基于LabVIEW转子轴心轨迹测量与识别系统开发
基于LabVIEW的滑动轴承转子系统实验设计

第 2期
张 宏 献 等 : 于 Lb IW 的滑 动 轴 承 转 子 系统 实 验 设 计 基 aVE
了滑动轴承转子系统综合实验 台, 可实现测量转子系统的转速、 轴心轨迹 、 温度 、 频谱 图、 振幅图、 相位等动
力 学特 征 , 要用 于考 察 滑 动 轴 承 圆 度 误差 、 主 润滑 油 温 粘热 效 应 等 因 素对 滑 动 轴 承转 子 系统 稳 定 性 影 响. 本 实验 台 的开发 对滑 动 轴 承转 子 动 力学 的 教学科 研 及工 程 实际 应用 都 有 一定 的参 考 意 义.
术 界所 接 受. L b I W 软 件 是一 种 典 型 的 虚拟 仪 器 开发 工 具 ,由于 其 直 观 的 图形 化 编 程语 言及 强 大 的计 算 功 能 , aV E
也 越来 越 多地 被应 用 于轴 承 转子 系统 动力 学 实验 . 献 [ ] 用 Lb E 软 件编 制 转子 实 验 台数据 采集 分 文 2利 aVIW 析 程序 。 根据 转 子振 幅和 相位 随转 速 在 临界 转 速 突变 的性 质 , 而得 到转 子 系统 临界 转 速 . 从 文献 [ 】[] 3 、4利 用 Lb lW 软件 实 现对 滑 动轴 承油 膜分 布 情况 及油 膜压 力 大小 的测 量 . aVE 文献 [ ] 于几 种 常用 的转 子动平 5基
第 2 卷 第 2期 2 21 0 1年 6月
广 西 工 学 院 学 报
J 0UR NAL OF GUA NG ̄ UNI ERS Y O E V n’ F T CHNOL GY O
V0I 2 . No2 2 .
Jn 0 l u e2 1
文章 编 号 10 .4 0 2 1 )20 2—5 046 1 (0 0 .0 80 1
基于LabVIEW的旋转机械监测与诊断系统设计

际 的高科技 产 品 。因此 , 关于 虚拟 仪器 技术 的
收稿 日期 :0 0—0 21 6—1 0
基 金 项 目: 阳 航 空 航 天 大 学 博 士 启 动 基 金 项 目 ( 目 编 号 : 沈 项
0Y 0 ) 6 B 2
作 者 简 介 : 颖 ( 9 5一 , , 宁 宽 甸 人 , 读 硕 士 , 要 研 究 方 刘 18 ) 女 辽 在 主
要: 随着现代科学技术在设备上 的应用 , 旋转机械设备越来越大 型化 、 复杂化 , 自动化程度也
越来越 高。因此 , 对旋转机械监测和诊 断系统 的要求也 越来 越高。在分 析旋转 机械故 障易造成
重 大 损 失 的基 础 上 , 阐述 了在 工 业 生 产 中 利 用 虚 拟 仪 器 构 建 状 态 监 测 与 诊 断 系 统 的优 越 性 。提 出 了基 于 L b I W 的 旋 转 机 械 监 测 与 诊 断 的硬 件 及 软 件 解 决 方 案 , 以 满 足 方 便 地 监 测 各 类 转 a VE 可 子 工 况 以及 及 时 做 出 准确 的故 障诊 断 的 要求 。
关键词 :a V E 旋转机械 ; Lb IW; 状态监测 ; 障诊 断 故
中 图分 类 号 : 2 7 V4
di1.9 9 ji n 10 1 8 .0 00 .2 o :0 3 6 / .s .0 7— 3 5 2 1 . 0 0 s 4
文献标识码 : A
旋 转 机 械 在 电力 、 源 、 通 、 能 交 国防及 石油 化
监 测和 诊断 的信 息很 多 , 括振 动 、 包 温度 、 力 、 压 电
高 。设 备在运 行 过 程 中 , 状 态 和故 障表 现 为设 其
基于LabVIEW的旋转机械振动在线监测和故障诊断系统设计

学号:200921070413 姓名:吕亮自动化学院基于LabVIEW的旋转机械振动在线监测和故障诊断系统设计摘要旋转机械是现代社会生产中的重要设备,一旦设备发生故障,不仅会造成巨大的经济损失,而且可能危及人身安全,产生重大的社会影响。
旋转机械的故障一般是由振动引起的,因此,我们通常利用检测设备检测振动信号来监视机械的工作状态,并对信号进行分析处理后提取故障信号。
本课题在实验的基础上,利用LabVIEW 编程语言,研究开发了旋转机械振动在线监测和故障诊断系统。
本文采用传感器、数据采集、信号处理、故障诊断和网络传输等技术对设备的运行状态进行实时在线监测和振动数据分析,主要研究内容包括信号的实时采集、远程数据传输、故障状态监测、数据存储和分析的结构设计与实现。
论文首先总结了振动状态监测与分析技术的相关理论知识,对常见的振动故障诊断方法进行了比较,为系统开发工作提供了理论基础。
接着,完成了系统软硬件设计,包括传感器和数据采集卡的配置、信号调理电路设计、振动信号连续采集和存储编程以及界面设计,实现了振动数据采集、存储及监测。
本文还研究了基于DataSocket的实时数据网络化远程传输技术,提出振动状态远程监测及故障诊断方案。
关键词:在线监测; 旋转机械; LabVIEW; 数据采集1 引言1.1研究领域及学科介绍机器的振动总是随着机器的运转而存在的。
即使是机器在最佳的运行状态,由于很微小的缺陷及外界激励,也将产生某些振动。
过大的振动又往往是机器破坏的主要原因,因此,我们通常利用检测设备检测振动信号来监视机械的工作状态,并对信号进行分析处理提取故障信号。
工业设备包括各类汽轮发电机组、离心压缩机组等回转机械及一些往复机组,如大型柴油发电机组等。
它们是电力、造船、冶金、汽车和石化等国民经济重要部门的关键设备,保障其安全、稳定、长期、满负荷运行将产生巨大的经济效益和社会效益。
