【正文】 ket通訊設(shè)置Fig. Communicating configuration of DataSocketDataSocket通訊技術(shù)簡(jiǎn)單，對(duì)底層高度封裝，可用于實(shí)現(xiàn)一(服務(wù)器)對(duì)多(客戶機(jī))的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)布，但是有些場(chǎng)合并不適用，由于DataSocket是一個(gè)獨(dú)立應(yīng)用程序，且建立通訊的端口完全無法控制其打開關(guān)閉，當(dāng)建立連接的雙方?jīng)]有新數(shù)據(jù)傳送時(shí)，始終會(huì)保留上一次的數(shù)據(jù)，對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的交互式通訊，直接使用TCP編程較易實(shí)現(xiàn)控制?？蛻魴C(jī)不連接數(shù)據(jù)庫，而只與服務(wù)器相連接，發(fā)出數(shù)據(jù)訪問服務(wù)請(qǐng)求，服務(wù)器程序從數(shù)據(jù)庫中讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)然后再返還給客戶端程序。系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初是通過在C環(huán)境下生成讀寫C二進(jìn)制文件的動(dòng)態(tài)鏈接庫(dynamic link library，DLL)函數(shù)，讀寫C語言二進(jìn)制數(shù)據(jù)的，但是讀寫流程復(fù)雜，在讀文件時(shí)要打開關(guān)閉兩次數(shù)據(jù)文件，且很不穩(wěn)定，在寫數(shù)據(jù)庫時(shí)，又需重新編寫其中部分程序，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。Fig. Program of floatingpoint to binary stream在LabVIEW下直接讀取C語言二進(jìn)制文件，架設(shè)了LabVIEW與其他程序語言之間通訊的橋梁，可以將其它編程語言下的數(shù)據(jù)無縫的傳遞給LabVIEW程序使用。多種多觸發(fā)模式可供選擇，包括前模擬、后模擬及數(shù)字觸發(fā)。它以符合國際標(biāo)準(zhǔn)的SQL數(shù)據(jù)語言為基礎(chǔ)，具有豐富的軟件工具，是當(dāng)今世界上唯一可以同時(shí)適應(yīng)大、中、小型機(jī)和微型機(jī)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。以下的幾種信息都包含在DATE數(shù)據(jù)類型中：Century、Year、Month、Day、Hour、Minute、Second；BLOB是二進(jìn)制數(shù)據(jù)類型，一般不可見，屬于LOB(Large Object) 數(shù)據(jù)類型，用于存儲(chǔ)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，比如二進(jìn)制文件，圖形文件，或其他外部文件[42]。以燕化聚酯廠離心式壓縮機(jī)H101為例：建立振動(dòng)監(jiān)測(cè)的日數(shù)據(jù)庫ZDSDAY_H101()，建立月數(shù)據(jù)庫ZDSMONTH_H101,建立年數(shù)據(jù)庫ZDSYEAR_H101。通過作業(yè)隊(duì)列可以讓數(shù)據(jù)庫自動(dòng)執(zhí)行一些維護(hù)任務(wù)如備份、分析、關(guān)閉開啟數(shù)據(jù)庫、執(zhí)行。對(duì)于設(shè)備長期運(yùn)行狀態(tài)，每天保存一條數(shù)據(jù)就足以反映設(shè)備狀況。(1) 表結(jié)構(gòu)的確定測(cè)點(diǎn)信息如設(shè)備編號(hào)、采樣長度、分析頻率、設(shè)備轉(zhuǎn)速、報(bào)警值等參數(shù)數(shù)目有限，且字長比較確定，故存儲(chǔ)為字符型(CHAR)；測(cè)量時(shí)間是信號(hào)的采集時(shí)間，存儲(chǔ)為日期型(DATE)型較為方便查詢操作；振動(dòng)值數(shù)據(jù)是一個(gè)時(shí)間序列，數(shù)據(jù)較多，存儲(chǔ)為二進(jìn)制格式則更合適。轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的建立，積累了轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備運(yùn)行和操作經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)操作人員和管理人員對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的了解，有利于研究設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)趨勢(shì)，同時(shí)實(shí)時(shí)保存故障信號(hào)，實(shí)現(xiàn)黑匣子功能，便于對(duì)設(shè)備故障特征進(jìn)行深入的研究，有利于提高企業(yè)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的科學(xué)管理水平。