CN202075305U

CN202075305U - 一种全功能旋转机械状态记录装置

Info

Publication number: CN202075305U
Application number: CN2011201296531U
Authority: CN
Inventors: 胡爱军; 向玲; 孙敬敬
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2021-04-28

Abstract

一种全功能旋转机械状态记录装置，它由振动信号传感器、运行参数传感器、信号调理电路、模数转换电路、微处理器、和SD/CF接口组成，所述振动信号传感器包括安装在被监测旋转机械上的加速度传感器、位移传感器和速度传感器，所述运行参数传感器包括温度传感器、流量传感器和压力传感器，各传感器的信号输出端接数据调理电路的不同输入端，所述信号调理电路的输出信号经模数转换电路接微处理器的输入端口，所述SD/CF接口接微处理器的P3端口。本实用新型不仅大大提高了故障诊断的准确性，而且实现了运行状况的实时监测，同时，由于不记录正常状态数据，降低了记录装置的生产成本和运行负荷。

Description

一种全功能旋转机械状态记录装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于采集和记录旋转机械运行状态数据的装置，属监测技术领域。

背景技术

旋转机械，如电动机、风机、水泵等，是工业上应用较为广泛的机械，在工业生产中占有重要地位。对旋转机械的状态监测和故障诊断是保证机器安全运行的重要手段。旋转机械的状态参数（数据）可分为运行参数和振动参数，运行参数主要包括温度、压力、流量等工况参数，常用于生产过程控制。由于旋转机械发生故障时，设备的振动信号会发生明显的变化，振动监测成为目前旋转机械故障诊断的主要手段。实践表明，旋转机械发生故障时，不仅振动信号发生变化，其压力、流量等运行参数也会有变化，只有将这两类数据分析结果结合起来，才能准确诊断故障。但目前这两类信号的监测一般是由两套相互独立的监测系统来完成，不仅提高了监测系统的成本，而且不利于旋转机械故障的准确诊断。

从监测方式上来看，现有的旋转机械监测系统可分为在线监测系统和离线采集分析系统。在线监测系统通过实时采集、分析、显示设备的状态数据，实现对设备进行不间断的监测，系统结构复杂，造价较高，而且运行时记录大量设备正常运行时的数据，增加了系统不必要的负荷；离线采集系统一般采用便携式数据采集分析仪，采集设备状态数据后，在实验室完成数据分析，其造价较低，缺点是只能对设备某时刻的状态做出分析判断，不能及时诊断旋转机械运行过程中出现的故障。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种全功能旋转机械状态记录装置，在保证及时、准确诊断旋转机械故障的前提下，降低监测设备的成本。

本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的：

一种全功能旋转机械状态记录装置，由振动信号传感器、运行参数传感器、信号调理电路、模数转换电路、微处理器、和SD/CF接口组成，所述振动信号传感器包括安装在被监测旋转机械上的加速度传感器、位移传感器和速度传感器，所述运行参数传感器包括温度传感器、流量传感器和压力传感器，各传感器的信号输出端接数据调理电路的不同输入端，所述信号调理电路的输出信号经模数转换电路接微处理器的输入端口，所述SD/CF接口接微处理器的P30～P37端口。

上述全功能旋转机械状态记录装置，所述信号调理电路由与各运行参数传感器和振动信号传感器相对应的多个结构相同的信号调理单元组成，每个信号调理单元由运算放大器、电阻和电容组成，所述运算放大器的同相输入端经第一电阻接一个运行参数传感器或振动信号传感器的输出端，反相输入端经第二电阻接地并经第三电阻接输出端，输出端接模数转换电路的一个输入端，所述电容一端接地，一端接运算放大器的同相输入端。

上述全功能旋转机械状态记录装置，构成中还包括以太网口和USB接口，所述以太网口接微处理器的TXD0和RXD0端，所述USB接口接微处理器的P20～P27端口。

上述全功能旋转机械状态记录装置，所述模数转换电路包括三个A/D转换芯片，它们的每个模拟信号输入端接一个振动信号传感器对应的调理电路或运行参数传感器对应的调理电路，输出端接微处理器的输入端口。

本实用新型利用振动信号传感器和运行参数传感器实时同步采集被监测旋转机械的机械振动信号和运行参数，采集的信号经调理和模数转换后送入微处理器，由微处理器对这些信号进行综合分析，定时记录旋转机械的正常状态参数，判断旋转机械的运转是否正常，若发现旋转机械存在故障，则发出警报，并将故障数据存储于SD/CF卡上。

本实用新型利用两类参数综合判断旋转机械的运行状况，不仅大大提高了故障诊断的准确性，而且实现了运行状况的实时监测，同时，由于不记录正常状态数据，不需要大量的存储空间，降低了记录装置的生产成本和运行负荷。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1是本实用新型的电原理框图；

图2是电原理图；

图3是信号调理单元的电原理图。

图中各标号为：U1、微处理器；U2、U3、U4、A/D转换芯片；U5、SD/CF接口；U6、以太网口；U7、USB接口；TL、信号调理单元；F、运算放大器；s、位移传感器；v、速度传感器；a、加速度传感器；t、温度传感器；f、流量传感器；p、压力传感器；C、电容；R1～R3、电阻。

