虛擬設(shè)備故障診斷體系總體結(jié)構(gòu)

　　壓縮機(jī)是一種依靠壓縮氣體而為系統(tǒng)提供動(dòng)力(dòng lì)的機(jī)械，其用途廣泛、品種繁多，已在冶金、礦山、建材、航天等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，尤其在石油、化工等工業(yè)中，已成為不可少的關(guān)鍵設(shè)備(shèbèi)壓縮機(jī)一旦發(fā)生故障，會(huì)導(dǎo)致(cause)整個(gè)生產(chǎn)線停工，造成很大的財(cái)產(chǎn)損失，甚至危害人身安全。因此，有必要對(duì)壓縮機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)（Food Monitor)和故障診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除故障，以保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。目前對(duì)壓縮機(jī)采用的維修手段大多還是故障維修和定期維修，前者具有滯后性，后者具有很大的盲目性。
　　本文針對(duì)螺桿(Screw)壓縮機(jī)的工作特點(diǎn)，以N I的Labview軟件為開發(fā)平臺(tái)，采用對(duì)各靜態(tài)參數(shù)(parameter)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和越限報(bào)警，對(duì)軸承振動(dòng)信號(hào)利用現(xiàn)代信號(hào)分析(Analyse)的新技術(shù)，對(duì)振動(dòng)信號(hào)采用功率譜分析、相關(guān)分析、趨勢(shì)分析、基于EMD和小波包結(jié)合的信號(hào)包絡(luò)提取分析以及基于向量機(jī)的智能(intelligence)診斷分析技術(shù)，據(jù)此搭建了一套基于虛擬儀器的壓縮機(jī)故障診斷系統(tǒng)。
　　2故障診斷系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)分為信號(hào)采集和信號(hào)分析兩部分。信號(hào)采集部分利用壓力、溫度和振動(dòng)(vibration)傳感器采集被測(cè)參數(shù)(parameter)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理過后送數(shù)據(jù)采集卡采集，采集卡采集的數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析，被測(cè)參數(shù)有靜態(tài)量和動(dòng)態(tài)量，靜態(tài)量參數(shù)有：級(jí)進(jìn)氣溫度、級(jí)排氣溫度、級(jí)進(jìn)氣溫度、級(jí)排氣溫度、冷卻(cooling)水進(jìn)水溫度、冷卻水溫度、冷卻水出水溫度、潤(rùn)滑油溫度、箱罩內(nèi)溫度、級(jí)進(jìn)氣壓力、級(jí)排氣壓力、級(jí)進(jìn)氣壓力和級(jí)排氣壓力，動(dòng)態(tài)量參數(shù)為軸承(bearing)的振動(dòng)信號(hào)；信號(hào)分析部分是一Labview監(jiān)控診斷平臺(tái)，對(duì)各靜態(tài)量實(shí)時(shí)顯示和監(jiān)控，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行多手段分析和處理(chǔ lǐ)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如所示。
　　3軟件結(jié)構(gòu)及各功能(gōng néng)模塊3 1軟件總體結(jié)構(gòu)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)(system)分為3層：初始主界面層、參數(shù)(parameter)設(shè)置層和監(jiān)控診斷層。參數(shù)設(shè)置層用來設(shè)置機(jī)組號(hào)和監(jiān)測(cè)（Food Monitor)參數(shù)，監(jiān)控診斷層對(duì)采集進(jìn)來的信號(hào)進(jìn)行分析(Analyse)診斷，整體結(jié)構(gòu)如所示。
