CN108458781A - 一种远程振动分析系统及其分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种远程振动分析系统及其分析方法，系统包括用于测量被测设备的振动数据的振动传感单元，用于集中接收并上传数据的网关反馈单元，用于计算分析并下发结果的振动分析单元以及用于获取数据结果的业务服务单元。方法包括振动传感步骤、网关反馈步骤、振动分析步骤以及业务服务步骤。本发明构架明晰，单元之间相互分离，系统灵活性和扩展性更佳，同时，本发明中的振动分析单元基于网络平台，采用分布式计算方式，计算能力更强，还可以根据接入的设备数量和同时进行分析的用户数量进行灵活扩展，系统适应性更强、计算结果更为准确。

Description

一种远程振动分析系统及其分析方法

技术领域

本发明涉及一种分析系统及其分析方法，具体涉及一种基于网络平台的远程振动分析系统及其分析方法，属于计算机自动化领域。

背景技术

随着我国工业化、信息化水平的不断提高，越来越多的工业生产企业选择借助现代化的技术手段来实现对工业生产的监控，因此，近年来，物联网及工业互联网这些概念被越来越多地提及并实际应用于工业生产中。

具体而言，在采矿、石化、能源、汽车、轻工等传统工业行业中，各种机械设备是生产过程中最重要的最关键的组成和资产，因此设备的健康运行非常重要，为了保证设备的健康运行，近年来越来越多的企业开始在设备上加装振动分析仪器，以在设备出现异常时分析故障原因。

振动分析仪器是基于振动分析方法而出现的一类监测设备，在目前的工业生产领域中已经有较为广泛的应用，其通过监测设备的振动状况判断出设备的故障发生点和原因，从而让用户在设备发生严重问题或零件损坏采取措施，避免更大的损失。

在现行的振动分析方法中，大多都采用单机离线的振动分析仪器，通过一台振动分析仪器进行数据采集后，再通过直连或者局域网方式连接到电脑上进行分析，或者是振动分析仪器本身就内置一台电脑进行分析。但无论是哪种振动分析仪器，不管其采用何种方式与电脑进行连接，都存在着以下问题：

1、仪器造价昂贵使用成本高昂；

2、需要专门的分析师上门服务或者自己培养振动分析师，人力成本昂贵；

3、故障发现时间晚，经常需要在人工目测问题比较严重后才开始进行分析；

4、由于数据离线，无法与同类设备发生的同类故障进行数据对比分析；

5、数据利用价值低，无法与同类设备的同类故障进行数据分享。

综上所述，如何设计出一种远程振动分析系统及其分析方法，克服现有技术中的诸多问题，就成为了本领域内的技术人员亟待解决的问题。

发明内容

鉴于现有技术存在上述缺陷，本发明的目的是提出一种基于网络平台的远程振动分析系统及其分析方法。

本发明的目的，将通过以下技术方案得以实现：

一种远程振动分析系统，包括：

振动传感单元，用于测量被测设备的振动数据，并将振动数据通过数字通道上传；

网关反馈单元，用于集中接收所述振动传感单元所上传的所有振动数据，并将所接收的振动数据通过传输通道再次上传；

振动分析单元，用于对被测设备和振动数据进行管理，根据振动数据进行计算分析，并将计算分析过程中的中间数据以及最终分析结果通过数据接口下发；

业务服务单元，用于获取所述振动分析单元下发的数据结果，并对所述振动传感单元、网关反馈单元以及振动分析单元三者的运作进行控制、调整。

优选地，所述振动传感单元包括多台加速度振动传感器或多台速度振动传感器，多台所述加速度振动传感器或多台所述速度振动传感器均固定设置于被测设备上，使每台所述加速度振动传感器或每台所述速度振动传感器均与被测设备上的一个测试点相对应。

优选地，所述数字通道为Modbus或Zigbee。

优选地，所述传输通道为3G或4G或WLAN。

优选地，所述振动分析单元包括：

设备管理模块，对所述振动传感单元及被测设备进行管理，控制、调整所述振动传感单元及被测设备的运行，

原始数据记录模块，对振动数据进行采集及备份记录，

振动分析模块，对所述原始数据记录模块中的数据进行计算分析，并反馈中间数据以及最终分析结果，

分析结果记录模块，对所述振动分析模块反馈的中间数据以及最终分析结果进行采集、下发及备份记录。

优选地，所述中间数据包括时域图、幅值谱图、幅值-阶次谱图、包络分析图、包络分析局部图、多图分析图、谱阵分析图、轴心轨迹图、振动峰值、峰值指标、峰-峰值、有效值、峭度指标、裕度指标、脉冲指标、波形指标。