具体实施方式

参看图1～图3，振动信号传感器包括加速度传感器a、位移传感器s和速度传感器v，输出的模拟信号通过信号调理单元TL处理后送入A/D芯片，运行参数传感器包括温度传感器t、流量传感器f和压力传感器p）输出的模拟信号经信号调理单元TL处理后送入A/D芯片，A/D芯片将转换后的信号送人微处理器U1。微处理器U1外接数据存储卡（SD/CF卡）、USB接口U7、以太网接口U6。数据存储卡（SD/CF卡）存储数据，保证断电后数据不丢失。通过定时设置，可定时采集正常状态设备运行参数。以太网口和USB接口实现与上位机通信。

数据采集通道共16路，其中8路为旋转机械振动传感器（位移振动传感器、速度振动传感器、加速度振动传感器）输入通道；另外8路设为旋转机械运行参数传感器（温度传感器、压力传感器、流量传感器）输入通道，16路通道同步采样。为了满足16通道的要求，模数转换电路采用3片AD7656并联。16个信号调理单元TL分别接入三片AD7656的模拟量输入口（V1—V6口）。AD7656的输出口DB和微处理器U1（M16C/61）的I/O口P0以及P1相连。USB接口U7（FT245BM）和M16C/61的P2口相连。以太网口U6（MAX232）接入M16C/61的TXD0和RXD0口，SD/CF卡接入M16C/61的P3口。信号调理单元TL中的电阻R1和电容C构成低通滤波电路，实现输入信号的低通滤波，滤波后的信号经运放F放大后送入AD7656进行模数转换。转换后的数字信号经由AD7656的输出口DB0—DB15送入M16C/61进行处理、计算。处理后的数据存储在SD/CF卡上，并可通过USB接口（FT245BM）和以太网接口（MAX232）实现与上位机的通信。

通过上位机分析软件对数据记录装置进行参数设置。之后，在旋转机械的特定部位设置振动传感器和运行参数传感器，每个传感器与对应的输入通道相连。据传至上位机，运行此数据记录装置即可对旋转机械状态进行记录。需要分析数据时，可取出SD/CF卡将数或者通过USB接口或以太网接口直接将数据传入上位机。

该数据记录装置的工作原理：数据记录装置定时采集旋转机械状态数据。传感器信号首先进入信号调理单元，信号调理单元完成原始信号的滤波和放大。经信号调理单元处理（低通滤波，放大）后再经A/D转换芯片（三片）转换为数字信号送至微处理器进行处理。微处理器计算出旋转机械运行参数及振动状态参数（振动的峰峰值、有效值等）后，与设定的报警值进行比较，低于报警值为正常状态，此时，只将微处理器的计算结果送至SD/CF卡进行存储，不存储完整的采集数据。当微处理器的计算超出设定的报警值时，认为旋转机械出现故障，数据记录装置按设定好的数据长度及时间记录故障前后时刻的完整的采样数据（称为故障数据），这些数据存储于SD/CF卡上，作为旋转机械故障分析的依据。需要时，可通过以太网或USB接口与上位机进行通信，将数据传至上位机，或取出SD/CF卡，采用读卡器读取数据并传至上位机。

上位机的分析软件对数据记录装置进行参数设置（记录时间间隔、采样频率、报警值、故障记录数据长度或时间、通讯参数等）、数据提取、趋势分析、报警数据显示和分析，同时，完成设备运行历史数据查询、运行数据的趋势分析、故障数据波形显示、频谱分析、相关分析等任务。

Claims

1.一种全功能旋转机械状态记录装置，其特征是，它由振动信号传感器、运行参数传感器、信号调理电路、模数转换电路、微处理器（U1）、和SD/CF接口（U5）组成，所述振动信号传感器包括安装在被监测旋转机械上的加速度传感器（a）、位移传感器（s）和速度传感器（v），所述运行参数传感器包括温度传感器（t）、流量传感器（f）和压力传感器（p），各传感器的信号输出端接数据调理电路的不同输入端，所述信号调理电路的输出信号经模数转换电路接微处理器（U1）的输入端口，所述SD/CF接口（U5）接微处理器（U1）的P30～ P30端口。

2.根据权利要求1所述全功能旋转机械状态记录装置，其特征是，所述信号调理电路由与各运行参数传感器和振动信号传感器相对应的多个结构相同的信号调理单元（TL）组成，每个信号调理单元（TL）由运算放大器（F）、电阻和电容（C）组成，所述运算放大器（F）的同相输入端经第一电阻（R1）接一个运行参数传感器或振动信号传感器的输出端，反相输入端经第二电阻（R2）接地并经第三电阻（R3）接输出端，输出端接模数转换电路的一个输入端，所述电容（C）一端接地，一端接运算放大器（F）的同相输入端。

3.根据权利要求1或2所述全功能旋转机械状态记录装置，其特征是，构成中还包括以太网口（U6）和USB接口（U7），所述以太网口（U6）接微处理器（U1）的TXD0和RXD0端，所述USB接口（U7）接微处理器（U1）的P20～P27端口。

4.根据权利要求3所述全功能旋转机械状态记录装置，其特征是，所述模数转换电路包括三个A/D转换芯片，它们的每个模拟信号输入端接一个振动信号传感器或运行参数传感器，输出端接微处理器（U1）的输入端口。