虛擬設備故障診斷體系總體結構

　　壓縮機是一種依靠壓縮氣體而為系統(tǒng)提供動力(dòng lì)的機械，其用途廣泛、品種繁多，已在冶金、礦山、建材、航天等行業(yè)得到廣泛應用，尤其在石油、化工等工業(yè)中，已成為不可少的關鍵設備(shèbèi)壓縮機一旦發(fā)生故障，會導致(cause)整個生產線停工，造成很大的財產損失，甚至危害人身安全。因此，有必要對壓縮機設備的運行狀況進行在線監(jiān)測（Food Monitor)和故障診斷，及時發(fā)現(xiàn)和排除故障，以保證生產的順利進行。目前對壓縮機采用的維修手段大多還是故障維修和定期維修，前者具有滯后性，后者具有很大的盲目性。
　　本文針對螺桿(Screw)壓縮機的工作特點，以N I的Labview軟件為開發(fā)平臺，采用對各靜態(tài)參數(shù)(parameter)進行在線實時監(jiān)測和越限報警，對軸承振動信號利用現(xiàn)代信號分析(Analyse)的新技術，對振動信號采用功率譜分析、相關分析、趨勢分析、基于EMD和小波包結合的信號包絡提取分析以及基于向量機的智能(intelligence)診斷分析技術，據(jù)此搭建了一套基于虛擬儀器的壓縮機故障診斷系統(tǒng)。
　　2故障診斷系統(tǒng)總體結構本系統(tǒng)分為信號采集和信號分析兩部分。信號采集部分利用壓力、溫度和振動(vibration)傳感器采集被測參數(shù)(parameter)，經信號調理過后送數(shù)據(jù)采集卡采集，采集卡采集的數(shù)據(jù)送入計算機進行分析，被測參數(shù)有靜態(tài)量和動態(tài)量，靜態(tài)量參數(shù)有：級進氣溫度、級排氣溫度、級進氣溫度、級排氣溫度、冷卻(cooling)水進水溫度、冷卻水溫度、冷卻水出水溫度、潤滑油溫度、箱罩內溫度、級進氣壓力、級排氣壓力、級進氣壓力和級排氣壓力，動態(tài)量參數(shù)為軸承(bearing)的振動信號；信號分析部分是一Labview監(jiān)控診斷平臺，對各靜態(tài)量實時顯示和監(jiān)控，對振動信號進行多手段分析和處理(chǔ lǐ)。系統(tǒng)總體結構如所示。
　　3軟件結構及各功能(gōng néng)模塊3 1軟件總體結構整個監(jiān)控系統(tǒng)(system)分為3層：初始主界面層、參數(shù)(parameter)設置層和監(jiān)控診斷層。參數(shù)設置層用來設置機組號和監(jiān)測（Food Monitor)參數(shù)，監(jiān)控診斷層對采集進來的信號進行分析(Analyse)診斷，整體結構如所示。
　　3 2界面和功能模塊在Labview中開發(fā)的程序(procedure)都被稱為V I（V iew In strum ent），所有的V I都包括Front panel（前面板）和Block diagram
　　（后面板程序(procedure)）兩部分。
　　3 2 1參數(shù)設置子V I點擊初始界面的點擊進入按扭后，系統(tǒng)(system)進入監(jiān)控參數(shù)設置界面，設置監(jiān)測機組號、溫度（temperature)和壓力監(jiān)控參數(shù)，該程序建立了一個全局變量，用來保存和傳遞設定參數(shù)。昆山空壓機維修軸承跑外圈一般是因為配合的精度不夠以及外圈定位方式設計不合理造成的。并非所有機頭都按這個時間進行，如果保養(yǎng)好的可以延后，保養(yǎng)差的則需要提前。 昆山空壓機維修是更換全部磨損的零件，空壓機轉1000個小時或一年后，要更換濾芯，在多灰塵地區(qū)，則更換時間間隔要縮短。濾清器維修時必須停機，檢查壓縮機所有部件，排除壓縮機所有故障。前面板如所示。
　　參數(shù)設置界面3 2 2監(jiān)視診斷子V I在前面板上分為4個功能區(qū)：靜態(tài)量參數(shù)監(jiān)測（Food Monitor)區(qū)、軸承實時振動信號顯示區(qū)、功率譜和相關分析顯示區(qū)和功能菜單區(qū)。