优选地，所述数据接口为API接口。

优选地，所述业务服务单元包括App客户端及Web客户端。

一种远程振动分析方法，包括如下步骤：

S1、振动传感步骤，测量被测设备的振动数据，并将振动数据通过数字通道上传；

S2、网关反馈步骤，集中接收振动传感单元所上传的所有振动数据，并将所接收的振动数据通过传输通道再次上传；

S3、振动分析步骤，对被测设备和振动数据进行管理，根据振动数据进行计算分析，并将计算分析过程中的中间数据以及最终分析结果通过数据接口下发；

S4、业务服务步骤，获取振动分析单元下发的数据结果，并对振动传感单元、网关反馈单元以及振动分析单元三者的运作进行控制、调整。

优选地，S1中所述振动传感步骤包括设置多台加速度振动传感器或多台速度振动传感器，将多台所述加速度振动传感器或多台所述速度振动传感器分别固定设置于被测设备上，每台所述加速度振动传感器或每台所述速度振动传感器均与被测设备上的一个测试点相对应。

优选地，S1中所述数字通道为Modbus或Zigbee。

优选地，S2中所述传输通道为3G或4G或WLAN。

优选地，S3中所述振动分析步骤，包括：

S31、设备管理步骤，对振动传感单元及被测设备进行管理，控制、调整振动传感单元及被测设备的运行，

S32、原始数据记录步骤，对振动数据进行采集及备份记录，

S33、振动分析步骤，对原始数据记录模块中的数据进行计算分析，并反馈中间数据以及最终分析结果，

S34、分析结果记录模块，对振动分析模块反馈的中间数据以及最终分析结果进行采集、下发及备份记录。

优选地，S3中所述中间数据包括时域图、幅值谱图、幅值-阶次谱图、包络分析图、包络分析局部图、多图分析图、谱阵分析图、轴心轨迹图、振动峰值、峰值指标、峰-峰值、有效值、峭度指标、裕度指标、脉冲指标、波形指标。

优选地，S3中所述数据接口为API接口。

优选地，S4中所述业务服务步骤包括安装并设置App客户端及Web客户端。

与现有技术上相比，本发明的突出效果如下：

本发明构架明晰，振动传感单元、网关反馈单元、振动分析单元以及业务服务单元之间相互分离，系统灵活性和扩展性更佳，用户的安装、操作过程更为方便。

而且，本发明中的振动分析单元基于网络平台，采用分布式计算方式，计算能力更强、计算结果更为准确，还可以根据接入的设备数量和同时进行分析的用户数量进行灵活扩展，系统适应性更强。

同时，本发明中的业务服务单元涵盖了手持终端和电脑终端，不仅使得振动分析师或相关业内专家能够在任何时间、任何地点进行远程分析，而且满足了使用者对分析数据实时调取、对系统及设备实时监控的使用需求，本发明还支持图表展示分析、多人同时在线分析、数据对比分析、人工智能分析等诸多操作，功能多样，兼容性高。

此外，本发明中的振动传感单元可以一直安装于被测设备上，按预设的时间间隔持续进行振动数据的采集和上传，使用者可以根据具体使用需求进行定期分析或者在任何时刻进行分析，数据时效性更强，分析结果更为可靠。

综上所述，本发明使用效果优异，具有很高的使用及推广价值。

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1是本发明的拓扑关系图。

具体实施方式

如图所示，本发明揭示了一种远程振动分析系统，适用于各种机械设备的远程振动分析，包括但不限于轴承、齿轮、泵、电机等旋转类设备，往复式压缩机、隔膜泵等往复式设备，以及管道、压力容器等静止设备，其包括振动传感单元、网关反馈单元、振动分析单元以及业务服务单元。

振动传感单元，用于测量被测设备的振动数据，并将振动数据通过数字通道上传，所述数字通道为Modbus或Zigbee。

所述振动传感单元包括多台中高频加速度振动传感器或多台速度振动传感器，多台所述加速度振动传感器或多台所述速度振动传感器均固定设置于被测设备上，使每台所述加速度振动传感器或每台所述速度振动传感器均与被测设备上的一个测试点相对应。