　　3 2界面和功能模塊在Labview中開發(fā)的程序(procedure)都被稱為V I（V iew In strum ent），所有的V I都包括Front panel（前面板）和Block diagram
　?。ê竺姘宄绦?procedure)）兩部分。
　　3 2 1參數(shù)設(shè)置子V I點(diǎn)擊初始界面的點(diǎn)擊進(jìn)入按扭后，系統(tǒng)(system)進(jìn)入監(jiān)控參數(shù)設(shè)置界面，設(shè)置監(jiān)測(cè)機(jī)組號(hào)、溫度（temperature)和壓力監(jiān)控參數(shù)，該程序建立了一個(gè)全局變量，用來保存和傳遞設(shè)定參數(shù)。昆山空壓機(jī)維修軸承跑外圈一般是因?yàn)榕浜系木炔粔蛞约巴馊Χㄎ环绞皆O(shè)計(jì)不合理造成的。并非所有機(jī)頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行，如果保養(yǎng)好的可以延后，保養(yǎng)差的則需要提前。 昆山空壓機(jī)維修是更換全部磨損的零件，空壓機(jī)轉(zhuǎn)1000個(gè)小時(shí)或一年后，要更換濾芯，在多灰塵地區(qū)，則更換時(shí)間間隔要縮短。濾清器維修時(shí)必須停機(jī)，檢查壓縮機(jī)所有部件，排除壓縮機(jī)所有故障。前面板如所示。
　　參數(shù)設(shè)置界面3 2 2監(jiān)視診斷子V I在前面板上分為4個(gè)功能區(qū)：靜態(tài)量參數(shù)監(jiān)測(cè)（Food Monitor)區(qū)、軸承實(shí)時(shí)振動(dòng)信號(hào)顯示區(qū)、功率譜和相關(guān)分析顯示區(qū)和功能菜單區(qū)。
　　靜態(tài)量監(jiān)視區(qū)能對(duì)各參數(shù)(parameter)實(shí)時(shí)顯示和監(jiān)測(cè)，并能在監(jiān)視對(duì)象超過設(shè)定值時(shí)報(bào)警；軸承振動(dòng)信號(hào)實(shí)時(shí)顯示區(qū)能對(duì)兩測(cè)點(diǎn)的軸承振動(dòng)信號(hào)實(shí)時(shí)顯示；功率譜和相關(guān)分析顯示區(qū)能對(duì)軸承振動(dòng)信號(hào)的功率譜圖和相關(guān)分析結(jié)果顯示；菜單功能(gōng néng)區(qū)是各種對(duì)軸承振動(dòng)信號(hào)分析手段和方法，主要有：功率譜分析、相關(guān)分析、趨勢(shì)分析、基于EMD /H S和小波包結(jié)合的信號(hào)包絡(luò)提取分析和基于向量機(jī)的軸承故障智能診斷(diagnosis)分析磁選機(jī)是使用于再利用粉狀粒體中的除去鐵粉等篩選設(shè)備礦漿經(jīng)給礦箱流入槽體后，在給礦噴水管的水流作用下，礦粒呈松散狀態(tài)進(jìn)入槽體的給礦區(qū)。昆山空壓機(jī)是回轉(zhuǎn)容積式壓縮機(jī)，在其中兩個(gè)帶有螺旋型齒輪的轉(zhuǎn)子相互嚙合，使兩個(gè)轉(zhuǎn)子嚙合處體積由大變小，從而將氣體壓縮并排出。
　　本系統(tǒng)對(duì)壓縮機(jī)的動(dòng)態(tài)量分析主要是針對(duì)軸承的振動(dòng)信號(hào)，因?yàn)楦鶕?jù)研究，壓縮機(jī)的絕大部分故障都能通過軸承的振動(dòng)信號(hào)體現(xiàn)出來。趨勢(shì)分析主要是運(yùn)用小波分析手段對(duì)軸承振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，提取振動(dòng)信號(hào)的趨勢(shì)項(xiàng)，用來反映壓縮機(jī)工作(gōng zuò)狀態(tài)趨勢(shì)和判斷是否存在故障。
　　基于EMD /HS和小波包結(jié)合的信號(hào)包絡(luò)分析是考慮（consider)到在實(shí)際情況中，測(cè)得的軸承(bearing)信號(hào)可能是調(diào)制信號(hào)，用傳統(tǒng)(Tradition)的傅里葉分析手段存在很大的缺陷，這里運(yùn)用EMD /HS法，把振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分解成若干個(gè)IMF分量，在利用H ilbert變換提取信號(hào)包絡(luò)，但由于EMD分解過程中，存在端點(diǎn)效應(yīng)，很容易產(chǎn)生虛假成分，這里運(yùn)用小波包預(yù)先對(duì)信號(hào)進(jìn)行降噪，再進(jìn)行EMD /HS分析，實(shí)驗(yàn)表明，這種方法效果明顯。