　　靜態(tài)量監(jiān)視區(qū)能對各參數(shù)(parameter)實時顯示和監(jiān)測，并能在監(jiān)視對象超過設定值時報警；軸承振動信號實時顯示區(qū)能對兩測點的軸承振動信號實時顯示；功率譜和相關分析顯示區(qū)能對軸承振動信號的功率譜圖和相關分析結果顯示；菜單功能(gōng néng)區(qū)是各種對軸承振動信號分析手段和方法，主要有：功率譜分析、相關分析、趨勢分析、基于EMD /H S和小波包結合的信號包絡提取分析和基于向量機的軸承故障智能診斷(diagnosis)分析磁選機是使用于再利用粉狀粒體中的除去鐵粉等篩選設備礦漿經給礦箱流入槽體后，在給礦噴水管的水流作用下，礦粒呈松散狀態(tài)進入槽體的給礦區(qū)。昆山空壓機是回轉容積式壓縮機，在其中兩個帶有螺旋型齒輪的轉子相互嚙合，使兩個轉子嚙合處體積由大變小，從而將氣體壓縮并排出。
　　本系統(tǒng)對壓縮機的動態(tài)量分析主要是針對軸承的振動信號，因為根據(jù)研究，壓縮機的絕大部分故障都能通過軸承的振動信號體現(xiàn)出來。趨勢分析主要是運用小波分析手段對軸承振動信號進行分析，提取振動信號的趨勢項，用來反映壓縮機工作(gōng zuò)狀態(tài)趨勢和判斷是否存在故障。
　　基于EMD /HS和小波包結合的信號包絡分析是考慮（consider)到在實際情況中，測得的軸承(bearing)信號可能是調制信號，用傳統(tǒng)(Tradition)的傅里葉分析手段存在很大的缺陷，這里運用EMD /HS法，把振動信號進行分解成若干個IMF分量，在利用H ilbert變換提取信號包絡，但由于EMD分解過程中，存在端點效應，很容易產生虛假成分，這里運用小波包預先對信號進行降噪，再進行EMD /HS分析，實驗表明，這種方法效果明顯。
　　支持向量機（ Support Sector M ach ine ，簡稱SVM）是V apnik等人根據(jù)統(tǒng)計學理論提出的一種學習(Learn)方法，它在解決模式識別的小樣本問題中表現(xiàn)出了獨特的優(yōu)勢和良好的應用前景，已用于模式識別和特征提取等領域。昆山空壓機維修是更換全部磨損的零件，空壓機轉1000個小時或一年后，要更換濾芯，在多灰塵地區(qū)，則更換時間間隔要縮短。濾清器維修時必須停機，檢查壓縮機所有部件，排除壓縮機所有故障。SVM可以采用少量的時域故障（fault）數(shù)據(jù)樣本訓練故障分類器，不必進行信號(signal)預處理來提取特征量，便可實現(xiàn)多故障的識別和診斷。這幾種分析手段都分別編成功能子V I，當監(jiān)視診斷界面響應菜單操作控制時動態(tài)調用這些子V I.
　　4模擬(定義:對真實事物或者過程的虛擬)試驗通過設定模擬信號來驗證本測試系統(tǒng)的可行性，試驗結果如、5、6所示。昆山空壓機是一種用以壓縮氣體的設備?？諝鈮嚎s機與水泵構造類似。大多數(shù)空氣壓縮機是往復活塞式，旋轉葉片或旋轉螺桿。離心式壓縮機是非常大的應用程序。顯示的是各靜態(tài)量和軸承實時振動信號監(jiān)測結果，可以看到當所監(jiān)測到某一靜態(tài)量參數(shù)超過設定值時，該值會不停閃爍，達到報警(Call the police)目的；顯示的是菜單功能中對軸承振動信號功率譜和相關分析(Analyse)結果；顯示的是菜單功能中對軸承振動信號向量機分析結果?？梢钥闯?，該監(jiān)測診斷系統(tǒng)可有效的對壓縮機(compressor)狀態(tài)進行實時監(jiān)測和故障診斷，設計界面友好，診斷方法(method)可行。
　　5結束語Labview是一種圖形化的編程語言和開發(fā)(Development)環(huán)境(environment)，功能(gōng néng)強大，可以靈活的搭建數(shù)據(jù)（data)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示(display)存儲系統(tǒng)，靈活直觀，可大幅度最大化減少系統(tǒng)設計和開發(fā)時間(time)。本文研制的監(jiān)測（Food Monitor)系統(tǒng)能對壓縮機工作(gōng zuò)狀態(tài)進行實時監(jiān)測，能對其狀態(tài)趨勢和軸承(bearing)故障（fault）進行診斷并判斷故障所在，通過對該系統(tǒng)的進一步完善可應用于實際設備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。