一般机组成套设备包括众多环节,影响其安全运行的因素极多,通过使用各种设备对机组运行的过程振动参数进行信号的监测与分析是判断设备是否正运行、是否存在潜在故障及预测故障发展趋势等问题的有力手段。
基于LabVIEW的轴心轨迹故障自动识别系统

基于LabVIEW的轴心轨迹故障自动识别系统刘其洪;叶聪;李伟光;万好;乔于格【摘要】针对目前旋转机械故障诊断的计算量大、识别准确度不高、自动化程度低等问题,提出一种基于LabVIEW的轴心轨迹故障自动识别的新方法.对比小波与传统去噪算法,选用效果更优的小波提纯仿真轴心轨迹.通过改进的HU不变矩函数提取轴心轨迹的特征值,保证比例缩放不变性.两路相互垂直的位移传感器连接西门子LMS采集振动信号,结合关联度算法,在LabVIEW轴心轨迹故障自动识别系统上进行转子不对中故障测试,识别的结果与外8字轴心轨迹关联度高达97%,同时信号的Matlab时域轴心轨迹图为外8字,信号频谱图主要为一倍频和二倍频,均符合转子不对中故障特征.结果表明:该系统能够进行在线故障识别,为旋转机械的智能故障诊断提供参考依据.%For the problems of large computational quantity, low recognition precision and low automatization of rotating machinery fault diagnosis, a new method of automatic recognition system for shaft orbit faults based on LabVIEW is proposed. The wavelet and traditional denoising algorithms are compared and the shaft orbit simulation with wavelet purification of better effects is selected. The characteristic value of the shaft orbit is extracted by the improved HU invariant-moment function to ensure the invariance of scaling. Two mutually vertical displacement sensors are connected with Siemens LMS to acquire vibration signals. With the correlation degree algorithm, fault test is conducted for the automatic recognition system for shaft orbit faults based on LabVIEW. The results show that the correlation between the recognized results and the external 8-character shaft orbit reaches as high as 97%. Meanwhile, the signal'sMatlab time domain shaft orbit is external 8-character and the signal frequency spectrum is mainly of one time frequency and doubled frequency, fully according with the fault characteristic of rotor misalignment. The results show that the system can recognize the faults on line and it provides a reference for intelligent fault diagnosis of rotating machinery.【期刊名称】《中国测试》【年(卷),期】2018(044)004【总页数】6页(P69-74)【关键词】LabVIEW系统;轴心轨迹;关联度;故障诊断;Matlab【作者】刘其洪;叶聪;李伟光;万好;乔于格【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640【正文语种】中文0 引言对于大型旋转机械,由于现场工作环境的复杂性,以及通常需要在高速重载工况下连续运行,不可避免会出现振动,一旦振幅过大,极有可能造成机械系统运行不稳定,严重时会引起机械故障或停机,甚至会对现场工作人员的人身安全造成威胁,引发安全事故[1]。
基于LabVIEW和三点加重法的转子动平衡测试系统设计

( h eodA tl yE gne n ntue ia 105 C ia T eS cn rlr nier gIstt,X ’l7 0 2 , hn) ie i i l
Ab ta t T e r t r k n t - q i b i m e t g s se i e in d b s d o a VI W .I e meh d o p e dn s s o h e sr c : h oo i ei e u l r c i u tsi y t m s d sg e a e n L b E h to fa p n i g ma n t r e n
