虛擬檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā).doc

工業(yè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)虛擬檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 了解旋轉(zhuǎn)機(jī)械檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成，根據(jù)實(shí)際需要確定系統(tǒng)的方案。2 了解檢測(cè)系統(tǒng)中各部分元器件的工作原理、特點(diǎn)和作用，并根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的元器件。3 掌握傳感器的安裝方式、選擇和標(biāo)定。4 掌握狀態(tài)檢測(cè)虛擬儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的基本步驟。二系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象 該實(shí)驗(yàn)臺(tái)是一種模塊化、開(kāi)放型的機(jī)械設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，由硬件動(dòng)力模塊、傳動(dòng)模塊、支承聯(lián)接、調(diào)節(jié)模塊、加載模塊和軟件【控制模塊、工具模塊、測(cè)試模塊】等組成，通過(guò)對(duì)不同模塊德選擇和裝配搭接可以組成典型機(jī)械傳動(dòng)裝置。如圖所示：實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2實(shí)驗(yàn)對(duì)象名稱(chēng)、型號(hào)及主要零部件的性能參數(shù)1） 動(dòng)力模塊（1） Y90L-4電動(dòng)機(jī)：額定功率1.5KW;同步轉(zhuǎn)速：1500r/min，額定電壓下，最大轉(zhuǎn)矩予額定轉(zhuǎn)矩之比2.3。（2） MM420-150/3變頻器。2） 傳動(dòng)模塊 JS-100齒輪減速器：減速比1：1.5，齒數(shù)：Z1=32、Z2 =48，螺旋角849”，中心距a=100mm.法面模數(shù)Mn=2.5.3）加載模塊CZ-5型磁粉制動(dòng)器：額定轉(zhuǎn)矩50Nm,激磁電流0.8A，允許滑差功率4KW。3監(jiān)測(cè)參數(shù)頻帶選定測(cè)量參數(shù)指南測(cè)量參數(shù)位 移速 度加 速 度適用頻帶0100HZ101000HZ大于1000HZ1）電動(dòng)機(jī)的測(cè)試參數(shù)w 電動(dòng)機(jī)w 電源：?jiǎn)蜗嘟涣鳎?00/220伏，頻率 50/60Hzw 功率：1.5KWw 設(shè)定轉(zhuǎn)速：1500rpm(25Hz)w 電動(dòng)機(jī)振動(dòng)的測(cè)定參數(shù)：速度w 軸的轉(zhuǎn)速：1500rpm2）齒輪的測(cè)定參數(shù)w 電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為：1500rpm(25Hz)w 若出現(xiàn)齒輪故障，將引起的振動(dòng)頻率w 嚙合頻率=軸轉(zhuǎn)頻齒數(shù)小齒輪嚙合頻率=2532=800(Hz)大齒輪嚙合頻率=2532/4848=800(Hz)w 考慮3次諧波，為244Hz，屬于“高頻”。w 齒輪振動(dòng)測(cè)定參數(shù)：加速度3監(jiān)測(cè)位置（如圖）1234測(cè)點(diǎn)位置如圖所示，由左到右依次為扭矩、齒輪低速端、齒輪高速端和電機(jī)。虛擬儀器處理的通道依次為4、3、2、1，其對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)采集卡通道依次為6、5、1、0通道。4傳感器的選擇與安裝選擇壓電式傳感器：它體積小、重量輕、靈敏度高、測(cè)量范圍大、頻響范圍寬、線性度好、安裝簡(jiǎn)便等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此獲得了最為廣泛的應(yīng)用。初選采用秦皇島佳盟測(cè)控技術(shù)有限公司的ck8305標(biāo)準(zhǔn)參考加速度計(jì)，采用石英晶體壓電元件，性能指標(biāo)：結(jié)構(gòu)形式靈敏度重量（g）頻響 (10%)振頻（kHz）石英晶體中心壓縮0.1pc/ms-2351Hz10KHz30速度范圍（ms-2）大橫向靈敏度安裝螺釘溫度范圍（0c）外形尺寸（mm）150005%M5-54+260六方16高30價(jià)格：1580元/只實(shí)際用傳感器為壓電加速度計(jì)Type4291，且傳感器用蜂蠟直接粘在所示測(cè)點(diǎn)處。 