[發明專利]基于WIA-PA無線振動儀表的故障診斷裝置及方法

有效

• 申請號: 201210560416.X
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN103884371A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 李金英;曾鵬;趙雪峰;張延宇;劉忠強;楊光
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G01D21/00
• 分類號: G01D21/00;G01H17/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 周秀梅;許宗富

技術領域

本發明涉及一種執行設備故障診斷的方法及裝置。裝置基于振動執行故障診斷，并通過WIA-PA無線網絡傳輸振動數據至上位機，進一步實現高級診斷。

背景技術

在石油、化工、冶金和電力等現代企業中，風機、壓縮機、泵、電機等設備都是關鍵的生產工具，對這些設備開展狀態檢測與故障診斷工作，保障設備安全可靠的運行，可以取得巨大的經濟效益和社會效益。振動對這些工作中的設備具有破壞性，例如轉子的不平衡或沖擊，零件間的滾動及相互摩擦，零件間產生的間隙或松動，零件表面產生的剝落或裂紋等等。這些振動將導致元件故障或失效。

振動儀表通過直接安裝于機器表面的振動傳感器感測設備產生的振動噪聲信號，識別異常振動幅值并結合上位機數據庫判別故障零件及故障類型，從而維修或更換故障或性能降低的零部件，避免停機故障造成的損失。例如，將儀表安裝至脫氧機泵，實時檢測脫氧機泵的振動，分析振動信號發現機泵潛在的故障如不平衡、不對中、軸承故障等，實現基于狀態的維護。

振動診斷可以提前發現故障或性能降低的零部件，提前更換或維修，降低維護成本及避免突然停機造成的經濟損失。傳統有線儀表安裝布線復雜，電纜購置、鋪設及維護成本高。基于WIA-PA網絡的無線儀表可以很好的滿足系統監測的需求。智能無線網絡WIA(Wireless?Networks?for?Industrial?Automation)基于短程無線通信IEEE802.15.4標準，使用自由頻帶，解決在大型器械、金屬管道等對無線信號反射、散射造成的多徑效應，以及電機、器械運轉產生的電磁噪聲對無線通信干擾，提供高可靠、實時無線通訊服務。智能無線網絡WIA技術特別適用于工業控制與工廠自動化過程控制，并廣泛應用于石油、化工、冶金、礦山等領域。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種執行設備故障診斷的方法及裝置。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：基于WIA-PA無線振動儀表的故障診斷裝置，工業以太網與上位機、服務器、無線網關連接，無線網關與安裝在用于大型旋轉設備上的無線振動儀表進行無線通信。

所述設備包括泵、電動機、壓縮機。

所述無線振動儀表包括：微控制器與復位電路、時鐘電路、存儲器電路、A/D轉換電路、無線收發模塊連接；振動傳感器與信號處理電路的輸入端連接，信號處理電路的輸出端與A/D轉換電路的模擬輸入端連接。

基于WIA-PA無線振動儀表的故障診斷方法，包括以下步驟：

網關搜索無線振動儀表,無線振動儀表入WIA無線網絡；

如果無線振動儀表為初次使用，則上位機設定診斷過程參數下發到該儀表，該儀表保存診斷過程參數；如果不是初次使用，則無線振動儀表判斷運行時間是否達到自身的數據采集刷新周期；未達到則結束本次診斷；達到則啟動無線振動儀表完成一次處理操作；

上位機通過工業以太網接收無線振動儀表處理后的數據，并下發結束命令至無線振動儀表；然后將數據上傳至故障診斷數據庫用于故障分析，實現無線振動儀表的故障診斷。

所述診斷過程參數包括儀表刷新速率，儀表工作模式，被測設備基頻，故障分析頻譜倍頻數，數據采樣頻率，數據采樣長度。

所述無線振動儀表處理操作包括以下步驟：

無線振動儀表內的微控制器根據載入的數據采樣頻率及數據采樣長度將儀表內A/D轉換電路所接收的傳感器的電壓信號轉換為傳感器反饋數據進行數據標定和傳感器狀態的判斷：

數據標定具體為將傳感器反饋數據轉換為振動加速度信號；

傳感器狀態的判斷具體為：根據傳感器反饋數據判斷傳感器是否在正常狀態；如異常，不啟動儀表工作；如果正常，則采用傅里葉變換方法將振動數據轉化為頻譜；

無線振動儀表通過無線收發模塊請求WIA無線網絡發送一次采集運算結果；數據傳輸完成后，無線振動儀表處理結束并進入休眠狀態。

所述采用傅里葉變換方法將振動數據轉化為頻譜數據具體為：將振動加速度信號轉換為時域的振動幅值，并應用快速傅里葉變換得到頻域的頻譜。

所述采集運算結果包括振動幅值數據和頻譜。

所述得到故障診斷結果包括以下步驟：

根據每次數據采集刷新周期的振動幅值數據匯總出振動趨勢圖，根據振動閾值判定是否有異常振動；如果超出閾值，則將該異常數據輸入故障診斷數據庫得到故障原因，通過儀表的表號得到故障點。

本發明具有以下有益效果及優點：