实践表 明 , 引起旋转机 械振动 的主要 原 因之 一是转子 不平 衡 , 占故障总数 的 8 % 。因此 , 约 0 对转 子进行 动平衡 , 是消 除故
障的主要手段 之一。
my 表示不平衡量 , m =mcs , :ms a 即 o ̄ my i 。为 了确 定不平衡 n
量 m的大小 和位 置 , 动转 子在工作转速下旋转 , 启 用测振设备
在一 固定点测 试振动振速 , 设振速为 。
在实际工作 中人们通 常用 单面加重 三元作 图法进 行叶轮 、
转子等设备的现场动 平衡 , 以消 除过大 的振动超 差。其优点 是
( . 、
设备简单 ( 只需一块测 振表 ) 。但是作 图分析过 程复杂 , 易被 不 掌握 , 易出现错误 … 。本设 计采 用一种 简单易行 的方法—— 且
p i t n o e pa e i u e , a s b p e d n s h e me ,me u i g t e s e d o oo i rn y t e s e d o i u o ns i n ln s s d t ti, y a p n i g ma st r e t s h i s a r p e fr trvb a c , h p e fcr mmt — n h c a t n a d t e s atc n e ip a e n n t ep n iu a i c in , a c lt gt e n n e i b u ma sa d a s eo t r n e i , o n h h f e trd s lc me to wo p r e d c lr dr t s c lu a i o - q l r m s n l fr o . e o n h u ii n o vb a t aa a e a ay e n t d f q e c o i s T e o b t f h f c n e -i e ae d a n i e tsi g s se T e r s l ir n t l n z d o i a e u n y d ma n . h r i o at e trl r w t e t y tm. h u t d l me n r s s n r nh n e s h v rv dtehg cu ayo epo o e to . a e p e h ih a c rc ft r p s d me d o h h Ke r s L b E ;h t o fa p n i g ma so h e p it ; tr kn t - q i b u o b t o h t e t rl e y wo d : a VI W t e me h d o p e dn s n t r n s r o ie i e u l r m; r i f a n e - n e o o c ii s sf c i
以Labview为基础的轴承——转子状态监测软件系统的设计与实现

软件 NI US B一 6 0 0 8具有基本 的数据采集功 能,
软件 设计领 域中通 用状态机 的输入 不是 字符集 ,而是被称作 事件的结构 ( 可 以是结构
其应用范围包括简单的数据记录 、便携式测量 体 ,也可 以是类对 象),并且特定的状态下 , 和学术 机构 的实验 室试验 。 该产 品价 位适于 针对发生 的事件 ,不仅 发生状态改变 ,而且产 学生购买 ,但其强大的功能足 以用于更为复杂 的测量应用 。NI US B. 6 0 0 8带 有现成的数据记 录软件,能在数分钟 内开始基本的测 或 C及 自带的 NI . DAQmx B a s e测量服 务 软件 ,为 用户 自定 义 的测量 系
一
2 L a b V I E W 简 介
L a b Vl E W 是 目前较 为成 功、应用 广泛 的 虚拟仪器软件开发环境 ,L a b VI E W( L a b o r a t o r y
V i r t u a l I n s t r u me n t E n g i n e e r i n g Wo r k b e n c h , 实
D A Q卡数 据采集 应用较 其它开 发环境有 不可
比拟的优越性。
统编程 。
生动作 。
3 . 1状 态机举例
键 盘解析程 序,比如程序 本位 于状态 A, 如果触发按键 1 ,则转至状 态 B,如 果触发按
键2 ,则 转 至状 态 C 或 者 调 回 A。
2 . 2开发采集 系统 用L a b Vl E W 来开 发基于 NI . DAQ卡 的数
【 关键 词 】 L a b V I E W N I - U S B 6 0 0 8 虚 拟 仪 器
基于LabVIEW的旋转机械转子振动监测系统

国际上唯一 的编译 型图形化编程语 言。主要用于 数据采 集 、 仪 器控制 、 据分析 等领域 , 数 具有 直观 界面 、 便于 开发 、 调试 轻 松 、 于学 习和掌握 的特 点 , 且具 有各种 仪器 驱动 程序 和 工 易 并
化进入软件系统进行显示 、 分析 以及存储等操作 。
具库 , 硬件驱动 程序 可 以简 化编 程工 作 , 含着 对 硬件 的 依靠 包 操作命令 , 完成与硬件之 间的数据 传递 , 以提高 开发效 率 , 可 降
低开发成本 , 为面向仪器编程 提供 了强有力 的支持 J 。通 过 基于 L b IW 的转子振动监测系 统对旋 转机 械工作时 的振 动 aV E 信 号进行检测分 析 , 可以实 现在线 转 子的运 转状 况监 测 , 为设
() 1
Y 55A型 电荷放大器 、WY— O一 0 系列 电涡流位移传 感 E82 C D 50
