基于DSP軸承故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、Value Engineering 0引言本文研究?jī)?nèi)容是以數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP 為核心, 設(shè) 計(jì)一套集數(shù)據(jù)采集與分析為一體的故障診斷系統(tǒng), 以功率 譜分析在機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用和小波變換在信號(hào)處理 中的應(yīng)用為基礎(chǔ), 用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)提取軸承的故障特 征信息, 編制計(jì)算機(jī)軟件, 辯識(shí)軸承滾動(dòng)體 、 內(nèi)環(huán) 、 外環(huán)的 故障 。1工作過程與測(cè)試原理 1.1工作過程圖 1是軸承故障診斷系統(tǒng)的工作過程方框圖 。 從圖可 以看出工作過程主要有 4個(gè)部分:信號(hào)預(yù)處理部分; A/D轉(zhuǎn)換部分; 故障信號(hào)分析部分; 故障特征信息提取與識(shí)別 部分 。1.2測(cè)試原理 該系統(tǒng)利用共振解調(diào)技術(shù)診斷軸承故 障, 當(dāng)軸

2、承某一元件表面出現(xiàn)局部損傷時(shí), 在受載運(yùn)行過 程中要撞擊與之相互作用的其它元件表面, 從而產(chǎn)生了沖 擊脈沖力 。 由于沖擊脈沖力的頻帶很寬, 必然包含軸承外 圈 、 傳感器等固有頻率, 從而激起整個(gè)測(cè)振系統(tǒng)的高頻固 有振動(dòng), 通過帶通濾波器的濾波, 分離出受調(diào)制的高頻固 有振動(dòng)信號(hào), 再通過包絡(luò)檢波器的檢波, 得到了只包含故 障特征信息的低頻包絡(luò)信號(hào), 對(duì)這一包絡(luò)信號(hào)進(jìn)行頻譜分 析, 可以診斷出軸承的故障, 其原因是共振解調(diào)技術(shù)放大 (或諧振 和分離 (帶通濾波 了故障特征信息, 極大地提高 了信號(hào)比 。 共振解調(diào)診斷原理如圖 2所示 。2系統(tǒng)組成 系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩部分組成, 具有數(shù)

3、據(jù)采 集和處理及故障診斷等主要功能 。 系統(tǒng)硬件配置框圖如圖 3所示 。2.1硬件設(shè)計(jì)如 圖 3所 示 ,整 個(gè) 系 統(tǒng) 的 核 心 部 件 是 DSP 芯 片TMS320VC5402。 它是 TI 公司生產(chǎn)的 TMS3205000系列的 16位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器 。 TMS320VC5402采用先進(jìn)的改 進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu),工作速率為 100MIPS ,內(nèi)核工作電壓為 1.8V , I/O工作電壓為 3V 。組成數(shù)據(jù)采集與處理的主要硬件包括: 用于傳感器 信號(hào)拾取與預(yù)處理部分, 包括 2路振動(dòng)加速度傳感器的放 大濾波處理; A/D轉(zhuǎn)換器:儀器選用 AD 公司推出的 6通道模擬輸入的 16位串行口可

4、編程 A/D轉(zhuǎn)換器; 數(shù)字 信號(hào)處理器 TMS320VC5402; 單片機(jī) AT89C51:用于管 理鍵盤輸入 、 參數(shù)顯示和報(bào)警電路等, 由 DSP 控制; 異 步通信單元:用于與 PC 計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信; (610 電源電 路:為各單元電路提供電源 。 作者簡(jiǎn)介 :劉夏 (1982- , 女, 貴州金沙人, 講師, 碩士研究生, 研究方向?yàn)殡姍C(jī)與電器, 主要講授電氣類課程 ?；?DSP 軸承故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)Diagnosing System for Detecting of Element Bearing Based on DSP劉夏 LIU Xia(貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 貴陽(yáng) 550

5、008(Guizhou Industry Polytechnic College , Guiyang 550008, China 摘要 :本系統(tǒng)主要適用于軸承振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)采集和分析, 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的時(shí)域和頻域分析 。 該本系統(tǒng)硬件部分是以 DSP 為核心進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)的采集與分析, 軟件部分是采用 C 語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言編制, 利用小波變換對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理 。 該系統(tǒng)也可以進(jìn)一步推廣到其他振動(dòng)信號(hào)的采集與分析 。Abstract:A diagnosing system has been designed for the detection of the surface defects of elem

6、ent bearing. It is mainly based on sampling and analyzing the vibration signals for time and frequency domains. The diagnosing system of data acquisition and realization based of DSP, and the basic principle of it is wavelet transform. The software is written in C language and assembly language. The

7、 system is suitable to diagnose the rolling elements bearing, and is possible to be extended to the application of other mechanical vibration signals.關(guān)鍵詞 :軸承; DSP ; 小波變換; 故障診斷 Key words:element bearing ; DSP ; wavelet transform ; fault diagnosis 中圖分類號(hào) :TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 文章編號(hào) :1006-4311(2013 23-0053-02傳感

