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摘要:為了有效降低工業(yè)生產(chǎn)中振動(dòng)篩故障的發(fā)生,本文利用對(duì)振動(dòng)篩原始振動(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)。主要完成振動(dòng)篩振動(dòng)形態(tài)監(jiān)測(cè)軟件設(shè)計(jì)部分,該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在監(jiān)測(cè)過程中記錄振動(dòng)數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)計(jì)算出振動(dòng)篩工作過程中的重要參數(shù),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,為企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本。
關(guān)鍵詞:振動(dòng)篩監(jiān)測(cè);數(shù)字信號(hào)處理;振動(dòng)形態(tài)
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、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。系統(tǒng)軟件采用LabWindows/CVI作為開發(fā)平臺(tái),LabWindows/CVI是NationalInstruments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語言開發(fā)平臺(tái)。LabWindows/CVI將功能強(qiáng)大、使用靈活的C語言平臺(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,利用它的集成化開發(fā)環(huán)境、交互式編程方法、函數(shù)面板和豐富的庫函數(shù)大大增強(qiáng)了C語言的功能,為熟悉C語言的開發(fā)設(shè)計(jì)人員編寫檢測(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。
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)。
參考文獻(xiàn)
[1]朱清慧.大型振動(dòng)篩DZK2466側(cè)幫裂紋故障診斷系統(tǒng)研究[D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2012年.
[4]朱清慧.大型振動(dòng)篩DZK2466側(cè)幫裂紋故障診斷系統(tǒng)研究[D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2012年.
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作者:朱春燕 劉文泉 單位:西安工商學(xué)院