數(shù)據(jù)采集是LabVIEW的核心技術(shù)之一，也是LabVIEW與其它編程語言相比的優(yōu)點(diǎn)所在，且性能穩(wěn)定，與LabVIEW編程語言完全兼容，編程控制非常容易，在這一點(diǎn)上其它非NI公司數(shù)據(jù)采集卡難以企及的。以雙精度浮點(diǎn)數(shù)為例，在LabVIEW環(huán)境下若將浮點(diǎn)數(shù)數(shù)組保存Little Endian形式的二進(jìn)制流(Stream),則可以先將數(shù)組倒置，“x”端口，“type”定義為無符號(hào)8位整型，輸出后再次倒置數(shù)組，此時(shí)的字節(jié)序即為Little 。大連理工大學(xué)振動(dòng)所開發(fā)有手持式PDM2000采集儀，是基于C語言的硬件產(chǎn)品，用于當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，或用于采集其他機(jī)器信號(hào)用于分析故障，其數(shù)據(jù)要下載到監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)內(nèi)分析。 數(shù)據(jù)庫訪問Oracle數(shù)據(jù)庫有強(qiáng)大的功能以及卓越的穩(wěn)定性，所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了Oracle作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，： 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式Fig. The system design sketch plan這種結(jié)構(gòu)的好處是，客戶端直接訪問數(shù)據(jù)庫，易于控制數(shù)據(jù)庫，但也有不利的方面：(1) 客戶端直接面向數(shù)據(jù)庫，雖然相對(duì)減輕了服務(wù)器程序的編程難度，卻是以降低系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全性為代價(jià)的；(2) 這種訪問模式只有在同一局域網(wǎng)內(nèi)才能使用，若當(dāng)客戶端與數(shù)據(jù)庫處于不同子網(wǎng)時(shí)，就可能找不到Oracle數(shù)據(jù)庫地址或訪問端口1521；(3) 微軟操作系統(tǒng)不提供Oracle的ODBC組件，若客戶端要直接訪問Oracle數(shù)據(jù)庫，則客戶機(jī)必須安裝配置Oracle客戶端及網(wǎng)絡(luò)組件，這又增加了使用人員安裝客戶端的難度，不利于軟件使用推廣。TCP協(xié)議提供一種面向連接的、可靠的傳輸層服務(wù)，通訊連接時(shí)，需指定Internet地址及通訊端口(port number)。系統(tǒng)各模塊簡(jiǎn)要說明：(1) 設(shè)備振動(dòng)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集：以對(duì)采集卡所定義參數(shù)，將符合要求的振動(dòng)信號(hào)采集到工控采集機(jī)，與對(duì)應(yīng)參數(shù)捆綁后傳遞至服務(wù)器。轉(zhuǎn)子在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性要求比較高，且數(shù)據(jù)流傳輸量大，客戶需交互式操作程序，振動(dòng)信號(hào)算法處理需要大量高速計(jì)算，這些要求的以及虛擬儀器編程風(fēng)格，決定了轉(zhuǎn)子在線監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)采用C/S模式。 基于虛擬儀器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鑒于北京燕化聚酯廠氧氣車間離心壓縮機(jī)HC101目前監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在問題，為了避免重大的經(jīng)濟(jì)損失，消除安全隱患，有必要重新開發(fā)一套轉(zhuǎn)子系統(tǒng)線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)，逐步取代現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的在線體檢，防止欠維修和過維修，正確診斷機(jī)組的故障，指導(dǎo)進(jìn)行維修，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)備的預(yù)知維修。虛擬儀器最突出的優(yōu)勢(shì)在于其靈活性和功能的可重構(gòu)性。所謂虛擬儀器，就是在通用計(jì)算機(jī)上加上一組軟件或硬件，使得使用者在操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)時(shí)，就像是在操作一臺(tái)他自己設(shè)計(jì)的專用的傳統(tǒng)電子儀器。壓縮機(jī)HC101目前采用的是Datawatch公司的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只有壓縮機(jī)的峰峰值數(shù)據(jù)顯示，不具備保存數(shù)據(jù)功能，采樣精度低及采樣頻率也太低，而且無信號(hào)分析、診斷功能，更不能實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測(cè)。——二維全息譜與傳統(tǒng)的譜分析相比提供的轉(zhuǎn)子振動(dòng)信息比較直觀、全面。1X橢圓176。需要說明的是這里橢圓的偏心率是指橢圓短軸與橢圓長軸之比，圓的偏心率為1，直線的偏心率為0，偏心率越大，說明橢圓越近似于圓；旋轉(zhuǎn)為正，表示振動(dòng)分量的渦動(dòng)軌跡與轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)方向相同，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)樨?fù)，表示振動(dòng)分量的渦動(dòng)軌跡與轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)方向相反?；?80176。頻域中各種分析方法給出的結(jié)果都不很直觀，幅值值譜和相位譜相分離，垂直方向和水平方向振動(dòng)分別考慮，很難根據(jù)這些分析結(jié)果在頭腦中得出一個(gè)清晰的轉(zhuǎn)子振動(dòng)圖像[1]。 全譜分析圖譜表示全譜分析從機(jī)理上講各個(gè)諧波頻率下的轉(zhuǎn)子的橢圓軌跡分解為兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的正圓，一個(gè)為正進(jìn)動(dòng)，另一個(gè)為反進(jìn)動(dòng)，其中半徑較大的正圓的渦動(dòng)方向決定了該頻率下的轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)方向，因此全譜分析在圖譜在橫坐標(biāo)上采用了正負(fù)頻率軸的表達(dá)方式，其中正頻率軸依次表達(dá)正進(jìn)動(dòng)的正圓半徑值，負(fù)頻率依次表達(dá)反進(jìn)動(dòng)正圓的半徑值。 純頻下轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)軌跡Fig. Rotor orbit in pure frequency 設(shè)，為圓頻率為的圓軌跡的半徑(幅值)和相位角；，為圓頻率為的圓軌跡的半徑和相位角。 全譜診斷方法由于轉(zhuǎn)子渦動(dòng)的物理特性，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的測(cè)量一般采用同一截面相互垂直的兩個(gè)探頭來完成。再如，觀察汽輪發(fā)電機(jī)組起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速振動(dòng)分量的軸心軌跡()，發(fā)現(xiàn)其大小、形狀和最大振動(dòng)方向不斷發(fā)生變化并逐漸趨于穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下的振幅和最大振動(dòng)方向，這是因?yàn)槠饎?dòng)過程中，機(jī)器由冷態(tài)逐步過渡到熱平衡狀態(tài)，機(jī)器的熱容量較大，所以需要的過渡時(shí)間長，相反，突然停機(jī)過程中()，由于降速快，機(jī)器熱平衡狀態(tài)來不及變化，所以轉(zhuǎn)速振動(dòng)分量軸心軌跡只是隨轉(zhuǎn)速的降低而逐步減小，其形狀和最大振動(dòng)方向并無明顯變化。 典型的軸心軌跡Fig. Typical axis orbitsa－橢圓；b－雙橢圓；c－發(fā)散轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)中除包含不平衡引起的同步振動(dòng)分量外，一般還存在亞同步(其頻率低于轉(zhuǎn)速)分量和高次諧波(其頻率是轉(zhuǎn)速的整數(shù)倍)分量，使軸心軌跡形狀復(fù)雜，甚至非?；靵y，造成分析困難。了解了這些轉(zhuǎn)子的故障特征，在分析中就可以結(jié)合這些特征選取有效的故障診斷方法，進(jìn)行有針對(duì)性的分析。③ 轉(zhuǎn)子的撓曲呈一階振型；⑤ 振動(dòng)的波形發(fā)生畸變，在工頻的基波上疊加了低頻成分，有時(shí)低頻成分量占主導(dǎo)地位，低頻振動(dòng)的振幅不穩(wěn)，軸心軌跡發(fā)散；⑥ 轉(zhuǎn)子渦動(dòng)方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，軸心軌跡呈花瓣形，正進(jìn)動(dòng)；下面列出了識(shí)別振動(dòng)特征和敏感參數(shù)： 油膜振蕩振動(dòng)特征Tab. Vibration characteristic of oil whirl特征頻率常伴頻率振動(dòng)穩(wěn)定性振動(dòng)方向相位特征軸心軌跡進(jìn)動(dòng)特征矢量區(qū)域()組合頻率不穩(wěn)定徑向不穩(wěn)定(突變)擴(kuò)散不規(guī)則正進(jìn)動(dòng)改變 油膜振蕩敏感參數(shù)Tab. Sensitive parameter of oil whirl振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速變化振動(dòng)隨負(fù)荷變化振動(dòng)隨溫度變化振動(dòng)隨流量變化振動(dòng)隨壓力變化其他識(shí)別方法振動(dòng)發(fā)生后，升高轉(zhuǎn)速，振動(dòng)不變不明顯明顯不變不變工作角頻率等于或高于2時(shí)突然發(fā)生；異常振動(dòng)有非線性特征 轉(zhuǎn)軸裂紋(1) 轉(zhuǎn)軸裂紋機(jī)理分析導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸裂紋最重要的原因是高周疲勞、低周疲勞、蠕變和應(yīng)力腐蝕開裂，此外也與轉(zhuǎn)子工作環(huán)境中含有腐蝕性化學(xué)物質(zhì)等有關(guān)，而大的扭轉(zhuǎn)和徑向載荷，加上復(fù)雜的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，造成了惡劣的機(jī)械應(yīng)力狀態(tài)，最終也將導(dǎo)致軸裂紋的產(chǎn)生。轉(zhuǎn)子徑向摩擦主要影響轉(zhuǎn)子的徑向振動(dòng)，對(duì)轉(zhuǎn)子的軸向振動(dòng)影響較小。② 間接影響 摩擦的作用使動(dòng)靜部件相互抵觸，相當(dāng)于增加了轉(zhuǎn)子的支撐條件，增大了系統(tǒng)的剛度，改變了轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速及振型，可能引起不穩(wěn)定振動(dòng)及非線性振動(dòng)，使動(dòng)靜部件相互抵觸，相當(dāng)于增加了轉(zhuǎn)子的支撐條件，增大了系統(tǒng)的剛度，改變了轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速及振型，可能引起不穩(wěn)定振動(dòng)及非線性振動(dòng)。當(dāng)負(fù)荷改變時(shí)，由聯(lián)軸器傳遞的扭矩會(huì)立即發(fā)生改變，如果聯(lián)軸器不對(duì)中，則轉(zhuǎn)子的振動(dòng)狀態(tài)也立即發(fā)生變化。造成軸系不對(duì)中的原因有安裝誤差、管道應(yīng)變影響、溫度變化熱變形、基礎(chǔ)沉降不均等。由于機(jī)器的安裝誤差、工作狀態(tài)下熱膨脹、承載后的變形以及機(jī)器基礎(chǔ)的不均勻沉降等，有可能會(huì)造成機(jī)器工作時(shí)各轉(zhuǎn)子軸線之間產(chǎn)生不對(duì)中。(1) 不平衡故障機(jī)理設(shè)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量為M，偏心質(zhì)量為m，偏心距為e，如果轉(zhuǎn)子的質(zhì)心到兩軸承連心線的垂直距離不為零，具有撓度為a。研究轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障機(jī)理，對(duì)于監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)和提高診斷故障的準(zhǔn)確度具有重要的理論意義和實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值[17] [22] [23]。功率譜分析在解決工程實(shí)際問題中獲得了廣泛的應(yīng)用。并且，還可以對(duì)譜峰進(jìn)一步提取特征微量，進(jìn)行數(shù)學(xué)處理或做出控制圖表，作為監(jiān)測(cè)的手段。所謂頻域分析，是把以時(shí)間為橫坐標(biāo)的時(shí)域信號(hào)通過傅立葉變換分解為以頻率為橫坐標(biāo)的頻域信號(hào)，從而求得關(guān)于原時(shí)域信號(hào)頻率成分的幅值和相位信息的一種分析方法。對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其不平衡故障嚴(yán)重時(shí)，信號(hào)中有明顯的以旋轉(zhuǎn)頻率為特征的周期成分()；而轉(zhuǎn)軸不對(duì)中時(shí)，信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)，比旋轉(zhuǎn)頻率大一倍的高頻成分明顯變大，即一周波動(dòng)兩次()。一般而言，對(duì)振動(dòng)信號(hào)可從幅域、時(shí)域和頻域這三個(gè)角度來進(jìn)行分析。