8、器信號(hào)信號(hào)預(yù) 處理A/D轉(zhuǎn)換振動(dòng)信 號(hào)分析故障特征 信息提取故障報(bào)警圖 1滾動(dòng)軸承故障診斷系統(tǒng)工作流程圖振動(dòng)信號(hào)帶通濾波某一高頻固有振動(dòng)包絡(luò)輸出包絡(luò)信號(hào)頻譜分析包絡(luò)頻譜故障診斷圖 2共振解調(diào)診斷原理圖被測(cè)軸承傳感器信號(hào)信號(hào)預(yù)處理 PC 機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器DSPTMS320VC5402閃速存儲(chǔ)器靜態(tài)存儲(chǔ)器 報(bào)警電路單片機(jī) 鍵盤 、 顯示電路 圖 3系統(tǒng)硬件配置方框圖·53·價(jià)值工程0引言彈簧直接作用式安全閥是安全閥眾多種類中的一種, 其是將彈簧的載荷直接加載到閥瓣上以提供閥門關(guān)閉或 密封所需的力,其密封是依靠密封副接觸面變形來實(shí)現(xiàn) 的, 因此, 這種安全閥的前泄 (非正常泄漏 成

9、為了影響該 閥在壓力系統(tǒng)的應(yīng)用中最棘手的問題 。1彈簧直接作用式安全閥密封特性分析1.1平衡狀態(tài)下的密封力 由于密封副的兩接合面不 可能完全吻合, 所以必須對(duì)密封副施加外力, 使密封副產(chǎn) 生彈塑性變形, 消除介質(zhì)得以泄漏的間隙 。 該外力是壓縮 彈簧產(chǎn)生的, 因此, 從理論上講整個(gè)安全閥受力部件都會(huì) 產(chǎn)生彈塑性變形, 但由于關(guān)閉件很窄, 其受力后的變形量比其它部件大得多,所以我們可以假設(shè)除關(guān)閉件為彈性體 外,閥體 、 閥瓣 、 閥座都為剛體 。 圖 1表示了彈簧直接作用式安全閥關(guān)閉狀態(tài)下作用 作者簡(jiǎn)介 :趙玉坤 (1981- , 男, 黑龍江哈爾濱人, 工程師, 學(xué)士, 現(xiàn)從事閥門設(shè)計(jì)和制造工

10、作,研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì) 、 制造及其自動(dòng)化 。關(guān)于彈簧直接載荷式安全閥密封特性的研究Study of Spring Directly Load Safety Valve Sealing Properties趙玉坤 ZHAO Yu-kun ; 劉憲東 LIU Xian-dong(哈電集團(tuán)哈爾濱電站閥門有限公司, 哈爾濱 150080(Harbin Electric Corporation Harbin Power Station Valve Co. , Ltd. , Harbin 150080, China 摘要 :本文對(duì)彈簧直接作用式安全閥的密封特性進(jìn)行了研究, 通過對(duì)彈簧直接作用式安全閥實(shí)現(xiàn)

11、密封的工作原理及各個(gè)密封件的密封力的分析, 找到了影響彈簧直接作用式安全閥密封性的關(guān)鍵因素, 提出了改善彈簧直接作用式安全閥密封性的方案 。Abstract:The paper studies the spring direct acting safety valve sealing properties. Based on analyzing the working principle of spring direct acting safety valve and the seal force, it finds out the key factors influencing the sp

12、ring direct acting safety valve sealing, and puts forward the improved spring direct acting safety valve sealing solutions.關(guān)鍵詞 :彈簧直接作用式安全閥; 密封特性; 前泄 Abstract:spring direct acting safety valve ; sealing characteristics ; start-to-discharge 中圖分類號(hào) :U261.154文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 文章編號(hào) :1006-4311(2013 23-0054-022.2軟件設(shè)

13、計(jì) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括 C51單片機(jī) 程序和 DSP 程序兩部分 。 C51單片機(jī)程序主要包括上電初 始化 、 與 DSP 通信 、 按鍵輸入和報(bào)警程序等; DSP 程序主 要包括上電初始化 、 儀器自檢 、 數(shù)據(jù)采集 、 數(shù)據(jù)分析處理 、 與單片機(jī)通信 、 與 PC 機(jī)通信等功能模塊 。 在此, 本文主要 介紹數(shù)據(jù)分析處理的程序模塊 。在對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析處理時(shí), 我們用到的是共振解 調(diào)的原理 。 在進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)的各步驟中, 關(guān)鍵在于帶通濾 波 。 能否將包含有故障信息的固有振動(dòng)分離出來, 帶通濾 波器的設(shè)計(jì)極為重要 。 由于小波變換具有帶通濾波的特 性, 通過選擇合適的小波和分解層次,

14、 可以得到原始信號(hào) 在不同頻率段的振動(dòng)特性, 其信息是完整的, 再?gòu)闹姓页?需要的頻率段進(jìn)行信號(hào)重構(gòu), 在不降低信號(hào)時(shí)域分辨率的 同時(shí)達(dá)到濾波目的 。 本文采用小波分解與重構(gòu)來實(shí)現(xiàn)濾 波, 并采用 MALLAT 算法來進(jìn)行小波分解和重構(gòu) 。圖 4和圖 5是在 CCS2.2軟件環(huán)境下得到的所采集信 號(hào)在進(jìn)行變換前后的波形圖 。3結(jié)束語(yǔ)本文介紹的基于小波變換與 DSP 技術(shù)的軸承故障診 斷系統(tǒng), 功能強(qiáng) 、 可靠性好 。參考文獻(xiàn) :1TexasInstruments. TMS320C54X User's Guide, 2010.2周霖 .DSP 算法設(shè)計(jì)與系統(tǒng)方案 M.北京:國(guó)防工業(yè)出版 社, 2004.7.3程正興, 楊守志, 馮曉霞 . 小波分析的理論 、 算法 、 進(jìn)展和應(yīng) 用 M.北京:國(guó)防工業(yè)出版社, 2007.7.