旋转机械振动在线监测系统的研究与开发

摘要

在旋转机械的使用过程中，故障的发生常常难以避免。一旦旋转机械的某一部位发生故障，轻则影响工业生产效率，降低旋转机械使用寿命，重则威胁工作人员的生命财产安全，造成不可估量的损失。为了尽可能的减少不必要的灾难发生，及时发现并处理故障问题是极其需要的。
　　本文以某造纸厂造纸电机为研究对象，针对具体的旋转机械设备，从系统需求出发研究与开发旋转机械振动在线监测系统。
　　首先，通过对旋转机械振动在线监测系统的国内外研究状况进行深入了解，对系统设计内容做出整体规划。在对旋转机械的常见故障类型及故障原因的全面分析的基础上，将旋转机械振动在线监测系统主要分为两部分进行设计，即硬件部分和软件部分。
　　其次，对振动信号的预处理过程进行简要分析，并选用小波算法对信号进行分析处理。现场采集到的信号中不可避免的会夹杂噪声等干扰信号，且有用信号可能十分微弱，因此必须设计信号预处理过程，对信号进行必要的滤波、放大、隔直等操作。小波变换具有多分辨率分析的特点，因此具有对非平稳信号局部化分析的突出优点，有良好的时频定位功能，非常适合探测正常信号中夹杂反常信号，对故障检测和诊断具有良好效果。
　　再次，设计旋转机械振动在线监测系统的硬件部分。选择ARM芯片作为微控制器和电涡流传感器作为信号采集工具。以微控制器为核心设计旋转机械振动在线监测系统的硬件部分，主要包括电源电路的设计、接口电路的设计、存储电路的设计、信号预处理电路的设计与模数转换电路的设计。
　　然后，设计旋转机械振动在线监测系统的软件部分。针对旋转机械控制系统的功能要求，在Visual Studio2010开发平台下用高级编程语言C＃完成软件部分的开发，实现对旋转机械系统的实时监控，并实现对数据查询、绘制、通讯等功能。建立旋转机械振动在线监测系统数据库，对监测数据进行统一管理，方便工作人员对历史数据的查询。
　　最后，使用小波算法进行示例仿真。通过仿真实例来了解数据分析处理过程，并与故障特征进行对应，完成旋转机械故障诊断的分析处理及诊断过程。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 课题研究的背景和意义

1．3 旋转机械振动在线监测系统的国内外研究现状

1．3．1 旋转机械振动在线监测系统的国外研究现状

1．3．2 旋转机械振动在线监测系统的国内研究现状

1．4 旋转机械振动在线监测系统简介

1．4．1 现场采集技术简介

1．4．2 上位数据处理分析技术简介

1．5 课题研究内容与组织结构

1．5．1 研究目标

1．5．2 研究内容

1．5．3 需解决的关键问题

1．5．4 论文组织结构

1．6 本章小结

第2章 系统分析及算法介绍

2．1 旋转机械振动的原因

2．2 振动监测

2．3 振动传感器的选择

2．4 振动信号预处理

2．4．1 振动信号预处理功能

2．4．2 振动信号预处理过程设计

2．5 模数转换(A／D转换)

2．6 分析系统

2．6．1 振动特征参量

2．6．2 信号分析方法

2．6．3 上位软件功能分析

2．7 小波变换

2．7．1 常用的小波函数

2．7．2 连续小波变换和离散小波变换

2．7．3 多分辨分析

2．7．4 小波分析应用

2．8 本章小结

第3章 旋转机械振动在线监测系统的硬件设计

3．1 系统控制对象概述

3．2 系统硬件平台设计

3．3 微处理器选型

3．4 基于STM32F103VBT6的最小系统设计

3．4．1 电源模块

3．4．2 232接口模块设计

3．4．3 存储器模块

3．4．4 程序下载模块

3．4．5 其它模块设计

3．5 信号调理电路和模数转换的设计

3．5．1 信号调理电路

3．5．2 模拟信号与数字信号的转换

3．6 下位软件设计

3．6．1 数据采集存储模块

3．6．2 信号分析模块

3．7 本章小结

第4章 旋转机械振动在线监测系统的软件设计

4．1 软件框架设计

4．1．1 软件功能分析

4．1．2 软件设计原则

4．1．3 软件模块设计

4．1．4 上位软件框架设计

4．2 软件开发平台与工具

4．3 软件界面的研究与开发

4．3．1 系统登陆模块的设计及实现

4．3．2 系统主界面模块的设计及实现

4．3．3 系统总画面模块的设计及实现

4．3．4 系统实时曲线模块的设计及实现

4．3．5 系统数据查询模块、报表模块和历史曲线模块的设计及实现

4．3．6 数据通讯模块的设计及实现

4．3．7 其它模块的设计及实现

4．4 通讯模块设计

4．5 数据库模块的设计

4．5．1 数据表的设计

4．5．2 数据库文件类设计

4．5．3 数据库访问及操作设计

4．6 本章小结

第5章 旋转机械振动在线监测系统的算法实现

5．1 旋转机械典型故障及其对应特征频率分析

5．2 算法的应用思路

5．3 系统故障诊断的仿真实现

5．3．1 原始信号的采集及显示

5．3．2 小波滤波及重构

5．3．3 对所需频段信号做Hilbert包络及谱分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的学术论文