北京英華達(dá)水電系統(tǒng)在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案

北京英華達(dá)水電系統(tǒng)在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案振動(dòng)/擺度采集板負(fù)責(zé)對(duì)振動(dòng)/擺度信號(hào)（電渦流傳感器、速度傳感器）進(jìn)行采集。振動(dòng)/擺度信號(hào)可直接從前置器接入或從二次儀表（如申克VC4000）的緩沖端接入。振動(dòng)/擺度采集板內(nèi)包括信號(hào)預(yù)處理單元、低通跟蹤抗混頻濾波器及單片機(jī)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集為同起點(diǎn)整周期采樣方式，即在任意轉(zhuǎn)速下系統(tǒng)的采樣頻率均為轉(zhuǎn)頻的64倍頻，每組數(shù)據(jù)包括連續(xù)的16個(gè)波形，即1024點(diǎn)，完全滿足通常情況下振動(dòng)頻譜分析的要求，避免出現(xiàn)譜漏和旁瓣效應(yīng)。3.1.2轉(zhuǎn)速/鍵相板轉(zhuǎn)速/鍵相板是一塊智能轉(zhuǎn)速/鍵相信號(hào)處理板，它由單片機(jī)進(jìn)行智能控制，具有測(cè)速、整周期采樣控制、觸發(fā)低通跟蹤抗混頻濾波器等功能。轉(zhuǎn)速/鍵相板采用了新穎的閥值電平自動(dòng)跟蹤電路，從根本上克服了必須經(jīng)常調(diào)整閥值電平的麻煩。3.1.3緩變量采集板模擬量采集板負(fù)責(zé)采集多種緩變量信號(hào)（水頭、負(fù)荷、流量、抬機(jī)量、蝸殼差壓、位移、偏心、脹差、溫度等）。3.1.4低頻振動(dòng)補(bǔ)償器的配置水輪機(jī)組的轉(zhuǎn)速一般都比較低，其振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量需要考慮二次監(jiān)測(cè)系統(tǒng)低頻補(bǔ)償?shù)膯栴}。世界上率先采用低頻特性補(bǔ)償并在水輪機(jī)組上得到廣泛應(yīng)用的是德國(guó)申克公司的VC4000系統(tǒng)，短短幾年的時(shí)間已在中國(guó)水電行業(yè)的幾十臺(tái)水輪機(jī)組上得到良好應(yīng)用，具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。為解決水輪機(jī)組的低頻振動(dòng)測(cè)量問題，我們特地為EN8000系統(tǒng)研制了“低頻振動(dòng)補(bǔ)償器”。該補(bǔ)償器具有8/16路振動(dòng)信號(hào)輸入，相對(duì)于EN8000系統(tǒng)數(shù)采箱為外掛式，從振動(dòng)速度傳感器來的信號(hào)首先進(jìn)入該補(bǔ)償器進(jìn)行低頻特性二次補(bǔ)償處理，然后再進(jìn)入EN8000數(shù)采箱。申克振動(dòng)速度傳感器通過EN8000低頻特性補(bǔ)償器補(bǔ)償后，其頻響測(cè)量下限可達(dá)0.5Hz,在目前國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品中頻響最低。低頻特性補(bǔ)償器每臺(tái)機(jī)組配一臺(tái)（8路），置于EN8000系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機(jī)柜內(nèi)。該低頻特性補(bǔ)償器除了具有低頻補(bǔ)償?shù)墓δ芡?，還有如下功能：給渦流傳感器提供-24VDC供電電源，共有8路；信號(hào)的隔離和輸入輸出端子；3.1.5工程師站的配置工程師站配一臺(tái)研華工業(yè)控制機(jī)（上位機(jī)）、一臺(tái)CRT和一臺(tái)CANON彩色打印機(jī)。具體規(guī)格型號(hào)如下：主機(jī)：研華P42.0G,256M內(nèi)存，60G硬盤，內(nèi)置光驅(qū)、MODEM,100/10M以太網(wǎng)卡；CRT：PHILIPS17〃；打印機(jī)：CANONA4彩色噴墨打印機(jī)；3.1.6通訊網(wǎng)絡(luò)配置EN8000系統(tǒng)采用Windows2000或NT網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，使用TCP/IP協(xié)議。EN8000系統(tǒng)的接口板是一塊10/100M的自適應(yīng)網(wǎng)卡，各數(shù)采箱及上位機(jī)通過該網(wǎng)卡及集線器（HUB）組成局域網(wǎng)。上位機(jī)和EN8000的數(shù)采箱之間采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊方式，其優(yōu)點(diǎn)是在該方式下各個(gè)EN8000的數(shù)采箱可以脫離網(wǎng)絡(luò)而獨(dú)立工作，因此當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題時(shí)不會(huì)影響數(shù)據(jù)的采集，提高可靠性。為有利于分析和診斷機(jī)組故障，本系統(tǒng)需要引入機(jī)組的其他相關(guān)參數(shù)，這些信號(hào)可與電廠已有的監(jiān)控系統(tǒng)通訊取得。本系統(tǒng)既可由EN8000的數(shù)采箱與對(duì)應(yīng)機(jī)組的監(jiān)控系統(tǒng)直接進(jìn)行通訊，也可由上位機(jī)與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊。通訊方式靈活，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇。EN8000系統(tǒng)是由操作系統(tǒng)軟件、編程軟件和一系列的應(yīng)用軟件組成的，系統(tǒng)功能主要有：ugongIMl斟Jj4.166A7inufi有：ugongIMl斟Jj4.166A7inufi；21Uh吐|4Uii-wii*軸?iMUrtir3.2操作系統(tǒng)軟件采用中文Windows2000操作系統(tǒng)，具有豐富的實(shí)時(shí)多任務(wù)、中斷處理、虛擬存儲(chǔ)、文件管理和網(wǎng)絡(luò)管理等功能，主要軟件在Delphi6.0編程環(huán)境下開發(fā)，具有強(qiáng)大的圖形顯示、數(shù)據(jù)庫(kù)管理和網(wǎng)絡(luò)通訊等編程功能。3.2.1系統(tǒng)配置軟件通過人機(jī)界面，完成在線測(cè)點(diǎn)的定義，標(biāo)定和增刪，包括采樣參數(shù)、振動(dòng)信號(hào)、緩變量信號(hào)、開關(guān)信號(hào)和軸心軌跡設(shè)置等。其測(cè)點(diǎn)數(shù)留有系統(tǒng)擴(kuò)展的需要。還可進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)則的設(shè)置，包括歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的密度和時(shí)效壓縮比例，以及各種事件（事故）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的觸發(fā)條件及存儲(chǔ)時(shí)間范圍（例如：事件發(fā)生前后5分鐘）。由于系統(tǒng)配置的重要性，采用密碼進(jìn)入的方式?？趨[綁郁絆1咖：躬I口匸綁郁絆1咖：躬I州可聃吐丸斤號(hào)左整昂憂"■毆（.nivfu/ul?程咗*力朋堆IF^sti4=a上曲M」0—][I耳訥nr|鵬_1BW4oa■"]3.2.2數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和監(jiān)測(cè)軟件數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，實(shí)時(shí)顯示所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，包括結(jié)構(gòu)示意圖、棒表、數(shù)據(jù)表格和曲線趨勢(shì)等。系統(tǒng)提供豐富的顯示構(gòu)件，實(shí)時(shí)顯示畫面可在線組態(tài)。根據(jù)幅值和變化率等設(shè)置判定機(jī)組的狀態(tài)，顯示、記錄和統(tǒng)計(jì)報(bào)警事件等。

