旋转设备振动在线监测系统

一种旋转机械振动检测系统的硬件设计作者：施阳阳等来源：《电子世界》2013年第11期【摘要】为了对旋转机械振动的进行实时在线监测，避免事故的发生，本文设计了用于监测旋转机械振动系统的硬件部分；系统以单片机作为核心CPU；系统具有参数测量、数据处理，并且能将数据传输到PC机的功能。

人们就能根据测试的数据可对机械设备做出客观的评价，为企业的生产管理提供依据。

【关键词】在线监测；振动测试；数据采集；系统设计旋转机械的振动信号反映了设备的运行状况。

机械在运动时，由于转子的不平衡、负载的不均匀、轴裂纹、轴弯曲、支撑条件不良等因素，总是伴随着各种振动。

机械振动在绝大多数情况下是有害的，振动往往会缩短机械的使用寿命，降低机器的性能并破坏其正常工作，甚至导致事故的发生给人类带来巨大的损失。

机械振动同时伴随着噪声，危害健康，破坏环境。

现代企业除了对各种机械设备有低振动和低噪音外，还需随时对机器的运行状况进行监测、分析和诊断，以便对工作环境的控制。

为了提高机械结构的抗震性能，必须进行机械结构的振动分析和设计。

这些都需要振动测试。

本文以此为基础设计了一种专用的振动信号检测系统，具有体积小、精度高、功耗低等优点。

1.系统检测原理如图1所示，当机器工作时所产生的振动信号通过传感器、积分放大电路、信号滤波、A/D采集后进入PC机，对采样信号作FFT变换，从而画出频谱图，通过观察振幅最大处的频率就可以观察振动物体运行情况。

此系统硬件包括数据采集模块、A/D转换模块、信号调理及通信模块、电源电路、复位电路。

电涡流传感器输出的信号一般在4-20mA左右，经过信号调理放大电路后，输出到A/D转换电路，由A/D完成模拟信号到数字信号的转换，再由A/D将转换后的信号输入到C8051F000单片机，由此单片机和PC通信，实现数据的采集。

2.系统硬件设计系统硬件主要包括前端信号高频滤波、低频积分放大电路和A/D数据采集。

在本系统中，高频滤波和低频积分在一个电路板上实现，A/D转换器完成信号模拟量到数字量的转变。

淮安嘉可自动化仪表有限公司无线振动监测系统简介一、概述无线振动监测系统使用简单方便，稳定可靠，极大地节约了旋转设备振动监测中由于反复布设有线数据采集设备而消耗的人力和物力，广泛应用于工业现场振动加速度、速度数据采集和工业旋转设备振动在线监测。

无线振动监测系统由振动传感器、无线振动变送器、无线接收模块、数据转换器、数据服务器等等组成，无线振动变送器采集器振动传感器（加速度传感器或振动速度传感器）信号，采集后的数据经过无线变送器处理通过WIFI网络传输到下一级数据采集/处理装置，下一级数据采集或处理方式，有两种模式可选，根据不同工业现场或不同使用要求，可选任一种或者两种同时采用：其一、无线接收模块接收无线变送器的信号，然后经过数据转换器，转换成数据采集装置（DCS/PLC等）可以接收的标准电流4-20mA信号，供后续系统使用。

其二、无线接收模块接收无线变送器的信号，直接保存在服务器中，服务器连接网络，现场工程师可通过手机、电脑等便携或更直接的人机界面访问旋转设备的振动数据。

具体现场连接示意图（实际现场连接情况，视具体工业现场需求可做改动），如下：淮安嘉可自动化仪表有限公司二、功能与特点1、无线振动变送器（1）无线振动变送器采集通用振动传感器信号，并将振动数据转换传给无线接收模块。

（2）供电电压：8-24V或电池供电（3）可接入加速度传感器，速度传感器，或者一体化传感器，在订货前确认；（4）每个无线振动变送器最多可以接两个振动传感器；（5）数据上传间隔可设置；（6）量程可配置；（7）工作温度：-40℃ (85)（8）传输方式：WIFI协议，也可根据实际情况选配；2、数据转换器淮安嘉可自动化仪表有限公司数据转换器通过无线模块接收现场传输的数据，把接收的数据转换成电流信号，接入到DCS系统。

⚫将数据转换成4-20mA信号；⚫每个转换器可输出4通道4-20mA信号（即可采集四个振动测点的信号），如现场采集点数多于四个点多个数据转换器通过RS485级联；⚫供电电压：+24V(+/-10%)。

振动监测及故障诊断系统(TDM)MMS6851旋转机械振动监测和故障诊断系统是徳国epro公司生产的MMS6000汽轮机监测保护系统的配套产品。

系统功能：∙实时在线数据采集∙振动信号分析∙机组运行状态识别∙报警、危险识别和事故追忆∙数据管理∙振动特征分析∙报表、图形打印输出∙转子平衡重量计算∙故障诊断功能∙系统上局域网∙远程通讯功能它广泛适用于电力、石化、煤矿和冶金等行业的大中型旋转机械，如：汽轮发电机组、水轮机、电动机、压缩机、泵和风机等。