器 以及光 电传 感 器。数据 采集 卡 选用 P I2 1 N C 一6 2 C6 2 , IP I 2 1 是一 款 低 价 位 多 功 能 M 系 列 数 据 采 集 ( A 板 卡 , 有 D Q) 拥 2 0kS s 0 /采样率 ;6一Bt 1 i分辨 率 ;6通 道模 拟输 入端 ; 1 2路 1 6 位模拟输 出 (3 / )2 数字 10线 ;2位计数 器 , 8 3kS s ;4路 / 3 为设 计、 测试 和控 制应用 中进 行数据采集提供 了高性价 比的解决 方
( 东华大学机械工程学 院 , 上海 2 1 2 ) 0 60
摘要 : 采用传感 器和信 号调理技 术对旋转机械转子振 动 的各 种信 号进行 采集 、 处理 , 并利 用 L b IW 强大 的信 号 处 aV E
基于虚拟仪器的转子轴心轨迹监测系统的研究

基于虚拟仪器的转子轴心轨迹监测系统的研究转子轴心轨迹是判断机械转子运行状态和故障征兆的重要依据,由多功能转子实验台、数据采集卡和数据处理软件组成了基于LabVIEW的轴心轨迹监测系统。
连接多功能转子实验台、测控装置和数据处理软件,利用LabVIEW采集数据,可实时显示转子系统轴心轨迹。
通过大量实验确定识别故障类型,使程序能有效实现在线自动识别。
此系统可以准确的判断转子轴心轨迹的运行情况,进行诊断故障。
标签:转子;虚拟仪器;LabVIEW;轴心轨迹引言旋转机械的转子轴心轨迹图能够形象、直观地表现出设备的运转状态,图形中包含了大量的故障信号,是在故障诊断过程中不可缺少的,转子系统轴心轨迹的精度提升与自动化识别的研究水平决定着故障诊断系统的智能化水平,因此有着重要的研究价值。
基于虚拟仪器的监测平台已经在各行各业中得到了越来越广泛的应用。
它采用图形化的编程方式,编程简易,功能多样,能够用于监测各种机械设备,比传统仪器效率更高、成本更低。
将虚拟仪器设备用于故障诊断领域,能够充分发挥虚拟仪器的优点,为旋转机械故障诊断提供了更便捷的方法[1-3]。
1 监测原理由北京航天智控监测技术研究院生产的多功能转子实验台,配置HZ-891系列电涡流传感器,进行轴心轨迹测量,其主要结构如图1所示。
图1中,1、2为电涡流传感器,两个传感器在同一截面上相互垂直安装。
传感器获得位移信号,可反映转子的轴心轨迹。
转子轴心轨迹是由X、Y方向两个振动信号X(t)、Y(t)所组成的二维振动信号,也可以分别分解为各自频率下的一个个椭圆图谱[4]。
根据这个原理,可以将X(t)和Y(t)分解为X(t)=A1sin(2πf1t+φ1)+A2sin(2πf2t+φ2)+…Ansin(2πfnt+φn)=x1(t)+x2(t)+…xn(t)(1)Y(t)=B1sin(2πf1t+φ1)+B2sin(2πf2t+φ2)+…Bnsin(2πfnt+φn)=y1(t)+y2(t)+…yn(t)(2)上式中下标n表示振动信号中频率分量的数目,下式为各频率下的“轴心轨迹分量”将上面的轴心轨迹分量分解出来,就能够清晰地看到原本转子系统轴心轨迹的组成。
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基于LabVIEW转子轴心轨迹测量与识别系统开发摘要转子轴心轨迹作为转子振动状态的一类重要图形征兆,包含了大量的故障信息,是诊断专家在诊断过程中采用的一项不可缺少的故障征兆信息,由于轴心轨迹的提纯效果、轴心轨迹的特征自动提取和形状自动识别的水平,都直接影响着故障诊断专家系统的智能化水平,因此我们需要对轴心轨迹全面的进行研究。
首先搭建了转子故障实验台,在该实验台上能够模拟一些典型的转子故障,如不平衡、不对中、转子弯曲等。
在此基础上,搭建信号测量电路,包括传感器、电荷放大器、滤波器、数据采集卡等器件,能够测量转子旋转时的两个相互垂直方向的径向位移。
其次编制轴心轨迹测量及识别程序,该程序能够实时显示轴心轨迹,并进行频谱分析,也可以进行数据的存储。
为了给轴心轨迹识别提供标准,进而编制了轴心轨迹仿真程序,对几种典型故障的轴心轨迹进行了仿真。
根据不变矩理论,编制了不变矩计算程序,通过对传统算法的改进,实现了对离散数据的不变矩计算,改进算法能够自动识别轴心轨迹。
通过连接实验台、测量装置和软件应用程序,对整个系统进行了整合,可实时显示轴心轨迹,同时计算不变矩。
通过大量实验确定识别临界值,使程序既满足灵活性又满足准确性,有效实现在线自动识别。
关键词:轴心轨迹;虚拟仪器;LabVIEW;不变矩Development of measurement and identification of axis orbit system on LabVIEWAbstractThe rotor axis path as a kind of important graphic sign of rotor vibration state contains a large number of fault information is used in the process of diagnosis expert in the diagnosis of an indispensable fault symptom information.Axis path due to the effect of purification, the axis trajectory characteristics of the level of automatic extraction and automatic shape identification, directly affects the level of intelligent fault diagnosis