根據(jù)采集的數(shù)據(jù)和與其它系統(tǒng)通訊得到的數(shù)據(jù)，在本地硬盤和狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器上存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、事件（事故）數(shù)據(jù)和特征數(shù)據(jù)等。狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器主要完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，不運(yùn)行分析診斷軟件，確保數(shù)據(jù)的安全和完整。3.2.3信號(hào)分析軟件①對(duì)采集的振動(dòng)擺度信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析，包括波形、頻譜、軸心軌跡、軸心位置、級(jí)聯(lián)圖、瀑布圖、波德圖、極坐標(biāo)圖、軸系仿真和趨勢(shì)分析等，其趨勢(shì)分析的橫軸和縱軸可任意選定，能夠反映任意兩種以上信號(hào)之間的相互關(guān)系，并具有針對(duì)水電機(jī)組特點(diǎn)的通頻幅值、轉(zhuǎn)頻幅值、極頻振幅，低于轉(zhuǎn)頻的幅值和高于轉(zhuǎn)頻的幅值以及振動(dòng)擺度隨轉(zhuǎn)速、電壓和導(dǎo)葉開度（負(fù)荷）的變化等分析功能。②對(duì)采集的壓力脈動(dòng)和氣蝕信號(hào)進(jìn)行分析，包括噪聲和壓力脈動(dòng)的時(shí)域、頻域和趨勢(shì)分析,