系统可及时捕获振动故障信息，早期预告振动故障的存在和发展，大大地减少查找和处理振动故障的时间和为此而做的起/停机次数，有助于避免灾难性事故发生，具有显著的经济效益和社会效益。

系统采用Windows 2000作为操作平台。

数据管理采用ODBC开放式网络数据库结构，确保数据的快速存储和多用户的同时访问。

系统具有较完整的定制功能，如定制轴系图、修改测量参数（如采集频率、存盘频率、变转速间隔、模拟量标定）等。

系统具备网络扩展功能，可上电厂的MIS和SIS网，还可以进行远程通讯。

系统组成：通常情况下，MMS6851系统按上、下位机方式配置。

下位机MMS6851/10进行数据采集、存储、网络通讯；上位机MMS6851/20进行数据实时显示、数据分析、故障诊断、远程通讯。

一般情况下MMS6851/10放置在MMS6000 的机柜里，MMS6851/20放置在工程师站。

下位机通过RS-485通讯口与MMS6000汽轮机监测保护系统的RS485总线连接，获取MMS6000系统各测量模块的实时数据。

由于数据直接取自测量模块，无需中间处理，因而具有其它采样方式无可比拟的精度。

通过网卡、多口交换机与MIS和SIS连网。

上位机通过与下位机进行网络通讯而获得实时数据和各种历史数据，通过监视器和打印机实现图形、报表和故障诊断结果的显示和打印输出。

MTS8000振动监测和故障诊断系统简介旋转机械是工业应用最广泛的机械，是众多行业的关键设备，这些设备一旦发生故障，将造成巨大的经济损失。

这就要求我们必须对这些设备进行状态监测和故障诊断。

目前国内外对于旋转机械的状态监测系统有以下两种：在线状态监测系统和离线状态监测系统。

仪表监测的主要目的是对机械的运转状态给予准确的判断并做出相应的处理，然而由于仪表与操作员之间的交互能力以及大容量数据分析的能力相对于计算机的差别，使得状态监测系统的应用尤为重要。

大型旋转机械应用在工业现场的许多领域，如：火电厂、水电站、大型泵站、风力发电机组、冶金、石化等。

这些设备一般都是该行业的关键设备，一旦发生故障不仅给企业带来巨大的经济损失，甚至威胁人身安全，生产也将会被迫中断。

因此提升这些设备的信息化管理水平，对企业来说势在必行。

据了解，针对工业企业旋转设备管理所面临的问题，目前主要有北京长城华瑞科技有限公司推出的MTS8000在线状态监测与故障诊断系统。

MTS8000系统是一种高速、全自动、设备无关性的机组运行状态在线监测系统，是长城华瑞最新研发生产的一种集原始信号处理与过程量数据处理于一体的在线状态监测与故障诊断系统。

主要应用于电力、石化、冶金等工业领域中的大型旋转机械设备，适用于水轮发电机组、汽轮发电机组、风力发电机组、大型泵站、电机、水泵、齿轮箱和滚动轴承等机械的在线振动监测分析和故障诊断。

据介绍，MTS8000系统可自动连续地采集与设备安全有关的主要状态参数，并自动形成各种数据库；能够自动识别设备的运行状态，预测和诊断设备的故障；能够实时采集、存储和分析机组运行的状态信息，直观地反映出机组运行的临界状态和平衡状态。

用户通过本系统可以预先诊断机组的运行情况，对机组在运行过程中产生的不正常现象（如：转子不平衡、不对中、轴承损坏、机架松动、轴弯曲以及轴裂等）可以较早的发现，尽早提示用户有针对的检修，从而减少损失。

MTS8000系统具有多种输入输出接口，可以与其他振动监测仪表厂家的设备连接，其接口兼容性较好。

旋转设备在线监测分析与故障判断作者：邓华伟单位：攀工西分维检五部摘要：旋转设备故障的产生，其最显著的特点是设备各组成部分或零部件之间配合间隙的破坏，而配合间隙的破坏主要是由于配合表面不断受到摩擦、冲击、高温和腐蚀等作用而产生磨损的结果，这样就使受力部位的零部件形状、尺寸、金属表面层（化学成分、机械性能、金相组织）发生了改变，从而降低了精度和应有的功能。

一、概况各种旋转设备运转过程中各零部件磨损并非相同，随其工作条件而异，但磨损的发展是有其规律的，如果能够对设备受到的这种磨损失效规律进行掌握，设备各零部件的相对运动趋势将反应出振动、温度、声音的连锁效应，使我们提前知晓设备各项功能发生改变的趋势与结果。