所述振动传感单元以高采样率采集振动数据，然后通过有线如modbus或无线如Zigbee等方式把数据上传到物联网网关。为方便安装，所述振动传感单元可以采用无线传输加上电池供电的形式，在使用电池供电时，可以加大每两次数据采集之间的时间间隔，在采集间隔使所述振动传感单元处于休眠状态，到采集时间再自动唤醒进行采集。

网关反馈单元，用于集中接收所述振动传感单元所上传的所有振动数据，并将所接收的振动数据通过传输通道再次上传，所述传输通道为3G或4G或WLAN。

在本实施例中，所述网关反馈单元为物联网网关，在与所述振动传感单元通过有线或无线连接后，采集振动的加速度或者速度数据，然后完成数据上传。

振动分析单元，用于对被测设备和振动数据进行管理，根据振动数据进行计算分析，并将计算分析过程中的中间数据以及最终分析结果通过数据接口下发。所述中间数据包括但不限于时域图、幅值谱图、幅值-阶次谱图、包络分析图、包络分析局部图、多图分析图、谱阵分析图、轴心轨迹图、振动峰值、峰值指标、峰-峰值、有效值、峭度指标、裕度指标、脉冲指标、波形指标等。所述数据接口为API接口。

所述振动分析单元基于公有云或者可以通过互联网访问的远程服务器，也可以是运行在工业互联网系统（云平台）的振动分析应用或服务，对被测设备和振动数据进行管理，根据振动数据进行分析计算，然后在通过API接口把分析中间过程的图表和数据以及最终分析结果传送给业务服务单元进行呈现。需要特别说明的是，对数据处理部分，一般原始振动数据和分析结果数据分别存放到不同的数据库里。此外，上述两类数据存放在一个数据库的情况也适用于本发明。

具体而言，所述振动分析单元包括设备管理模块、原始数据记录模块、振动分析模块以及分析结果记录模块。

设备管理模块，对所述振动传感单元及被测设备进行管理，控制、调整所述振动传感单元及被测设备的运行；

原始数据记录模块，对振动数据进行采集及备份记录；

振动分析模块，对所述原始数据记录模块中的数据进行计算分析，并反馈中间数据以及最终分析结果；

分析结果记录模块，对所述振动分析模块反馈的中间数据以及最终分析结果进行采集、下发及备份记录。

需要说明的是，在实际的应用的过程中，所述设备管理模块与所述振动分析模块可以是应用软件，所述原始数据记录模块与所述分析结果记录模块可以是数据库。

业务服务单元，用于获取所述振动分析单元下发的数据结果，并对所述振动传感单元、网关反馈单元以及振动分析单元三者的运作进行控制、调整。

所述业务服务单元包括App客户端及Web客户端。其中，所述App客户端包括基于IOS、Android、或其他操作系统的智能手机或者手持终端。振动分析师或者专家可以通过专门的App在远程获取振动数据进行分析，利用移动手持终端，振动分析师或者专家可以在任何时候和地点进行分析，可以大大提高分析效率和及时性。

需要补充说明的是，在本发明的技术方案中，所述振动分析单元可以基于云平台内的虚拟机，或者放置于任何地方、开放端口、可以进行互联网远程访问的物理服务器。且在本发明中，所述振动传感单元到物联网网关，或是物联网网关到所述振动分析单元内的通讯方式均可以采用有线或无线方式接入。上述具体实施例仅代表优选技术方案，其他具备类似效果的等效替换或等同替换均应被认为包含于本技术方案中。

本发明还揭示了一种远程振动分析方法，包括如下步骤：

S1、振动传感步骤，测量被测设备的振动数据，并将振动数据通过数字通道上传。

S2、网关反馈步骤，集中接收振动传感单元所上传的所有振动数据，并将所接收的振动数据通过传输通道再次上传。

S3、振动分析步骤，对被测设备和振动数据进行管理，根据振动数据进行计算分析，并将计算分析过程中的中间数据以及最终分析结果通过数据接口下发。

S4、业务服务步骤，获取振动分析单元下发的数据结果，并对振动传感单元、网关反馈单元以及振动分析单元三者的运作进行控制、调整。

更为具体地来说，S1中所述振动传感步骤包括设置多台加速度振动传感器或多台速度振动传感器，将多台所述加速度振动传感器或多台所述速度振动传感器分别固定设置于被测设备上，使每台所述加速度振动传感器或每台所述速度振动传感器均与被测设备上的一个测试点相对应。