機(jī)組空化系數(shù)與水頭、效率的關(guān)系曲線，壓力脈動(dòng)與導(dǎo)葉開度、氣蝕噪音的關(guān)系曲線等。3.2.4故障診斷專家系統(tǒng)軟件故障診斷的本質(zhì)是要判斷故障和征兆之間的因果關(guān)系。研究故障和征兆之間的因果關(guān)系可以從故障機(jī)理和故障診斷兩個(gè)方向進(jìn)行。故障機(jī)理研究是從故障原因出發(fā)，去分析故障的特征，是從因到果的正問題求解過程，而故障診斷是從征兆出發(fā)，去分析故障發(fā)生的原因，是從果到因的反問題求解過程，兩者有著本質(zhì)的區(qū)別，是不能混為一談的。EN8000故障診斷專家系統(tǒng)（也稱為工程師輔助系統(tǒng)EA）是從故障診斷的本質(zhì)出發(fā)，根據(jù)故障診斷問題的特點(diǎn)和要求，在Windows環(huán)境下開發(fā)的，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如下圖所示。

①專家診斷功能采用基于規(guī)則、模型、案例和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的推理模式，運(yùn)用正反向混合推理策略，根據(jù)自動(dòng)獲取的故障征兆，采用在線診斷和離線診斷兩種方式，對(duì)水電機(jī)組故障進(jìn)行自動(dòng)診斷。在線自動(dòng)診斷采用系統(tǒng)定時(shí)巡檢啟動(dòng)和人工啟動(dòng)兩種方式，發(fā)現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)存儲(chǔ)診斷結(jié)果并報(bào)警。同時(shí)，系統(tǒng)還具有對(duì)話診斷、診斷結(jié)果的解釋、故障處理建議、打印診斷報(bào)告和事故追憶等功能。診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性已多次得到實(shí)踐的證明。況協(xié)IAH?|W/b粧兆jwa況協(xié)IAH?|W/b粧兆jwa關(guān)血sw叼祚w屈毬箱出曲段怔北的町無屋嚴(yán)1案例具有生動(dòng)、形象的特點(diǎn)，診斷結(jié)果易于理解和接受，但容易將表面相似現(xiàn)象看做本質(zhì)相似，導(dǎo)致誤診?；谝?guī)則的診斷推理能對(duì)一類故障迅速作出判斷，能對(duì)診斷結(jié)果進(jìn)行解釋，但對(duì)規(guī)則以外的情況無能為力。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷推理通過對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的競(jìng)爭(zhēng)達(dá)到問題的求解，從本質(zhì)上模擬專家的直覺，具有自學(xué)習(xí)能力，但難以對(duì)診斷結(jié)果作出合理的解釋。基于模型的診斷推理能夠?qū)⑸钪R(shí)和淺知識(shí)結(jié)合起來，能夠診斷系統(tǒng)中從未發(fā)生過的故障?；旌贤评淼膬?yōu)點(diǎn)是能揚(yáng)長(zhǎng)避短，最大限度地得到診斷結(jié)果。②知識(shí)庫(kù)管理功能建立適用于水電機(jī)組的開放的知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)，包括反映設(shè)備結(jié)構(gòu)和運(yùn)行歷史的背景知識(shí)庫(kù)以及反映領(lǐng)域?qū)＜邑S富的診斷經(jīng)驗(yàn)的診斷知識(shí)庫(kù)。目前每種類型機(jī)組有100多條診斷規(guī)則，可以診斷質(zhì)量不平衡、不對(duì)中、電磁力不平衡、定子松動(dòng)、汽蝕引起振動(dòng)和尾水管內(nèi)偏心渦帶引起的振動(dòng)、卡門渦和自激振動(dòng)等故障。在系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，根據(jù)診斷對(duì)象的特點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)積累，通過知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)可以增加、修改、存儲(chǔ)、刪除有關(guān)的故障、特征和診斷規(guī)則，同時(shí)，還提供典型故障圖譜，有關(guān)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程和檢修方法，常見故障機(jī)理和特征，信號(hào)分析和故障診斷技術(shù)及國(guó)內(nèi)外水電機(jī)組故障案例等。3.2.5動(dòng)平衡軟件具有針對(duì)水輪發(fā)電機(jī)的三點(diǎn)定位定量法以及影響系數(shù)和諧分量法動(dòng)平衡等。3.2.6網(wǎng)絡(luò)通訊軟件EN8000系統(tǒng)具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能.Windows2000是基于NT的操作系統(tǒng)，根據(jù)TCP/IP協(xié)議，采用WinSock編程，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送。3.2.7數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件

