基于labview的电机状态监测与故障诊断系统的研究

基于labview的电机状态监测与故障诊断系统的研究

0设备故障诊断技术应用目随着现代工业和科学研究的快速发展，大规模、高速化、自动控制和能源节约随着生产力的提高而降低。随着能源节约，设备故障的潜在可能性和形式也相应增加。一旦发生故障,就有可能破坏整台设备甚至整个生产过程,造成巨大的经济损失、重大的人员伤亡。因此,应用状态检测和故障诊断技术对机电设备进行监测诊断,可以及早发现和预测设备中存在的微小故障并及时采取补救措施,以降低维修成本、缩短维修时间并提高设备运行的安全性与可靠性,对于设备的长期使用和提高设备的使用效率具有重大的现实意义。传统的测控仪器由于费用高、技术更新周期长、系统封闭等原因,越来越不能满足科技进步的要求。而计算机为核心的虚拟仪器,其功能可由用户自己定义,技术更新快,价格和软件开发维护费用低,具有开放性、灵活性、可重复用和重配置的优点。利用LabVIEW软件开发出来的此监测与诊断系统,实现了对机电设备的状态监测与早期故障诊断,充分地发挥了虚拟仪器技术的优势,使测试精度、稳定性和可靠性都得到了充分保障。1整体设计1.1系统的硬件结构设备状态监测与故障诊断系统的硬件是以微机为核心的可编程的数据采集、状态监测和数据分析处理系统。硬件结构如图1所示。系统采用了CA-YD-103的3200、3193型加速度传感器;数据采集卡选用了6024型NI多功能数据采集卡。1.2道的数据采集、动态显示和实时分析该系统具有状态监测和分析功能,实现了2通道的数据的高速采集、动态显示和实时分析。利用软件系统的时域分析、频域分析等方法对设备进行了状态监测和故障诊断,如图2所示。2系统的编程2.1daq数据采集数据采集是LabVIEW最基本的功能之一。模拟信号数据采集是其中DAQ模块中的一个主要功能,为用户提供了功能强大且方便快捷的信号采集解决方案。而DAQ中的中高速数据采集、特殊采样、同步模拟I/O是DAQ中的难点。系统采用模拟信号输入部分的AnalogInput函数中的中级函数对硬件进行控制,完成数据采集,其程序框图如图3所示。由于在该信号采集系统中需要采集的信号是几K以上的中高速信号,所以必须让DAQ设备进行很多限时工作。通过采用缓存技术(为保证采集到的数据不丢失,缓存的大小至少应为扫描率的2倍,系统中将缓存设置为扫描率的10倍),不仅可以实现中高速连续数据采集,还能够获得较高的程序性能。为了保证能够将采集到的大量数据完整地保存在磁盘上,应采用高速磁盘流技术将采集到的数据实时地记录到硬盘上,便于以后可以进行数据的回调查看和分析。2.2数据的读取及预处理数据采集模块可以动态的显示在线信号波形,并将采集得到的数据存为文件,使用FunctionFileI/OReadfromspreadsheetfile.vi模块读取已保存的文件数据,经过去均值预处理,分别显示数据的时域和频域波形,时域波形时间轴的间隔为采样频率的倒数,而频域波形频率轴间隔为采样频率除以采样点数。为了便于监测还同时显示了数据的有效值和波形指标。其程序框图如图4所示。2.3包络检波模块基于共振解调技术,该模块的信号处理部分主要包含以下个步骤:带通滤波、包络检波、低通滤波。采集所得到的时域信号经过带通滤波模块之后进入包络检波;包络检波包括2个模块:HilBert变化模块和直角坐标到极坐标变换模块,将实信号和其Hilbert变换构成解调信号;然后通过一个低通滤波器,最后得到可进行诊断的数据,其程序框图如图5所示。3数据采集模块系统采用了模块化的设计思想,每个功能由独立的模块完成,从而实现了数据的采集、分析与处理。整个系统主要由数据采集模块、数据分析模块和数据处理模块组成。3.1数据文件存储路径该模块的功能是实现多通道的数据采集。采样前首先应设置数据文件保存路径、采样频率、采样点数、通道号等参数。数据文件保存路径是为了便于数据文件的管理和分析,决定了采样数据的存放的位置,可通过右侧的浏览键选择,也可以在路径框中直接输入路径名。该模块能够实时地显示采集到的数据,可以多通道同时显示信号波形。采集数据的存储按每个通道为一列,存放在一个文件。数据采集面板如图6所示。3.2谱成分的设置该模块主要完成数据的读取,并显示信号时域波形,也可以观察采集信号的频谱成分,包括信号的幅值谱和相位谱。由于存储数据时是按通道存储的,一个文件中包含若干通道的数据,所以在前面板要设置通道数。为了将信号转换成时域和频域信号,还应提供数据采集时的文件保存路经、采样频率和采样点数。3.3数据处理模块数据处理模块主要完成采集数据的共振解调处理。在该面板中,需要设置高带通滤波和低通滤波的参数。4故障信号分析下面是对齿轮箱传动系统振动信号的共振解调数据处理,时域信号的采样频率为100kHz,采样点数128kHz,频率分辨率=100kHz/128k=0.78Hz.读取变频器转速20Hz下轴承外圈故障的信号,其时域波形及幅值谱如图7所示,其中信号的有效值为0.45m/s2,波形指标为1.30。从图7中无法看出有明显的故障信号存在,对信号进行高带通滤波,通带下限截止频率为20kHz,通带上限截止频率为30kHz;由于经过包络解调故障信号在低频段有值,所以对包络谱进行低通滤波,频谱范围降低为0~2.5×103Hz.信号经共振解调后如图8所示。由图8中可以看出出现了一些明显的冲击信号,为共振频率的解调信号,信号的信噪比大大地提高了,将有利于后期故障诊断判断故障类型。5虚拟仪器的实现介绍了一种状态监测和故障诊断系统的软件