S1中所述数字通道为Modbus或Zigbee。

S2中所述传输通道为3G或4G或WLAN。

S3中所述振动分析步骤，包括：

S31、设备管理步骤，对振动传感单元及被测设备进行管理，控制、调整振动传感单元及被测设备的运行，

S32、原始数据记录步骤，对振动数据进行采集及备份记录，

S33、振动分析步骤，对原始数据记录模块中的数据进行计算分析，并反馈中间数据以及最终分析结果，

S34、分析结果记录模块，对振动分析模块反馈的中间数据以及最终分析结果进行采集、下发及备份记录。

S3中所述中间数据包括但不限于时域图、幅值谱图、幅值-阶次谱图、包络分析图、包络分析局部图、多图分析图、谱阵分析图、轴心轨迹图、振动峰值、峰值指标、峰-峰值、有效值、峭度指标、裕度指标、脉冲指标、波形指标等。S3中所述数据接口为API接口。

S4中所述业务服务步骤包括安装并设置App客户端及Web客户端。

以下，以一次实际的处理步骤为实施例，进一步说明上述分析方法。

首先，在工业互联网平台或远程服务器上安装并运行振动分析相关的应用，然后启动这些应用，用户在振动分析单元中通过客户端软件设备管理接口录入需要分析的设备信息、采集点信息和传感器信息；

将物联网网关通过3G/4G，WLAN等方式接入互联网，然后运行数据采集应用，并通过互联网连接到远程振动分析系统，振动传感单元通过有线或者无线方式接入到物联网网关，振动传感单元采集振动数据并上传到物联网网关，物联网网关把振动数据上传到振动分析单元中；

振动分析单元根据采集设备和传感器的信息，把振动数据存放到数据库中，至此振动数据的采集过程完成；

用户通过Web客户端或者App客户端登录到振动分析单元中，振动分析师或专家通过客户端界面选择需要进行分析的设备、采集点和传感器，振动分析师或专家通过客户端界面对所选的数据进行振动分析；

振动分析单元的分析应用从数据库里读取相应的振动数据，分析应用进行振动分析，将分析结果数据存储回结果数据库；

客户端软件从分析应用读取分析结果的各种数据，然后在以图形或者图表形式进行展示；

振动分析师或专家根据分析图形和数据，对设备的故障进行诊断，振动分析师或者专家在客户端界面填入故障分析结果并提交；

客户端软件把故障分析结果传回振动分析单元，振动分析单元自动把相关的数据汇总，生成完整的振动分析报告；振动分析单元把结果存入数据库中相应的位置，至此振动分析单元中有了该次振动等原始数据、自动分计算的中间数据、振动分析师和专家分析的故障结果数据，用户可以随时查看这些数据；

最后，用户可以通过客户端软件查看振动分析结果和报告。

综上所述，与现有技术相比，本发明大体上具备以下几个方面的优点：

1、本发明构架明晰，振动传感单元、网关反馈单元、振动分析单元以及业务服务单元之间相互分离，系统灵活性和扩展性更佳，用户的安装、操作过程更为方便。

2、本发明中的振动分析单元基于网络平台，采用分布式计算方式，计算能力更强、计算结果更为准确，还可以根据接入的设备数量和同时进行分析的用户数量进行灵活扩展，系统适应性更强。

3、本发明中的业务服务单元涵盖了手持终端和电脑终端，不仅使得振动分析师或相关业内专家能够在任何时间、任何地点进行远程分析，而且满足了使用者对分析数据实时调取、对系统及设备实时监控的使用需求，本发明还支持图表展示分析、多人同时在线分析、数据对比分析、人工智能分析等诸多操作，功能多样，兼容性高。

4、本发明中的振动传感单元可以一直安装于被测设备上，按预设的时间间隔持续进行振动数据的采集和上传，使用者可以根据具体使用需求进行定期分析或者在任何时刻进行分析，数据时效性更强，分析结果更为可靠。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图表记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (16)

