本身的振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的噪聲干擾，這使得從傳感器信號(hào)中獲取有用的振動(dòng)信號(hào)變得極為困難，為了避免將噪聲信號(hào)放大，必須在信號(hào)放大前，抑制或消除噪聲信號(hào)，根據(jù)振動(dòng)篩的振動(dòng)頻率特性對(duì)信號(hào)進(jìn)行帶通濾波處理，提取有效的振動(dòng)信號(hào)。所以設(shè)計(jì)有效的濾波放大器電路是此次硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

2.1.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采集得到的振動(dòng)原始信號(hào)是一種疊加噪聲的信號(hào)，通過(guò)信號(hào)分析技術(shù)，還原振動(dòng)形態(tài)，計(jì)算振動(dòng)參數(shù)，繪制出振動(dòng)曲線和振動(dòng)合成運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)振動(dòng)數(shù)據(jù)應(yīng)能進(jìn)行時(shí)域及頻域的處理，所有處理功能都可供在線事后分析使用。如何還原振動(dòng)形態(tài)，計(jì)算出振動(dòng)信號(hào)參數(shù)是此次軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1 系統(tǒng)實(shí)時(shí)性

振動(dòng)設(shè)備智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)振動(dòng)篩的運(yùn)行情況，對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求較高，在軟件結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)中，應(yīng)合理安排每個(gè)系統(tǒng)周期內(nèi)所完成的任務(wù)，包括采集、計(jì)算、顯示、存儲(chǔ)等任務(wù)。

3.1.2 振動(dòng)形態(tài)的還原

首先對(duì)振動(dòng)原始信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，其次運(yùn)用信號(hào)分析技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行曲線擬合，再根據(jù)擬合得到的曲線計(jì)算振動(dòng)參數(shù)，最后通過(guò)振動(dòng)參數(shù)還原顯示振動(dòng)形態(tài)。

3.1.3 系統(tǒng)的實(shí)用性

為了使系統(tǒng)能更好的為用戶使用，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮到用戶的使用習(xí)慣、應(yīng)用術(shù)語(yǔ)、行業(yè)背景等內(nèi)容。系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)、功能結(jié)構(gòu)、邏輯順序應(yīng)充分調(diào)研后再進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1.4 故障診斷

為了診斷振動(dòng)篩故障，應(yīng)運(yùn)用本系統(tǒng)實(shí)際測(cè)量多種振動(dòng)篩，獲得大量樣本數(shù)據(jù)，仔細(xì)歸納分析，結(jié)合用戶經(jīng)驗(yàn)，得出判定依據(jù)，系統(tǒng)允許用戶靈活修改判定參量及判定邏輯，使系統(tǒng)適用不同振動(dòng)設(shè)備。

3.2 軟件系統(tǒng)方案

軟件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 振動(dòng)設(shè)備智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件采用LabWindows/CVI作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，LabWindows/CVI是National Instruments 公司(美國(guó)國(guó)家儀器公司，簡(jiǎn)稱NI 公司)推出的交互式C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)平臺(tái)。LabWindows/CVI將功能強(qiáng)大、使用靈活的C語(yǔ)言平臺(tái)與用于數(shù)據(jù)采集分析和顯示的測(cè)控專業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，利用它的集成化開(kāi)發(fā)環(huán)境、交互式編程方法、函數(shù)面板和豐富的庫(kù)函數(shù)大大增強(qiáng)了C語(yǔ)言的功能，為熟悉C語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)人員編寫(xiě)檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)試環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)等應(yīng)用軟件提供了一個(gè)理想的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。

3.3 系統(tǒng)軟件的主要功能

系統(tǒng)軟件的主要功能包括：振動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)采集、信號(hào)分析和處理、振動(dòng)參數(shù)和曲線的顯示、數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)和信號(hào)的復(fù)現(xiàn)、用戶參數(shù)設(shè)定。

3.3.1 系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集模塊

系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集模塊主要實(shí)現(xiàn)振動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，能夠控制調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)采集卡的采樣通道、采樣頻率、硬件增益等。采集過(guò)程中系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集模塊會(huì)協(xié)調(diào)調(diào)用其他四個(gè)模塊，完成振動(dòng)參數(shù)的計(jì)算、振動(dòng)曲線的顯示以及振動(dòng)篩運(yùn)行狀態(tài)的分析。

3.3.2 信號(hào)分析處理模塊

信號(hào)分析處理模塊主要是對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析、幅值的特征值求取、加窗等。其信號(hào)分析處理流程如圖2所示。

圖2 信號(hào)分析處理流程

3.3.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模塊

系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模塊主要完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、讀取、管理等功能。

3.3.4 用戶參數(shù)設(shè)定模塊

用戶參數(shù)設(shè)定模塊主要用于用戶參數(shù)門限的設(shè)定、振動(dòng)通道的選擇、振動(dòng)參數(shù)顯示要求等功能。

3.3.5 用戶界面顯示模塊

用戶界面顯示模塊用于管理信號(hào)波形的實(shí)時(shí)顯示窗口，頻譜分析顯示窗口、振動(dòng)參數(shù)結(jié)果顯示窗口等界面功能。

4 振動(dòng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果

振動(dòng)篩振動(dòng)形態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有信號(hào)檢測(cè)精度高、抗干擾性強(qiáng)、用戶使用方便、系統(tǒng)功能豐富等諸多國(guó)內(nèi)領(lǐng)先優(yōu)點(diǎn)。

5 結(jié)論推廣應(yīng)用前景

本設(shè)計(jì)的振動(dòng)篩振動(dòng)形態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠滿足企業(yè)對(duì)振動(dòng)篩設(shè)備日常監(jiān)測(cè)的需求，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)振動(dòng)篩在使用過(guò)程中的振動(dòng)形態(tài)，精確計(jì)算振動(dòng)篩的振幅、橫向擺動(dòng)、振動(dòng)方向角等重要參數(shù)，如果振動(dòng)形態(tài)異常或振動(dòng)參數(shù)超標(biāo)，將判斷振動(dòng)設(shè)備故障，可及時(shí)報(bào)警通知用戶。所設(shè)計(jì)的振動(dòng)篩振動(dòng)形態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以推廣應(yīng)用于該類設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)測(cè)中，振動(dòng)篩振動(dòng)形態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有信號(hào)檢測(cè)精度高、抗干擾性強(qiáng)、用戶使用方便、系統(tǒng)功能豐富等諸多國(guó)內(nèi)領(lǐng)先優(yōu)點(diǎn)。