EN8000系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)是相互獨(dú)立的，能對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的類型、容量進(jìn)行管理，能自動(dòng)生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)和黑匣子數(shù)據(jù)庫(kù)等，并能滿足系統(tǒng)擴(kuò)充的需要3.2.8人機(jī)接口軟件jd爭(zhēng)型|

年jd爭(zhēng)型|

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!N:陽(yáng)’祗兆Sffi/劃巨慟搐希巧噴曆吊曲nia訓(xùn)i較去更龍優(yōu)立基聲T子Tiw君飯Klkflt連僵iiN行電器幅箱倍隔!1廷￡拎持打荷祗兆Sffi/劃巨慟搐希巧噴曆吊曲nia訓(xùn)i較去更龍優(yōu)立基聲T子Tiw君飯Klkflt連僵iiN行電器幅箱倍隔!1廷￡拎持打荷--骷時(shí)旳旳亞于増閔世gjAH衍|攻則肝閱篥障1證31〉證洗秩怎覘川齢可信虞.51—鞏刖心要可占度廠邑加|利用Delphi6.0豐富的軟件資源，EN8000系統(tǒng)具有多窗口快速顯示、連續(xù)光標(biāo)移動(dòng)、畫面放縮和移動(dòng)功能，具有畫面打印、報(bào)表生成和打印功能。曜放縮和移動(dòng)功能，具有畫面打印、報(bào)表生成和打印功能。曜■?⑶QWHWIMm和卩祈?屮W厲氓I耳時(shí)弼A■?■便j■口BfTIEb卜鼻3.3壽命預(yù)測(cè)由于軋機(jī)機(jī)械設(shè)備的故障發(fā)展大多數(shù)是漸進(jìn)性的，有疲勞和磨損的特征，隨著使用時(shí)間的加長(zhǎng)而逐步喪失其功能，并且使用期限的長(zhǎng)短與設(shè)備運(yùn)行工況有密切的關(guān)系，因此進(jìn)行壽命分析和預(yù)測(cè)是必要的。根據(jù)有關(guān)公式和表格可以計(jì)算軸承、齒輪和轉(zhuǎn)子的額定壽命，并根據(jù)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行歷史和當(dāng)前工況，預(yù)測(cè)設(shè)備的剩余壽命。4.EN8000系統(tǒng)主要特點(diǎn)⑴數(shù)采箱采用模塊化結(jié)構(gòu)，安裝、維護(hù)、更換方便，可靠性好。⑵采用工業(yè)組態(tài)方式，能夠在線編輯所要監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)以及表現(xiàn)形式。⑶具有適用于齒輪和滾動(dòng)軸承的濾波分析、倒頻譜分析、包絡(luò)分析、細(xì)化譜分析和小波變換等振動(dòng)分析方法。⑷故障診斷專家系統(tǒng)具有征兆獲取、自動(dòng)診斷、對(duì)話診斷以及診斷結(jié)果的存儲(chǔ)等功能。⑸采用中文Windows操作系統(tǒng)，用戶界面十分友好，操作使用極其方便。5.EN8000系統(tǒng)安裝描述EN8000水力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析故障診斷系統(tǒng)由智能高速數(shù)據(jù)采集箱、工程師站及振動(dòng)分析故障診斷軟件等組成。上位機(jī)作為工程師站，用于系統(tǒng)的振動(dòng)分析和故障診斷。上、下位機(jī)之間采用通訊的方式相連。智能高速數(shù)據(jù)采集箱采用模塊化總線結(jié)構(gòu)，2#、3#、4#機(jī)組共用一套智能高速數(shù)據(jù)采集箱，5#、6#機(jī)組共用一套智能高速數(shù)據(jù)采集箱，兩個(gè)采集箱安裝在一個(gè)工業(yè)機(jī)柜內(nèi)，機(jī)柜尺寸為2200X800X600，機(jī)柜顏色為計(jì)算機(jī)灰（國(guó)標(biāo)）。為便于維護(hù)和調(diào)試，兩個(gè)高速數(shù)據(jù)采集箱配置一臺(tái)15〃液晶顯示器和鍵盤。5臺(tái)機(jī)組共用一個(gè)工程師站（含打印機(jī)），該工程師站可以安放在主控制室的工程師室或其它地方。由P42G工業(yè)控制機(jī)、17寸CRT、A4彩色激光打印機(jī)和軟件組成。本工程原有振動(dòng)信號(hào)均通過VC4000其后背板緩沖輸出引入到EN8000采集箱，系統(tǒng)每臺(tái)機(jī)組新增的轉(zhuǎn)速/鍵相信號(hào)點(diǎn)可以直接