　　支持向量機(jī)（ Support Sector M ach ine ，簡(jiǎn)稱SVM）是V apnik等人根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論提出的一種學(xué)習(xí)(Learn)方法，它在解決模式識(shí)別的小樣本問題中表現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和良好的應(yīng)用前景，已用于模式識(shí)別和特征提取等領(lǐng)域。昆山空壓機(jī)維修是更換全部磨損的零件，空壓機(jī)轉(zhuǎn)1000個(gè)小時(shí)或一年后，要更換濾芯，在多灰塵地區(qū)，則更換時(shí)間間隔要縮短。濾清器維修時(shí)必須停機(jī)，檢查壓縮機(jī)所有部件，排除壓縮機(jī)所有故障。SVM可以采用少量的時(shí)域故障（fault）數(shù)據(jù)樣本訓(xùn)練故障分類器，不必進(jìn)行信號(hào)(signal)預(yù)處理來提取特征量，便可實(shí)現(xiàn)多故障的識(shí)別和診斷。這幾種分析手段都分別編成功能子V I，當(dāng)監(jiān)視診斷界面響應(yīng)菜單操作控制時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)用這些子V I.
　　4模擬(定義:對(duì)真實(shí)事物或者過程的虛擬)試驗(yàn)通過設(shè)定模擬信號(hào)來驗(yàn)證本測(cè)試系統(tǒng)的可行性，試驗(yàn)結(jié)果如、5、6所示。昆山空壓機(jī)是一種用以壓縮氣體的設(shè)備?？諝鈮嚎s機(jī)與水泵構(gòu)造類似。大多數(shù)空氣壓縮機(jī)是往復(fù)活塞式，旋轉(zhuǎn)葉片或旋轉(zhuǎn)螺桿。離心式壓縮機(jī)是非常大的應(yīng)用程序。顯示的是各靜態(tài)量和軸承實(shí)時(shí)振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)結(jié)果，可以看到當(dāng)所監(jiān)測(cè)到某一靜態(tài)量參數(shù)超過設(shè)定值時(shí)，該值會(huì)不停閃爍，達(dá)到報(bào)警(Call the police)目的；顯示的是菜單功能中對(duì)軸承振動(dòng)信號(hào)功率譜和相關(guān)分析(Analyse)結(jié)果；顯示的是菜單功能中對(duì)軸承振動(dòng)信號(hào)向量機(jī)分析結(jié)果?？梢钥闯觯摫O(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)可有效的對(duì)壓縮機(jī)(compressor)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障診斷，設(shè)計(jì)界面友好，診斷方法(method)可行。
　　5結(jié)束語Labview是一種圖形化的編程語言和開發(fā)(Development)環(huán)境(environment)，功能(gōng néng)強(qiáng)大，可以靈活的搭建數(shù)據(jù)（data)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示(display)存儲(chǔ)系統(tǒng)，靈活直觀，可大幅度最大化減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)時(shí)間(time)。本文研制的監(jiān)測(cè)（Food Monitor)系統(tǒng)能對(duì)壓縮機(jī)工作(gōng zuò)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能對(duì)其狀態(tài)趨勢(shì)和軸承(bearing)故障（fault）進(jìn)行診斷并判斷故障所在，通過對(duì)該系統(tǒng)的進(jìn)一步完善可應(yīng)用于實(shí)際設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷。