【正文】 0MHz。 ?4．同步采樣與偽同步采樣 設(shè)備故障診斷系統(tǒng)是一種多通道信號分析系統(tǒng)，它與 工業(yè)控制系統(tǒng)在信號采集方面的要求是不一樣的。工業(yè)控制 系統(tǒng)中工藝參數(shù)往往是緩變量，但數(shù)據(jù)采集點多，在數(shù)據(jù)采 集策略上基本都是對一個數(shù)據(jù)采集點取多個樣，取平均值作 為該采樣的采集值，然后切換到下一個數(shù)據(jù)采集點。也就是 說：各個采集點的數(shù)據(jù)實際上都是在不同時間采集的。 多通道信號分析系統(tǒng)則要求各通道的采樣值都是同一時 刻的（ A B C …F1是同一時間的信號樣本， Ai、 Bi、 Ci、 …Fi也是同一時間的信號樣本），即要求同步采樣。因 此多通道信號分析系統(tǒng)的 A/D轉(zhuǎn)換裝置有兩種硬件策略，一 是每通道一個 A/D轉(zhuǎn)換電路，實現(xiàn)同步采樣，這種方案的同 步性最好，也是成本最高的，通常用于少通道（如 2通道、 4通道）采樣；另一種是帶有多通道同步保持器的單 A/D轉(zhuǎn) 換電路，同步保持器類似照相機的快門，將各通道的信號電 壓拍攝進來并保持，再等待 A/D電路依次進行轉(zhuǎn)換采樣。 另外還有一種偽同步采樣，它使用普通的高速 A/D卡， 從控制軟件上實現(xiàn)偽同步采樣。其基本思路是這樣的：由于 設(shè)備診斷所需的采樣頻率在 10KHz以下，采用 100KHz～ 300KHz檔次的 A/D卡（通道數(shù)愈多，采頻檔次愈高），在 控制軟件的采樣策略方面采取以最高速度依次對各通道進行 轉(zhuǎn)換傳輸，然后空循環(huán)等待下一次采樣指令。控制空循環(huán)等 待時間以實現(xiàn)所需要的采樣頻率。 A1…F1 多通道轉(zhuǎn)換傳輸時間 A2…F2 多通道轉(zhuǎn)換傳輸時間 由采樣頻率規(guī)定的采樣周期時間 空循環(huán)等待時間 圖 3—54 偽同步采樣原理示意圖 作為信號測取技術(shù)的最后一個環(huán)節(jié) ——A/D變換，在實際應(yīng)用時要確 定的以下參數(shù)： ① 采樣通道數(shù) ——由所需要的信號路數(shù)，即傳感器數(shù)決定。 ② 采樣頻率 ——對于振動類信號，按采樣定律的概念，每通道的采樣 頻率是最高感興趣信號頻率的 3～ 4倍。在 A/D變換前應(yīng)使用低通濾波器 將最高感興趣信號頻率以上的成份濾除。 ③ 樣本長度 ——按快速富里葉變換 FFT的需要，每路信號所取的采樣 點數(shù)是 2N。通常樣本長度取 1024點或 2048點。樣本長度與采樣頻率決 定頻譜分析的頻率分辨率 Δ f 在樣本長度不變的條件下，采樣頻率提高，則頻率分辨率下降， Δ f 變大。所以采樣頻率不可太高。 在采樣頻率不變的條件下，樣本長度增加，則頻率分辨率提高，Δ f 變小。但樣本長度只能按 2N的規(guī)律增加，即按 204 409 8192數(shù)字 序列增加。樣本長度的增加，造成 FFT計算量的增加，轉(zhuǎn)換時間成倍數(shù) 的增長。所以通常樣本長度取 1024點或 2048點。 )()(采樣點數(shù)采樣頻率Nff c??3． 9 監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的組成與工作程序 機械設(shè)備故障診斷系統(tǒng)從技術(shù)上講，可分為兩部分。 第一部分由硬件組成，它們的任務(wù)是獲取包含設(shè)備各種信息的物理 信號。這一任務(wù)的工作程序為：根據(jù)具體情況分析應(yīng)測量的物理信號， 選用合適的傳感器，將物理信號轉(zhuǎn)換成電信號。選擇合理的后續(xù)儀器或 預(yù)處理電路，將電信號去偽存真，并調(diào)節(jié)整理轉(zhuǎn)換成符合標準規(guī)范的電 信號。把符合標準規(guī)范的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，為后面的信號分析做好 準備。 機械設(shè)備故障診斷系統(tǒng)的第二部分由軟件組成，它們的任務(wù)是對數(shù) 字量表現(xiàn)的信號進行提取特征的分析和數(shù)據(jù)解釋。其工作程序為：采用 正確的信號分析技術(shù)，將信號中反映設(shè)備狀況的特征信息提取出來，與 過去值進行比較，找出其中的差別，以此判定設(shè)備是否有故障，故障的 類型以及故障的部位。 一．監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的任務(wù) ? 1）能反映被監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)并對異常狀況發(fā)出警告。通過監(jiān)測與診斷系統(tǒng)對機械設(shè)備進行連續(xù)的監(jiān)測，可以在任何時刻了解設(shè)備的當前狀況，并通過與正常狀態(tài)的特征值的比較，判定現(xiàn)狀是否正常。若發(fā)現(xiàn)或判定異常，及時發(fā)出故障警告。 ? 2）能提供設(shè)備狀態(tài)的準確描述。在正常運行狀態(tài)時，能反映設(shè)備主要零部件的劣化程度，為設(shè)備的檢修提供針對性的依據(jù)。當設(shè)備發(fā)生故障時，能反映故障的位置 ——造成故障的零部件，及故障的程度。為是堅持運行還是停機檢修提供決策依據(jù)。 ? 3）能預(yù)測設(shè)備狀態(tài)的發(fā)展趨勢。通過對狀態(tài)特征數(shù)據(jù)的時間歷程的統(tǒng)計分析，描繪出狀態(tài)特征數(shù)據(jù)的時間歷程曲線及趨勢擬合方程的曲線，對后續(xù)的設(shè)備狀態(tài)發(fā)展進行預(yù)測。以提供制定大修工作計劃內(nèi)容的依據(jù)，避免欠維修或過維修發(fā)生。 二．監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的組成 監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的組成與任務(wù)目標是配合協(xié)調(diào)的。它們分為簡易診斷系統(tǒng) 和精密診斷系統(tǒng)兩種。大多數(shù)點巡檢系統(tǒng)屬于簡易診斷系統(tǒng)，在線監(jiān)測與診斷 系統(tǒng)屬于精密診斷系統(tǒng)。 簡易診斷系統(tǒng)由便攜式測量儀表（如振動參數(shù)測試儀、軸承故障測試儀等） 和一些統(tǒng)計圖表所組成。圖 3—55是一個點檢數(shù)據(jù)記錄統(tǒng)計表的例子，統(tǒng)計表由 示意圖、設(shè)備名稱、結(jié)構(gòu)參數(shù)、測量部位、測量參數(shù)、判別標準、點檢數(shù)據(jù)及 測點趨勢圖等所組成。是簡易診斷系統(tǒng)的重要組成部分。 名稱：初軋 7架減速機 電機轉(zhuǎn)速： 1450 RPM 齒數(shù)： Z1=31； Z2=56； Z3=43； Z4=72 測點號 測量參數(shù) 正常判定條件 標準值 a1 mm/s2 a2 mm/s2 a3 mm/s2 a4 mm/s2 Z1 Z2 Z3 Z4 a1 a2 a3 a4 測點號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 1314 1516 1718 1920 21222324 2526 2728 293031 精密診斷系統(tǒng) 屬于精密診斷系統(tǒng)的在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)由三部分組成：數(shù)據(jù)采集部分；狀態(tài)識別部分和數(shù)據(jù)庫部分。 數(shù)據(jù)采集部分包含：傳感器、信號調(diào)理器（放大、濾波等）、 A/D轉(zhuǎn)換器及計算機，還可以有其他輔助儀器。 狀態(tài)識別部分是計算機中的數(shù)字信號處理軟件。它包含：信號分析模塊（時域統(tǒng)計分析、頻域分析 … ）、狀態(tài)識別模塊、趨勢分析模塊、 圖形顯示模塊、數(shù)據(jù)解釋模塊、故障診斷模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、系統(tǒng)管理模塊。 數(shù)據(jù)管理部分主要依托數(shù)據(jù)庫，最常見的是 Access數(shù)據(jù)庫和 SQL Server網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。分別將設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)、測點基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)及周、日數(shù)據(jù)等劃分為多個既獨立存在又相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)表。 圖 3—57 監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的信號處理部分 圖 3—57中，左邊是數(shù)據(jù)管理窗口，右上是頻譜分析窗口，右下是數(shù)據(jù)解釋窗口。 三．實施故障監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的工作程序 ?（ 1）了解診斷對象 了解設(shè)備的主要手段是開展設(shè)備調(diào)查。在調(diào)查前應(yīng)作出一張調(diào)查表，它由 設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)子表、設(shè)備運行參數(shù)子表、設(shè)備狀況子表組成。 1）清楚設(shè)備的基本組成部分及其聯(lián)接關(guān)系。 2）必須查明各主要零部件（特別是運動零件）的型號、規(guī)格、結(jié)構(gòu)參數(shù)及數(shù)量等。 設(shè)備運行參數(shù)子表包括以下內(nèi)容： ① 各主要零部件的運動方式：旋轉(zhuǎn)運動還是往復(fù)運動； ② 機器的運動特性：平穩(wěn)運動還是沖擊性運動； ③ 轉(zhuǎn)子運行速度：低速 (600r／ min)，中速 (600—6000r／ min)還是高速(60000r／ min)；勻速還是變速； ④ 機器平時正常運行時及振動測量時的工況參數(shù)值，如：排出壓力、流量、轉(zhuǎn)速、溫度、電流、電壓等。 ⑤ 載荷性質(zhì)：均載、變載還是沖擊負荷； ⑥ 工作介質(zhì)：有無塵埃、顆粒性雜質(zhì)或腐蝕性氣 (液 )體。 ⑦ 周圍環(huán)境：有無嚴重的干擾 (或污染 )源存在，如強電磁場、振源、熱源、粉塵等。 設(shè)備狀況子表包括以下內(nèi)容： ① 設(shè)備基礎(chǔ)型式及狀況，搞清楚是剛性基礎(chǔ)還是彈性基礎(chǔ)。 ② 有關(guān)設(shè)備的主要設(shè)計參數(shù)，質(zhì)量檢驗標準和性能指標，出廠檢驗記錄，廠家 ③ 有關(guān)設(shè)備常見故障分析處理的資料 (一般以表格形式列出 )，以及投產(chǎn)日期，運行記錄，事故分析記錄，大修記錄等。 ?（ 2）確定診斷方案 ① 選擇測點 ② 預(yù)估頻率和振幅 ③ 確定測量參數(shù) ④ 選擇診斷儀器 ⑤ 選擇與安裝傳感器 ⑥ 做好其他相關(guān)事項的準備 圖 3—58 測點選擇示意圖 ?（ 3）進行振動測量與信號分析 對于初次測量的信號，要進行信號重放和直觀分析，檢查測得的信 號是否真實。若對所測的信號了解得比較清楚，對信號的特性心中有數(shù)， 那么在現(xiàn)場可以大致判斷所測得信號的幅值及時域波形的真實性。如果 缺少資料和經(jīng)驗，應(yīng)進行多次復(fù)測和試分析，確認測試無誤后再作記錄。 如果所使用的儀器具有信號分析功能，那么，在測量參數(shù)之后，即 可對該點進一步作波形觀察、頻率分析等有關(guān)項目，特別對那些振動超 常的測點作這種分析很有必要。測量后要把信號儲存起來，若要長期存 儲，則必須存儲到合適的數(shù)據(jù)庫中。 ?（ 4） 實施狀態(tài)判別 根據(jù)測量數(shù)據(jù)和信號分析所得到的信息，對設(shè)備狀態(tài)作出判別。首 先判斷它是否正常，然后對存在異常的設(shè)備作進一步分析，指出故障的 原因、部位和程度。對那些不能用簡易診斷解決的疑難故障，必須動用 精密診斷手段去加以確診。 ?（ 5）作出診斷決策 通過測量分析、狀態(tài)識別等幾個程序，弄清了設(shè)備的實際狀態(tài)，為 處理決策創(chuàng)造了條件。這時應(yīng)當提出處理意見：或是繼續(xù)運行，或是停 機修理。對需要修理的設(shè)備，應(yīng)當指出修理的具體內(nèi)容，如待處理的故 障部位、所需要更換的零部件等。 ?（ 6）檢查驗證 設(shè)備診斷的全過程并不是到作出結(jié)論就算結(jié)束了，最后還有重要的 一步，必須檢查驗證診斷結(jié)論及處理決策的結(jié)果。診斷人員應(yīng)當向用戶 了解設(shè)備拆機檢修的詳細隋況及處理后的效果，如果有條件的話，最好 親臨現(xiàn)場察看，檢查診斷結(jié)論與實際情況是否符合，這是對整個診斷過 程最權(quán)威的總結(jié)，也是增長經(jīng)驗的重要步驟。