CN102893136A - 用于传动的健康监测方法和系统 - Google Patents

Abstract

在用于电气和机械传动的状态监测的方法中，从至少一个电气动传动采集电气传动的状态监测系统中的测量数据，预处理所述测量数据，采用快速傅立叶变换从所述预处理的测量数据产生频谱，从所述频谱记录检测到的振动频率和振动振幅，将所述检测到的振动频率和装置振幅与至少一个检测到的在时间上连续的振动频率和振动振幅进行比较，在该比较中，对振动频率和振动振幅上的有害变化进行界定，以及对有害变化进行指示。

Description

用于传动的健康监测方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于监测电气和机械传动的状态的方法和系统。

背景技术

由于纸张和纸板的生产设备、仪器仪表和控制系统的复杂性增加，以及停机时间变得更短，因此对状态监测系统的需求增加了。

智能诊断包括预防状态监测和智能监测。预防状态监测是基于预测，即，对未来事件的预期，以及诊断，即，对机器的状态的推断。智能监测设法尽可能高效和适应性地向操作者传达预防性的状态监测信息。

纸张和纸板制造机的很多旋转运动是由电机传动的。轧辊系统包括电机、齿轮、电力传输轴、开关和线路。由于旋转运动，在造纸机中有大量的振动。某些振动发生在加工的正常状态下，即它们是正常加工操作的一部分。然而，故障可能会引起正常状态下的频率和振幅变化以及新频率的发生。

电力传输轴的柔韧性产生扭转振动。因为机械的磨损、惯性质量的变化或者电气传动的调整的变化，所以有害的扭转振动的发生可能是漫长的过程。所使用的运行速度也可以与原始调谐和稳定中使用的运行速度不同，在这种情况下，该运行速度可以加剧电力传输轴的扭转振动。在这种情况下，扭转振动对机械以及纸张和纸板生产过程可能是有害的。

现有的离线解决方案是手动执行的，并且它不能对振动进行连续监测。在这种情况下，当系统变化以及振动开始时，它不能被足够早地发现并且将发生机械损坏。

市场上测量恒定振动的设备，主要用于发现轴承的损坏等。扭转振动的监测需要单独的传感器、连接装置、程序以及结果的解释。

对电气传动的所有电力传输系统安装单独的的振动测量设备的安装是非常费力和昂贵的。

发明内容

本发明的目的是建立一种用于监测电气和机械传动的状态的方法和系统。

为了实现这一点，本发明的特征在于，如权利要求1和6的特征部分中限定的特征。本发明的一些其它优选的实施方式具有从属权利要求中限定的特征。

在用于控制电气和机械传动的状态的方法中，从至少一个电气传动采集电气传动的状态监测系统中的测量数据。预处理该测量数据，通过变换快速傅立叶变换从该预处理的测量数据生成频谱，并且从频谱记录检测到的振动频率和振幅。将检测到的振动频率和振幅与至少一个检测到的在时间上连续的振动频率和振幅进行比较。在比较中，对振动频率和振幅上的有害变化进行界定，以及对有害变化进行指示。

用于电气和机械传动的状态监测系统包括从至少一个电气传动采集测量数据的装置，预处理测量数据的装置，采用快速傅里叶变换从预处理过的测量数据形成频谱的装置，保存从频谱检测出的振动频率和振动振幅的装置，将检测到的振动频率和振幅与至少一个检测到的在时间上连续的振动频率和振动振幅进行比较的装置，在比较中界定振动频率和振动振幅中的有害变化的装置，以及指示有害变化的装置。

根据本发明的一个实施方式，使用窗口函数对测量数据进行预处理。

根据本发明的第二实施方式，所使用的窗口函数是Hann窗口函数。

根据本发明的另一个实施方式，向电气传动的控制系统指示有害变化。

根据本发明的又一实施方式，测量数据为电机速度。

本发明使得电传动的电力传输中的扭转振动的监测和检测成为可能。由于振动可以被足够早地检测和校正，因此有助于避免机械损害。

电力传输轴的有害振动可以在其开始发生之后立刻被检测到。在这种情况下，在振动增大并且引起损害之前可能开始必要措施。由于利用电气传动的数据采集系统收集的信息执行状态监测，因此无需新的单独的振动测量设备。

根据本发明的一个实施方式，电力传输轴中的振动的状态监测系统连接到控制器，以便在有害振动发生时自动地校正调整量。在这种情况下，独立地和自适应地进行电力传输轴中的振动的检测、监测和过滤。

在其优选实施方式中，该方法使用计算机实现。

附图说明

下面，参照附图，借助于某些一些实施方式对本发明进行更详细的描述，其中：

-图1图示了状态监测系统。

具体实施方式

本发明的一个实施方式是通过电气传动的数据采集、用于纸张或纸板制造机中的轧辊传动的电力传输轴的状态监测系统。该方法用于检测轧辊传动的电力传输轴的特征振动频率。电力传输轴的特征振动频率的变化、有效值(即振幅)以及该特征振动的峰-峰值的变化都可以在该方法中被观察到。

从上述电机到轧辊的电力传输通过齿轮组件实现，该齿轮组件例如包括，轴、齿轮和开关。电力传输轴设计成使得它们的特征振动频率在该轧辊的旋转频率范围之外。

电气传动通过电机将电能转化为动能。

电机和造纸机的轧辊之间的电力传输轴的状态监测系统有规律地进行测量和分析——例如，每个传动每天进行一次。

图1图示了状态监测系统。测量有规律地以及在彼此类似的条件下执行(第1阶段)。

该分析包括：首先进行测量，即信息的收集(第2阶段)。通过旋转机器，有包括周期性分量或旋转分量的很多信号。在这种情况下，频率水平的分析适合于机械和电气组件的状态监测。例如，电气传动的数据采集系统从速度采集测量数据。

适合于分析整个频率范围的电气传动的测量量的是电机的速度。

在此之后，执行加窗(windowing)作为对采集的测量数据的预处理(第3阶段)。Hann函数被用于加窗以使得采样值在时间上连续。其它可能的加窗函数例如，Blackmann函数和Hamming函数。

加窗之后，将借助于快速傅立叶变换(FTT)计算一个或多个连续测量的频谱(第4阶段)。傅立叶分析有助于从信号中澄清某些频率的振幅。

将要分析的频谱是这些频谱的平均值(第5阶段)。为了使分析独立于轧辊系统及其电力传输系统，将获得的频谱的表面积按比例调节为一个常数。

在此之后，通过算法对将要分析的频谱进行分析(第6阶段)。该算法有助于从频谱中检测频率的峰值。在该分析中，基于振幅的大小，对超过振幅限制(其界定为有害的振动的振幅限制)的所有频率分量进行排序。

处于监测的目的，针对检测的频率分量，记录频率、振幅和时间上的峰-峰参数(第7阶段)。峰-峰参数是信号最大值和信号最小值的差。峰-峰参数用于计算速度的实际值。它描述了信号中振动的强度。这些量值可以在二维视图中监测。

因此，这些从频谱计算的频率分量被视为是有害的(第8阶段)。报告该振动情况(第9阶段)。当检测到有害振动时，状态监测系统通知控制室或进行其它进一步处理。

由于增加的特征振动，电力传输轴可能会损坏。因此，应该衰减振动，例如，通过改变机械结构、调整变速器或通过编程来衰减振动。

Claims (6)

1.一种用于电气和机械传动的状态监测的方法，在该方法中，从至少一个电气传动采集电气传动的状态监测系统中的测量数据，预处理所述测量数据，通过快速傅立叶变换从该预处理的测量数据形成生成频谱，从所述频谱记录检测到的振动频率和振动振幅，将所述检测到的振动频率和振动振幅与至少一个检测到的在时间上连续的振动频率和振幅进行比较，在所述比较中对所述振动频率和振动振幅上的有害变化进行界定，以及对有害变化进行指示。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用窗口函数对所述测量数据进行预处理。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述窗口函数是Hann窗口函数。

4.如权利要求1-3所述的方法，其特征在于，向电气传动的控制系统指示该有害变化。

5.如权利要求1-4所述的方法，其特征在于，所述测量数据为电机速度。

6.一种用于电气和机械传动的状态监测系统，该系统包括：从至少一个电气传动采集测量数据的装置，预处理所述测量数据的装置，采用快速傅里叶变换从预处理的测量数据形成频谱的装置，保存从频谱检测出的振动频率和振动振幅的装置，将所述检测到的振动频率和装置振幅与至少一个检测到的在时间上连续的振动频率和振动振幅进行比较的装置，在所述比较中界定所述振动频率和振动振幅中的有害变化的装置，以及指示有害变化的装置。

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