5故障評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)常用的標(biāo)準(zhǔn)判別法有絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)和類(lèi)比標(biāo)準(zhǔn)三種方法，在此選用絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)判別法。它是在一定的測(cè)試條件下，按規(guī)定的方法確定的用以判別設(shè)備狀態(tài)的界限值。把測(cè)得的參數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值比較即可判別設(shè)備處于“良好”、“允許”、“較差”、“不允許”等各種狀態(tài)。主要采用ISQ1372判別：見(jiàn)表振動(dòng)速度有效值Vrms(mm/s)狀態(tài)判別Vrms1.8良好1.8Vrms4.5允許4.5Vrms11.2較差，應(yīng)設(shè)法降低Vrms11.2不允許6檢測(cè)系統(tǒng)方案機(jī)械測(cè)振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖所示，主要由傳感器、電荷放大器、分析儀、顯示輸出和磁帶記錄幾個(gè)部分組成。電荷放大器分析儀磁帶記錄儀顯示輸出傳感器被測(cè)設(shè)備傳感器將機(jī)械振動(dòng)量轉(zhuǎn)變?yōu)檫m于電測(cè)的電參量，電荷放大器將機(jī)械量轉(zhuǎn)變成與其成正比的微弱電荷Q，而且輸出極高的阻抗Ra，分析儀測(cè)試分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果，用計(jì)算機(jī)顯示輸出結(jié)果，并用磁帶記錄儀記錄結(jié)果數(shù)據(jù)。1） 數(shù)據(jù)采集器的選型數(shù)據(jù)采集卡的選擇是硬件系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵，基于性能的穩(wěn)定性和性?xún)r(jià)比的原因，選用了凌華的PCI 16通道，250K/s低價(jià)位多功能采集卡產(chǎn)。 w 特性型號(hào)DAQ-221432位PCI總線，即插即用 16個(gè)單端以及8個(gè)差動(dòng)模擬量輸入通道 輸入通道能夠允許單端與差動(dòng)混合組成 16位AD分辨率，采樣頻率可達(dá)250K 雙極性/單極性模擬量輸入 模擬/數(shù)字觸發(fā) 2路帶波形發(fā)生功能的D/A輸出通道 雙極性/單極性模擬量輸出 D/A：I/O更新及支持Scatter/Gather功能的總線主控DMA 系統(tǒng)同步接口 完全自動(dòng)校準(zhǔn) 完全軟件配置價(jià)格：4200元/塊實(shí)際采用數(shù)據(jù)卡參數(shù)：型號(hào)BNC212. 板卡6024E2）轉(zhuǎn)速的測(cè)量 轉(zhuǎn)速直接采用機(jī)器加載上去，例如直接加載200、400、600等等。3）計(jì)算機(jī)選型選擇凌華工控機(jī)RACK-610 價(jià)格：5600元/臺(tái)配置：RACK-610PIV2.0G841主板512M80G光驅(qū)鍵盤(pán)鼠標(biāo) 產(chǎn)品簡(jiǎn)介：EIA RS-310C 19”上架式標(biāo)準(zhǔn)4U機(jī)箱，易于更換和清潔的濾網(wǎng)，三個(gè)5.25”和一個(gè)3.5”外置驅(qū)動(dòng)器架和一個(gè)3.5”內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器架，均為抗振動(dòng)、抗沖擊設(shè)計(jì) 前部機(jī)箱門(mén)內(nèi)已有USB接口，前面板配有一個(gè)PS2鍵盤(pán)接口，專(zhuān)門(mén)的板卡固定，卡架設(shè)計(jì)以抵抗運(yùn)輸過(guò)程中的震動(dòng)，支持300W/400W冗余電源，可更換為BP/MB/MB DVR后面板：w 規(guī)格：w 尺寸 19717.8”（ 483177451mm）（WHD） w 驅(qū)動(dòng)器架 3個(gè)5.25”和1個(gè)3.5”前置可達(dá)驅(qū)動(dòng)器架 w 1個(gè)內(nèi)置3.5”驅(qū)動(dòng)器架 w 結(jié)構(gòu)：高強(qiáng)度鋼板 w 顏色標(biāo)準(zhǔn)：米色和黑色 w 其它：按需而定 w 散熱 In：一個(gè)120x120x25mm和一個(gè)80x80x25mm滾軸風(fēng)扇 w 前面板 前面板帶鎖 w 2個(gè)LEDs：硬盤(pán)活動(dòng)指示和系統(tǒng)電源指示 w 系統(tǒng)復(fù)位開(kāi)關(guān)、ATX電源開(kāi)關(guān)和K/B鎖開(kāi)關(guān) w 后面板 支持14槽無(wú)源背板和ATX母板 w 支持PS2架構(gòu)ATX電源 w 包裝尺寸 24.81321.9”（630330555mm） w 重量 12kgs/26.4 lbs4)選用的電荷放大器 型號(hào)VM27M 6CHMETER、UNIT（6通道） 公司：RIONCO、LTD（日本）5）軟件開(kāi)發(fā)工具 選用虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。