expert system,So we need the axis trajectory comprehensive research.First set the rotor fault test-bed in the laboratory bench to simulate some of the typical rotor faults, such as imbalance, in the wrong, rotor bending, etc. On this basis, the structures, signal measuring circuit, including the data acquisition card, sensor, charge amplifier and filter device, to measure the axis trajectory radial displacement of two directions.Second axis trajectory measurement program, the program can real-time display the axis trajectory, and spectrum analysis, can also for data storage. To provide standards for axis path identification, and then compiled the axis trajectory simulation program, the axis trajectory of several typical faults are simulated.The recognition system is used as a means for identifying, invariant moment invariant moment calculation program, therefore, according to the features of the experiment, the moment invariant algorithm was improved, in order to meet the automaticidentification.Finally integrate the compiled program can display the axis trajectory and moment invariant can be calculated, and through experiments to determine the identification of the critical value, satisfies program meets the flexibility and accuracy, effectively realize online automatic identification. Key words:Axis trajectory;Virtual instrument; LabVIEW; Invariant moments目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论................................................ - 1 -1.1 课题的背景................................................................................... - 1 -1.2 国内外研究现状........................................................................... - 2 -1.2.1 旋转机械轴心轨迹研究现状 ............................................. - 2 -1.2.2 转子轴心轨迹自动识别研究现状 ..................................... - 2 -1.3 研究的意义和主要内容 ............................................................... - 4 -1.3.1 研究的意义......................................................................... - 4 -1.3.2 研究的主要内容................................................................. - 4 - 第2章转子振动机理和轴心轨迹特征 ......................... - 6 -2.1 旋转机械振动机理分析 ............................................................... - 6 -2.2 转子振动的基本特征 ................................................................... - 7 -2.3 常见故障原因及轴心轨迹的特征 ............................................... - 8 -2.3.1 