攀钢做为国内大型钢铁企业，拥有多种大、中、小型旋转设备，其较多旋转设备占据着生产中的核心地位。

二、旋转设备磨损规律分析及判断1、旋转设备磨损规律分析旋转设备在试运转后，即为正常工作的开始，正常工作终了时，即进入事故磨损时期，正常工作期间如果受到突发的、过早的、迅速增长的磨损将会很快进入事故磨损时期，加速设备损坏，势必会发热、振动、异响。

如图1-1所示旋转设备磨损的典型曲线。

这条曲线具有三个明显的阶段，分别表示不同的工作时期。

O1A段为初期磨损时期，即新组合部位的试运转磨合过程，表示组合部位在工作初期具有较大的磨损，部件最初的水平度受到了破坏，在油膜或其它作用下将形成新的结合面，曲线趋近A点时磨损速度逐渐趋近平稳。

AB段为正常的磨损阶段（或叫正常运转周期），组合部位磨损成曲线均匀上升，当部件工作时间超过t2时，磨损量将会逐渐加大。

经过B点后，磨损量重新开始急剧增长，BC段为事故磨损阶段，由于间隙过大，润滑油膜被破坏，磨损强烈，这时如果继续工作可能发生设备意外的故障。

2、测振分析（1）振动位移（振幅）分析测振仪起到对在线旋转设备监测数据的采集，通过对采集部位数据进行技术性分析，是初步判断设备故障造成原因的一种方法。

利用OneproD设备构建在线振动监测系统王延明【摘要】There are a lot of large rotating machines in the energy system of steelmak-ers, including air compressor, air blaster, pressurizing machine and air separator, which exert difficulties for realtime effective monitoring due to scattered layout. To better monitor, diag-nose and analyze the operation state of these machines, an online vibration detection diagno-sis and analysis system was established.%钢铁企业能源系统大型旋转机械较多，包括空压机、鼓风机、加压机、空分等。

这些设备对生产较重要，但是其分布较为分散，导致进行实时有效的监控诊断分析较为困难。

为了更好的监测诊断分析这些设备的运行状况，特此构建在线振动监测诊断分析系统用于大型旋转机械在线状态诊断分析。

【期刊名称】《冶金动力》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】4页(P57-59,63)【关键词】在线振动;监测;赫斯曼【作者】王延明【作者单位】首钢京唐钢铁联合有限责任公司能源与环境部，河北唐山 063000【正文语种】中文【中图分类】TP3111 引言我们根据京唐钢铁公司能源部的设备情况，利用OneproD系统搭建一套在线振动监测系统用于大型旋转机械振动及过程参数的在线监测。

本系统是以新一代OneproDXPR网路化设备状态监测及故障诊断系统为主体，即法国01db网络化XPR设备状态监测及故障诊断软件/Oracle数据库软件和数据采集系统组成。

TDM系统TDM系统即：TDM（TURBINE DIGNOSIS MANAGMENT）旋转机械诊断监测管理系统。

在电厂中一般是指汽轮发电机组振动在线状态监测和分析系统一、什么是TDMTSI可以对机组的运行起到基本的监测和安全保护作用，但TSI缺少对机组振动数据的深入挖掘，TDM的主要作用在于对机组运行过程中的数据进行深入分析，获取包括转速、振动波形，频谱、倍频的幅值和相位等故障特征数据，从而为专业的故障诊断人员提供数据及专业的图谱工具，协助机组诊断维护专家深入分析机组运行状态。

二、TDM要接受哪些信号？轴振动：3500系统轴振动的缓冲信号由3500/20模块的后背板的2个25针插头引入智能高速数采箱。

键相：3500的键相信号由25模块后面的缓冲输出引入智能高速数采箱。

偏心、轴位移、胀差、主汽温度、主汽压力、有功功率、无功功率、润滑油压通过4-20MA信号引入。

三、系统主要功能1 实时监测: 以监视图、轴系仿真运动图、棒表、数据表格、曲线等方式实时动态显示所监测的数据和状态;能够自动识别盘车、升降速、定速、带负荷和正常运行等状态。

2 趋势分析: 可分析任一个或多个参量相对某个参量的变化趋势，其中横轴和纵轴可任意选定,时间段可任意设定。

3报警、危急状态的识别和事故追忆（包括动态数据），设有事件数据库，可追忆事故前5分种和事故后10分钟的详细数据。

4 振动分析: 具有强大的振动分析功能,包括;1) 时域分析:波形、幅值、轴心轨迹、轴心位置;相关趋势分析(振动特性值与过程量之间的关系曲线);轴系仿真图(形象直观显示各轴承之间的动态轨迹);2) 频域分析:频谱、相位、瀑布图(包含波形和相位); 频谱靶图、矢量靶图;3) 变速过程;伯德图、极座标图、级联图。

5故障诊断可诊断的故障有不平衡、初始弯曲、对中度不好、轴瓦不稳定、油膜振荡、汽流激振、电磁激振、参数激振、摩擦、轴承座松动、共振和高次谐波共振；系统要有故障诊断知识库，允许用户添加、修改各种规则。