風(fēng)機(jī)健康管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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摘要：傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)方法測(cè)量精度低，人為因素干擾大。為此本文采用Labview的思想實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活，成本低，操作簡(jiǎn)單直觀，并且能保障設(shè)備安全運(yùn)行的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。首先利用串口采集風(fēng)機(jī)運(yùn)行期間的振動(dòng)信號(hào)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得到風(fēng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)的幅值與相位，而后對(duì)故障參數(shù)進(jìn)行特征參量提取并且將其進(jìn)行存儲(chǔ)，最后通過(guò)采集的數(shù)據(jù)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行故障診斷。本系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互界面，可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行故障分析和預(yù)估實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)；性能監(jiān)測(cè)；虛擬儀器；LabVIEW

風(fēng)機(jī)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，風(fēng)機(jī)的性能測(cè)試和故障診斷也備受關(guān)注。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠家還是采用人工檢測(cè)的方法，這種檢測(cè)方法存在很多的弊端，如檢測(cè)項(xiàng)單一，測(cè)量精度低，效率低，人為因素干擾大等，且成本高。為了能更準(zhǔn)確、高效地檢測(cè)風(fēng)機(jī)的性能并對(duì)其進(jìn)行故障預(yù)估，文章基于Labview設(shè)計(jì)了風(fēng)機(jī)性能檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互界面[1]，能將采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行分析，得到風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)，并將數(shù)據(jù)錄入文件，以備故障分析和預(yù)估[2]。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活，成本低，界面友好，操作簡(jiǎn)單直觀等優(yōu)點(diǎn)，用戶更容易上手使用。

1系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)界面主要分為4個(gè)模塊，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)接收、故障診斷和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。數(shù)據(jù)采集模塊只要是通過(guò)串口采集風(fēng)機(jī)參數(shù)數(shù)據(jù)包括風(fēng)機(jī)溫度、轉(zhuǎn)速、進(jìn)出口靜壓等；數(shù)據(jù)接收模塊是故障診斷主程序中通過(guò)串口讀取數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊是利用用戶設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)路徑將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；故障診斷模塊是利用用戶設(shè)計(jì)的故障參數(shù)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷。實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)會(huì)通過(guò)儀表實(shí)時(shí)顯示，對(duì)于風(fēng)量、風(fēng)壓、軸功率以及效率4個(gè)參數(shù)會(huì)通過(guò)曲線圖的形式顯示，模塊交互流程圖如圖1所示[3-6]。系統(tǒng)先啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊，通過(guò)該模塊對(duì)風(fēng)機(jī)的震動(dòng)參數(shù)進(jìn)行采集，之后將用戶設(shè)置的參數(shù)發(fā)送到指定的端口。同時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)數(shù)據(jù)接收模塊將采集的數(shù)據(jù)采集到主程序中，此時(shí)將采集的數(shù)據(jù)按照用戶設(shè)置的路徑存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并同時(shí)將數(shù)據(jù)以圖形形式進(jìn)行顯示。與此同時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)故障診斷模塊對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行診斷，診斷出故障后進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。

2模塊程序設(shè)計(jì)