1.一种远程振动分析系统，其特征在于，包括：

振动传感单元，用于测量被测设备的振动数据，并将振动数据通过数字通道上传；

网关反馈单元，用于集中接收所述振动传感单元所上传的所有振动数据，并将所接收的振动数据通过传输通道再次上传；

振动分析单元，用于对被测设备和振动数据进行管理，根据振动数据进行计算分析，并将计算分析过程中的中间数据以及最终分析结果通过数据接口下发；

业务服务单元，用于获取所述振动分析单元下发的数据结果，并对所述振动传感单元、网关反馈单元以及振动分析单元三者的运作进行控制、调整。

2.根据权利要求1所述的一种远程振动分析系统，其特征在于：所述振动传感单元包括多台加速度振动传感器或多台速度振动传感器，多台所述加速度振动传感器或多台所述速度振动传感器均固定设置于被测设备上，每台所述加速度振动传感器或每台所述速度振动传感器均与一部被测设备相对应。

3.根据权利要求1所述的一种远程振动分析系统，其特征在于：所述数字通道为Modbus或Zigbee。

4.根据权利要求1所述的一种远程振动分析系统，其特征在于：所述传输通道为3G或4G或WLAN。

5.根据权利要求1所述的一种远程振动分析系统，其特征在于，所述振动分析单元包括：

设备管理模块，对所述振动传感单元及被测设备进行管理，控制、调整所述振动传感单元及被测设备的运行，

原始数据记录模块，对振动数据进行采集及备份记录，

振动分析模块，对所述原始数据记录模块中的数据进行计算分析，并反馈中间数据以及最终分析结果，

分析结果记录模块，对所述振动分析模块反馈的中间数据以及最终分析结果进行采集、下发及备份记录。

6.根据权利要求1所述的一种远程振动分析系统，其特征在于：所述中间数据包括时域图、幅值谱图、幅值-阶次谱图、包络分析图、包络分析局部图、多图分析图、谱阵分析图、轴心轨迹图、振动峰值、峰值指标、峰-峰值、有效值、峭度指标、裕度指标、脉冲指标、波形指标。

7.根据权利要求1所述的一种远程振动分析系统，其特征在于：所述数据接口为API接口。

8.根据权利要求1所述的一种远程振动分析系统，其特征在于：所述业务服务单元包括App客户端及Web客户端。

9.一种远程振动分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、振动传感步骤，测量被测设备的振动数据，并将振动数据通过数字通道上传；

S2、网关反馈步骤，集中接收振动传感单元所上传的所有振动数据，并将所接收的振动数据通过传输通道再次上传；

S3、振动分析步骤，对被测设备和振动数据进行管理，根据振动数据进行计算分析，并将计算分析过程中的中间数据以及最终分析结果通过数据接口下发；

S4、业务服务步骤，获取振动分析单元下发的数据结果，并对振动传感单元、网关反馈单元以及振动分析单元三者的运作进行控制、调整。

10.根据权利要求9所述的一种远程振动分析方法，其特征在于：S1中所述振动传感步骤包括设置多台加速度振动传感器或多台速度振动传感器，将多台所述加速度振动传感器或多台所述速度振动传感器分别固定设置于被测设备上。

11.根据权利要求9所述的一种远程振动分析方法，其特征在于：S1中所述数字通道为Modbus或Zigbee。

12.根据权利要求9所述的一种远程振动分析方法，其特征在于：S2中所述传输通道为3G或4G或WLAN。

13.根据权利要求9所述的一种远程振动分析方法，特征在于，S3中所述振动分析步骤，包括：

S31、设备管理步骤，对振动传感单元及被测设备进行管理，控制、调整振动传感单元及被测设备的运行，

S32、原始数据记录步骤，对振动数据进行采集及备份记录，

S33、振动分析步骤，对原始数据记录模块中的数据进行计算分析，并反馈中间数据以及最终分析结果，

S34、分析结果记录模块，对振动分析模块反馈的中间数据以及最终分析结果进行采集、下发及备份记录。

14.根据权利要求9所述的一种远程振动分析方法，其特征在于：S3中所述中间数据包括时域图、幅值谱图、幅值-阶次谱图、包络分析图、包络分析局部图、多图分析图、谱阵分析图、轴心轨迹图、振动峰值、峰值指标、峰-峰值、有效值、峭度指标、裕度指标、脉冲指标、波形指标。

15.根据权利要求9所述的一种远程振动分析方法，其特征在于：S3中所述数据接口为API接口。

16.根据权利要求9所述的一种远程振动分析方法，其特征在于：S4中所述业务服务步骤包括安装并设置App客户端及Web客户端。