靈活高效的軟件能創(chuàng)建完全自定義的用戶(hù)界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺(tái)能滿(mǎn)足對(duì)同步和定時(shí)應(yīng)用的需求。這是NI近30年來(lái)始終引領(lǐng)測(cè)試測(cè)量行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的原因所在。只有同時(shí)擁有高效的軟件、模塊化I/O硬件和用于集成的軟硬件平臺(tái)這三大組成部分，才能充分發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)時(shí)間少，以及出色的集成這四大優(yōu)勢(shì)。7、初選檢測(cè)系統(tǒng)的軟硬件成本報(bào)價(jià)編號(hào)設(shè)備名稱(chēng)型號(hào)規(guī)格臺(tái)單價(jià)（元）總價(jià)（元）生產(chǎn)廠家1壓電式傳感器ck8305石英晶體中心壓縮415806320秦皇島佳盟測(cè)控技術(shù)有限公司2數(shù)據(jù)采集卡DAQ-221432位PCI總線、16個(gè)單端、8個(gè)差動(dòng)模擬量輸入通道 、16位AD分辨率，采樣頻率可達(dá)250K 142004200凌華3工控機(jī)RACK-610配置：RACK-610PIV2.0G841主板512M80G光驅(qū)鍵盤(pán)鼠標(biāo) 156005600凌華合計(jì)￥16120四實(shí)驗(yàn)研究(1) 程序流程圖：開(kāi)始在線/離線取信號(hào)時(shí)域信號(hào)、有效值頻域信號(hào)FFT變換波形輸出波形輸出數(shù)據(jù)儲(chǔ)存儲(chǔ)存時(shí)域、頻域和有效值數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)讀取讀取時(shí)域、頻域和有效值數(shù)據(jù)程序結(jié)束停止按鍵是是是是否否否否程序設(shè)計(jì)1.程序前面板程序后面板： (2) 標(biāo)定傳感器步驟。實(shí)驗(yàn)步驟：1.首先在虛擬儀器程序里，將DAQ中的傳感器通道打開(kāi)。 2.再按照所打開(kāi)的通道，將傳感器、電荷放大器和數(shù)據(jù)采集卡聯(lián)接好。 3.將傳感器接于自激振動(dòng)器上，打開(kāi)電荷放大器，校正傳感器，觀察程序上所顯示的時(shí)域信號(hào)，調(diào)整到使幅值為1。 4.將校正好的傳感器放在一邊，并將調(diào)節(jié)好的通道的靈敏度鎖住。 5.再校正其它幾個(gè)傳感器，重復(fù)3、4步驟，直到所有傳感器校正結(jié)束。 6.選擇試驗(yàn)臺(tái)上所要檢測(cè)的點(diǎn)，將傳感器和所測(cè)點(diǎn)上涂上松脂，把傳感器緊貼在所測(cè)點(diǎn)處。 (3) 測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)的振動(dòng)和噪聲步驟。實(shí)驗(yàn)步驟：1.首先在虛擬儀器程序里，將DAQ中的測(cè)噪聲傳感器通道打開(kāi)。 2.將傳感器接在精密聲級(jí)計(jì)倍頻程濾波器上。 3.再將聲級(jí)計(jì)與數(shù)據(jù)采集卡上的通道相連接。 4.把校正傳感器的儀器接在聲級(jí)計(jì)上，觀察程序上所顯示的時(shí)域信號(hào)，調(diào)整到使幅值為1。 5.將聲級(jí)計(jì)放在離聲源一米內(nèi)，與聲源平行即可。下圖為數(shù)據(jù)保存程序：(4) 處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。1. 電機(jī)200轉(zhuǎn)測(cè)得的數(shù)據(jù)：1通道波形2通道波形 3通道波形 4通道波形聲通道波形10.500075-0.46875010.500075-0.08544910.5000750.00488310.5000750.146484 10.5000750.09033210.921775-0.62988310.921775-0.10986310.921775-0.03418010.9217750.134277 10.9217750.10253911.5000500.490723 11.500050-0.17578111.5000500.00488311.5000500.168457 11.500050 0.13916011.968650-0.18310511.968650-0.15625011.9686500.01464811.9686500.080566 