电厂汽轮机组振动监测系统的研究
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电厂汽轮机组振动监测系统的研究
孙宏贵庞兵吕海林
（哈尔滨理工大学，黑龙江哈尔滨150001
）引言
汽轮发电机组是企业生产的核心设备。
因此一旦出现故障，将会造成
巨大的经济损失。
用于汽轮机状态监测的手段很多,但实践证明,振动信号监测是一种易于实现而又可靠的办法。
1系统总体设计思想
系统结构如图1所示。
以TI 2000系列的LF2407A 处理器作为监测系统控制核心,辅以相应的外围接口电路,如电源、存储器接口、液晶显示、
键盘等。
监测系统可以实现振动数据的采集、频谱分析、时域波形显示和
数据存储，还可与上位机通讯，对数据进一步处理，为汽轮机组的状态检
修提供信息。
2系统硬件组成
2.1振动传感器的选择振动传感器选择电涡流传感器，能静态和动态非接触、高线性度、高分辨率地测量被测金属导体距探头表面的距离。
通过计算同一轴截面上两个互成直角方向的间隙电压的变化值来实现轴心位置的测量，该数值表示了轴心在轴承中的位置。
2.2振动信号调理电路设计在本系统中主要研究的对象是振动信号，因此要将传感器输出信号进行调理，使调理后的振动信号满足外部AD 的输入要求，将其转化为LF2407A 可处理的数字信号，同时将提取的间隙电压信号通过LF2407A 内部自有的AD 对其进行模数转换。
2.3AD 转换器接口电路设计数据采集是本系统硬件中的核心功能，这部分电路的技术指标的好坏影响所有参数的测量准确度。
2407A 片内集成了采样保持电路和模拟多路转换器的双十位AD 转换。
2.4通信接口电路设计系统设计了RS-485通讯接口电路，RS-485采用差分传输平衡方式，保证了485总线具有屏蔽电气噪声的功能，不仅传输速度快，而且传输距离远。
2.5液晶显示电路设计系统选用液晶显示模块T6963C 液晶显示驱动控制器。
该模块为240×128点阵两极灰度的液晶显示，供电电压为2.7V~5.5V ，用
3.3V 供电，其数据电平可以和LF2407A 完全匹配。
另外采用TPS76833来完成+5V 到+3.3V 的电平转换，M 93C66是SPI 同步串行接口的EEPROM ，DC-DC 采用的是稳压正负双输出2W 的WRA0515。
3软件开发环境及系统总体设计思想系统软件设计采用标准C 语言和汇编语言混合编程的思路。
用C 语言开发出来的程序增加了可读性和可移植性,程序修改也极为方便。
由于FFT 算法对运行速度要求较高，同时为了节省时间，部分子程序用汇编语言编写。
软件设计与调试是在CCS 开发环境下进行的。
CCS 为TI 公司提供的Windows 下的DSP 集成开发环境。
它提供了环境配置、源文件编辑、程序调试、跟踪和分析等工具，为程序员开发和测试嵌入式系统起到了加速和增强的作用。
3.1初始化程序设计主要是初始化控制寄存器、初始化I/O 端口、初始化中断。
因为只要正确初始化了DSP ，它才能正常地工作在所需的模式，而且，在配置DSP 不同的寄存器时，必须按照一定的时序关系，使DSP 能正常地工作。
3.2中断程序设计对外设中断的处理采用复用方式，即所有外设均共用INT1~INT6这六个中断。
具体的中断源则由外设中断向量寄存器（PIVR ）来指示。
这样在公用的INT1~INT6中断服务程序中必须首先检查外设中断向量寄存器
（PIVR ），在确定了具体的外设中断源后才能转入相应的外设中断处理子
程序。
3.3通信接口模块设计
TM S320LF2407A 包括串行通信接口SCI 模块。
为了确保数据的完
整，SCI 对接收到的数据进行间断检测、奇偶性校验、超时和帧出错的检查。
通讯协议采用异步串行通讯方式，波特率为9600bit/s ，采用地址位多处理器模式。
3.4A/D 转换模块设计
为了减少频谱泄漏，对振动信号的采集应保证是整周期的，或者是周
期的整数倍。
AD 采样根据测得的前一个周期的周期值T0算出采样间隔T0/256，用定时器为采样间隔做定时，定时器溢出一次便触发一次ADC ，这样，在连续两个转速基准脉冲信号期间，将有256次定时器溢出事件，即进行了256次AD 采样，在每一次启动AD 后，AD 将完成一次四个通
道的振动信号采集，然后进入AD 中断服务程序。
3.5频谱分析的DSP 的实现
旋转机械的故障大多反映在转速为基频的倍频信号的幅值和相位上，特别是1倍频的信号尤为重要。
数据采集卡上对振动量数据的FFT 运
算就是为了得到1倍频的幅度值和相位值。
通过不同的跳转入口，使得该程序分别实现128点、256点、512点、1024点的FFT 运算。
一组数据经过FFT 运算后，得到的幅值谱和相位谱。
在幅值谱和相位谱数组中每两点之间代表的频率间隔为采样频除以采样长度，因此就判断哪一点是1倍频
的幅值和相位值。
3.6液晶显示的软件设计
系统硬件上电复位后，首先完成DSP 的初始化，然后根据用户系统的
需要对控制器的各项指令代码及其参数进行设置，以完成液晶模块的参数(如液晶的行数、列数、扫描频率及光标的位置等)以及显示方式等一系列过程的初始化。
在操作T6963C 控制的液晶显示模块时，必须首先写入SYSTEM SET (40H)指令。
如果该指令设置出现错误，则显示必定不正常。
3.7软件抗干扰设计
软件抗干扰不需增加硬件设备，可靠性高，功能多样、使用灵活，具有硬件抗干扰所不具备的优点，与硬件手段互补，相辅相成。
TM S320LF2407有丰富的指令集、较高的运行速度及软件看门狗(WD )和实时中断(RTI)模块，这些特点都为软件抗干扰提供了良好的条件。
4结论
系统采用DSP 芯片作为控制器，它利用DSP 对由传感器拾取的机组运行的振动信息进行实时分析和处理，给出机组实际状态的各种分析数据，从而实现机组的在线监测。
能够显示时域波形、频谱、振动幅值、相位,
分析速度和精度都能满足一般振动测试分析的需要。
系统体积小、功耗低,符合在现场便于携带的要求。
随着DSP 价格的逐步降低,采用DSP 为芯片的振动状态监测仪将会越来越广泛。
摘要：基于DSP 汽轮机轴振监测系统可以实现振动数据的采集、频谱分析、时域波形显示和数据存储。
还可与上位机通讯,对数据进一步处理,为汽轮机组的状态检修提供信息。
其系统体积小、功耗低,适合在现场使用。
关键词：汽轮机；轴振；DSP 频谱分析
图1系统结构框图61··。