2 一般故障診斷分析方法在機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)測(cè)量中，主要是測(cè)定振動(dòng)體在選定點(diǎn)的振幅、振動(dòng)的頻率、相位等。根據(jù)北京燕化聚酯合同的技術(shù)要求，運(yùn)用軸心軌跡、全譜及全息譜等理論，開發(fā)適合于旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)。K3450COMPASS；日本Mitsubishi公司研制的機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)與振動(dòng)診斷專家系統(tǒng)MHMS[12]。設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展，大致可分為四個(gè)階段[11]，第一個(gè)階段是在十九世紀(jì)，當(dāng)時(shí)機(jī)器設(shè)備本身的技術(shù)水平和復(fù)雜程度都很低，診斷技術(shù)還沒有出現(xiàn)，因此采用事后維修方式。保證大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械連續(xù)正常滿負(fù)荷運(yùn)行是提高企業(yè)生產(chǎn)率的關(guān)鍵。僅國內(nèi)，1980年初期棲霞山化肥廠機(jī)組轉(zhuǎn)子斷裂，1985年鎮(zhèn)海石化總廠機(jī)組轉(zhuǎn)子毀壞，二次事故的損失達(dá)數(shù)千萬元，1985年大同電廠2號(hào)機(jī)組，1988年秦嶺電廠5號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子損壞，事故的經(jīng)濟(jì)損失各達(dá)一個(gè)億[17]。此后，故障診斷技術(shù)逐漸在世界范圍內(nèi)推廣普及[9][10]。K公司推出的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)Bamp。 論文的主要研究內(nèi)容 本文主要研究旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷方法的應(yīng)用，引入先進(jìn)診斷技術(shù)——全息譜分析方法，使得設(shè)備狀態(tài)特征更加明顯。第七章：總結(jié)了本人在論文期間所做的工作，指出轉(zhuǎn)子在線監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)目前存在問題以及今后發(fā)展方向，展望其應(yīng)用前景。下面介紹常用的分析方法。對(duì)于某些故障信號(hào)，其波形具有明顯的特征，這時(shí)可以利用時(shí)間波形做出初步判斷。對(duì)故障進(jìn)行定位的一種常用方法就是進(jìn)行信號(hào)的頻域分析。用渦流傳感器接收的信號(hào)質(zhì)量一般比較好，經(jīng)過直流分量濾波后，做出的幅值譜上各階倍頻分量清晰，譜峰尖銳，可以作為監(jiān)測(cè)和故障診斷的依據(jù)。自功率譜分析能夠?qū)?shí)測(cè)的復(fù)雜工程信號(hào)分解成簡(jiǎn)單的諧波分量來研究，描述了信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)，因此對(duì)機(jī)器設(shè)備的動(dòng)態(tài)信號(hào)作功率譜相當(dāng)于給機(jī)器“透視”，從而了解機(jī)器設(shè)備各個(gè)部分的工作狀況。3 旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障機(jī)理及診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主要功能是由旋轉(zhuǎn)動(dòng)作完成的，轉(zhuǎn)子是其轉(zhuǎn)動(dòng)部件，也是最易發(fā)生故障的部件。轉(zhuǎn)子不平衡故障包括：轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、轉(zhuǎn)子初始彎曲、轉(zhuǎn)子熱態(tài)不平衡、轉(zhuǎn)子部件脫落、轉(zhuǎn)子部件結(jié)垢和聯(lián)軸器不平衡等；不平衡按其機(jī)理又可分為靜失衡、力偶失衡、準(zhǔn)靜失衡、動(dòng)失衡等四類。 (2) 不平衡故障的特征 不平衡振動(dòng)特征Tab. Vibration characteristic of unbalance特征頻率常伴頻率振動(dòng)穩(wěn)定性振動(dòng)方向相位特征軸心軌跡進(jìn)動(dòng)特征矢量區(qū)域1X穩(wěn)定徑向穩(wěn)定橢圓正進(jìn)動(dòng)不變 不平衡敏感參數(shù)Tab. Sensitive parameter of unbalance振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速變化振動(dòng)隨負(fù)荷變化振動(dòng)隨油溫度變化振動(dòng)隨流量變化振動(dòng)隨壓力變化其他識(shí)別方法明顯不明顯不變不變不變低速時(shí)振幅趨于零