11.9686500.07080112.500000-1.25976612.500000-0.07080112.5000000.007324 12.500000-0.01953112.5000000.03662112.9999000.488281 12.9999000.036621 12.999900 -0.00976612.999900-0.03662112.999900-0.07812513.500000-0.30761713.500000-0.05615213.500000-0.03662113.500000-0.00732413.500000-0.13183613.9999000.041504 13.999900-0.02197313.999900-0.02197313.999900-0.18066413.999900-0.15869114.5156251.125488 14.5156250.214844 14.515625-0.00488314.515625-0.11230514.515625-0.07568415.015525-0.78857415.0155250.026855 15.015525-0.02441415.015525-0.04150415.015525-0.080566分析：以上是五個(gè)通道傳感器所測(cè)得的波形圖和每個(gè)0.5秒截取的信號(hào)數(shù)據(jù)，從上面的波形我們可以看出，試驗(yàn)臺(tái)電機(jī)為200轉(zhuǎn)低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)通道的情況如下：一通道檢測(cè)電機(jī)，其時(shí)域出現(xiàn)周期變化，引起原因可能是由于電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡所引起的，從而導(dǎo)致時(shí)域波形出現(xiàn)周期變化；其頻域波形在500Hz左右時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)較大值，這也可能是由于轉(zhuǎn)子不平衡引起的而通道檢測(cè)齒輪傳動(dòng)的高速端，其時(shí)域也出現(xiàn)了同電機(jī)一樣的周期變化，其原因是因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)子的不平衡以及轉(zhuǎn)子在連接過(guò)程中不對(duì)中引起；其頻域在1800Hz時(shí)有較大值出現(xiàn)，原因同上。三通道檢測(cè)扭矩處，其時(shí)域波形變化較為集中，有效值為0.0707，產(chǎn)生的變化可能是有齒輪傳動(dòng)中，齒輪誤差、齒輪與內(nèi)孔不同心、各部分軸線不對(duì)中、不平衡等原因造成；其頻域變化范圍同樣也相對(duì)集中，所以扭矩處工作情況較為正常。四通道檢測(cè)齒輪傳動(dòng)的低速端，其時(shí)域有突發(fā)性較大值出現(xiàn)，產(chǎn)生的變化同樣可能是有齒輪傳動(dòng)中，齒輪誤差、齒輪與內(nèi)孔不同心、各部分軸線不對(duì)中、不平衡等原因造成；其頻域變化同樣有影響。聲通道檢測(cè)的情況中，我們可以看到有突發(fā)性的較大值出現(xiàn)，由于聲通道距離電機(jī)所產(chǎn)生的聲源最近，所以其主要原因可能是電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡造成的?？偟恼f(shuō)來(lái)，試驗(yàn)所檢測(cè)的儀器情況都在允許的范圍之內(nèi)，所以試驗(yàn)臺(tái)在200轉(zhuǎn)的速轉(zhuǎn)動(dòng)是運(yùn)行情況還算良好。2. 電機(jī)800轉(zhuǎn)測(cè)得的數(shù)據(jù)：1通道波形 2通道波形3通道波形4通道波形 聲通道波形 分析簡(jiǎn)述：電機(jī)在轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)/分的情況下的出上示五個(gè)波形圖，從中可以反映出各通道情況； 一通道檢測(cè)電機(jī)情況與電機(jī)在200轉(zhuǎn)/分情況相似，亦出現(xiàn)周期性變化但比電機(jī)轉(zhuǎn)速在200轉(zhuǎn)/分時(shí)更穩(wěn)定。其中轉(zhuǎn)子不平衡是導(dǎo)致此現(xiàn)象的主要原因，另外由于安裝時(shí)各模塊位置的誤差導(dǎo)致傳動(dòng)軸的不對(duì)中是此現(xiàn)象的另一重要原因。二通道檢測(cè)齒輪傳動(dòng)高速端，出現(xiàn)與一通道變化規(guī)律相似的波形。其導(dǎo)致因素與一通道一致。三通道檢測(cè)加載模塊的輸出扭矩，其波形的周期性顯得較一二通道差，導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因是動(dòng)力經(jīng)加載處理其能量變的較弱，從而導(dǎo)致其波動(dòng)較緩和。四通道檢測(cè)齒輪傳動(dòng)低速端，由電機(jī)傳來(lái)的動(dòng)力經(jīng)齒輪減速器減速變的相對(duì)柔和，