2.1數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)是系統(tǒng)中比較重要的一部分，它確定了整個(gè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的獲取。在實(shí)現(xiàn)這部分時(shí)，采用的是模擬串口數(shù)據(jù)傳入，即在實(shí)現(xiàn)前先啟動(dòng)，vspd軟件，該軟件的作用就是在計(jì)算機(jī)上安裝兩個(gè)虛擬端口COM1和COM2，這兩個(gè)端口分別用來(lái)傳入數(shù)據(jù)以及傳出數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集這一模塊式主要采用的結(jié)構(gòu)是事件結(jié)構(gòu)[7-8]。在運(yùn)行程序前先啟動(dòng)“發(fā)送數(shù)據(jù)”的vi，該vi用來(lái)生成模擬數(shù)據(jù)。當(dāng)點(diǎn)擊“獲取數(shù)據(jù)”按鈕后，系統(tǒng)將從COM1口不斷讀入數(shù)據(jù)，讀取完數(shù)據(jù)后，即可根據(jù)“解析.vi”將數(shù)據(jù)解包，并會(huì)將解包出來(lái)的數(shù)據(jù)用于系統(tǒng)后序的使用中。數(shù)據(jù)發(fā)送模塊實(shí)現(xiàn)如圖2所示，該程序是數(shù)據(jù)采集的主要部分，其實(shí)現(xiàn)就是隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生后將其轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制數(shù)，并分為高8位和低8位，并將其連接成字符串包裝發(fā)送給串口COM1。圖3是數(shù)據(jù)解析模塊的主要實(shí)現(xiàn)功能，該模塊首先通過(guò)用戶選擇的串口中讀取包文件。接下來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解包檢查包文件文件頭是否正確，不正確直接結(jié)束程序，如果是正確數(shù)據(jù)接下來(lái)檢查文件長(zhǎng)度不正確直接結(jié)束，就可以讀取辦文件的數(shù)據(jù)字節(jié)。然后將數(shù)據(jù)字節(jié)的高8位和低8位進(jìn)行合并，并將其轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)小數(shù)的形式，然后寫入對(duì)應(yīng)的局部變量中并進(jìn)行顯示，最后結(jié)束本模塊流程執(zhí)行完畢。2.2數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)模塊。數(shù)據(jù)處理模塊主要實(shí)現(xiàn)的功能是將解析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，從而得到風(fēng)機(jī)的其他4個(gè)性能參數(shù)，這4個(gè)參數(shù)將通過(guò)曲線圖的形式表示在前面板上，除此之外，也會(huì)將這些參數(shù)存入Excel文件中。本模塊的實(shí)現(xiàn)主要采用的是for循環(huán)結(jié)構(gòu)，即將所有的值逐個(gè)進(jìn)行計(jì)算并進(jìn)行存儲(chǔ)[9]。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)包括風(fēng)機(jī)性能參數(shù)的存儲(chǔ)，以及風(fēng)機(jī)故障信息的存儲(chǔ)。考慮到每次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)繁多并且復(fù)雜，因此會(huì)將每次實(shí)驗(yàn)的一組數(shù)據(jù)分文件存放，文件名也是以當(dāng)次系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)得到數(shù)據(jù)的時(shí)間來(lái)命名的，因此這樣不存在數(shù)據(jù)覆蓋或者數(shù)據(jù)繁雜的問(wèn)題。2.3故障診斷故障的診斷部分的結(jié)構(gòu)主要采用了for循環(huán)結(jié)構(gòu)和條件結(jié)構(gòu)的結(jié)合，for循環(huán)決定了程序運(yùn)行的次數(shù)，即每組數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，條件結(jié)構(gòu)決定了故障結(jié)果。這部分實(shí)現(xiàn)時(shí)是將數(shù)據(jù)逐個(gè)計(jì)算后進(jìn)行判斷，判斷每組數(shù)據(jù)中是否存在故障數(shù)據(jù)，若存在，則應(yīng)是哪種故障；當(dāng)故障結(jié)果診斷出來(lái)后，本模塊在條件結(jié)構(gòu)上進(jìn)行故障的存儲(chǔ)和顯示[10-13]。對(duì)于風(fēng)機(jī)的故障預(yù)測(cè)，本次設(shè)計(jì)采用的是概率模型法來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此在程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)采的是事件結(jié)構(gòu)，當(dāng)一旦確定觸發(fā)“故障預(yù)測(cè)”按鈕后，便開始執(zhí)行該模塊并最終將預(yù)測(cè)結(jié)果顯示在前端的輸出控件上。故障預(yù)測(cè)主要程序如圖4所示[14]。

3測(cè)試結(jié)果顯示與分析

圖5是一組數(shù)據(jù)的測(cè)試結(jié)果[15-16]。從圖5的顯示可以看出來(lái)，點(diǎn)擊開始測(cè)試按鈕后，風(fēng)機(jī)相關(guān)的性能參數(shù)信息是以折線圖的形式顯示，且會(huì)有狀態(tài)燈顯示當(dāng)前的狀態(tài)：當(dāng)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障數(shù)據(jù)時(shí)，狀態(tài)顯示為紅色。此外，故障顯示模塊也會(huì)在測(cè)試結(jié)束后以列表形式顯示當(dāng)前風(fēng)機(jī)的故障數(shù)據(jù)及狀態(tài)。由此可見(jiàn)，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了控制簡(jiǎn)單靈活，成本低的同時(shí)，達(dá)到了保障設(shè)備安全運(yùn)行的目的。

4結(jié)論

系統(tǒng)選取了典型的特征值作為故障的特征參數(shù)，從而對(duì)風(fēng)機(jī)故障進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)是基于虛擬儀器完成的系統(tǒng)，可進(jìn)行串口的模擬，從而更生動(dòng)形象地模擬了數(shù)據(jù)的采集。系統(tǒng)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，無(wú)論是關(guān)于風(fēng)機(jī)性能參數(shù)的數(shù)據(jù)還是風(fēng)機(jī)的故障數(shù)據(jù)，一旦生成，系統(tǒng)便自動(dòng)保存，這些歷史數(shù)據(jù)為以后的使用提供了很大的幫助。同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)機(jī)故障的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與故障診斷，這在一定程度上能夠幫助維修人員快速確定故障以降低損失。

作者:楊麗娟 陳雷 楊艷霞 胡曉霞 單位：1.西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院2.西安工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院