转子不平衡......................................................................... - 8 -2.3.2 转子不对中......................................................................... - 9 -2.3.3 转子弯曲............................................................................. - 9 -2.3.4 转子碰磨........................................................................... - 10 -2.3.5 油膜震荡........................................................................... - 11 -2.4 轴心轨迹测试方法及信号分析 ................................................. - 12 -2.5 本章小结..................................................................................... - 14 - 第3章 LabVIEW应用程序设计............................... - 16 -3.1 数据采集和轴心轨迹合成 ......................................................... - 16 -3.2 轴心轨迹仿真程序..................................................................... - 19 -3.3 不变矩计算程序......................................................................... - 21 -3.3.1 不变矩方法简介............................................................... - 21 -3.3.2 不变矩计算方法............................................................... - 22 -3.4 相似度计算程序......................................................................... - 24 -3.5 轴心轨迹自动识别程序 ............................................................. - 25 -3.6 本章小结..................................................................................... - 26 - 第4章实验系统与实验结果................................. - 27 -4.1 实验台的结构设计..................................................................... - 27 -4.2 测量装置..................................................................................... - 28 -4.2.1 传感器与测量电路 ........................................................... - 28 -4.2.2 数据采集卡....................................................................... - 29 -4.2.3 数据采集卡基本性能指标 ............................................... - 30 -4.3 实验结果分析............................................................................. - 31 -4.4 本章小结..................................................................................... - 32 - 结论...................................................... - 33 - 致谢...................................................... - 34 - 参考文献.................................................. - 35 - 附录...................................................... - 37 -第1章绪论1.1课题的背景旋转机械是机械设备的重要组成部分并且占有相当大的比重,如机械、化工、电力、冶金等行业的机床、汽轮机、发电机、压缩机等都是典型的旋转机器,它们以转子及其他回转部件作为工作的主体,一旦发生事故将造成巨大损失。