摘? 要： 介紹了一個利用虛擬儀器技術的網(wǎng)絡化旋轉機械狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設計，給出了系統(tǒng)的硬件結構和軟件設計的思路。本系統(tǒng)符合工廠應用的要求，組態(tài)靈活。

　　關鍵詞： 狀態(tài)監(jiān)測? 虛擬儀器? 網(wǎng)絡

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　　旋轉機械如汽輪機、燃氣輪機、水輪機、發(fā)電機等是電力、石油化工、冶金、機械、航空等工業(yè)領域的關鍵設備。狀態(tài)監(jiān)測技術可以及時發(fā)現(xiàn)設備的運行故障先兆，為生產(chǎn)和維修提供決策依據(jù)，是保證大型設備安全運行、防止惡性事故發(fā)生的有效手段之一。本文介紹的是一個基于網(wǎng)絡的實時在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，通過對旋轉機械狀態(tài)參數(shù)的實時采集和處理，形成反映旋轉機械運行狀態(tài)的各種特征參數(shù)和圖譜，供用戶進行故障診斷使用。

1 系統(tǒng)任務和目標

　　系統(tǒng)任務：以網(wǎng)絡為基礎，利用虛擬儀器技術構成一個企業(yè)監(jiān)測網(wǎng)，實現(xiàn)由現(xiàn)場、車間到分廠再到總公司等全方位多機群的在線監(jiān)測系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)目標：

　　(1)能對設備的運行進行實時在線監(jiān)測，提供故障診斷依據(jù)，監(jiān)測參數(shù)為設備的轉速、振動值、溫度、壓力、流量及開關量等。

　　(2)建立網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫，記錄設備歷史運行數(shù)據(jù)和升降速(啟停車)數(shù)據(jù)等;判斷報警狀態(tài)和收集報警數(shù)據(jù)。

　　(3)利用數(shù)字信號處理技術，提供反映旋轉機械運行狀態(tài)的各種特征參數(shù)和圖譜。

　　(4)在企業(yè)網(wǎng)內(nèi)對設備的運行實現(xiàn)遠程監(jiān)控與分析。

　　(5)提供系統(tǒng)參數(shù)組態(tài)功能，根據(jù)現(xiàn)場具體情況定義相關系統(tǒng)參數(shù)，完成系統(tǒng)的重構，生成實用的通用軟件，以滿足不同用戶的需要。

　　(6)實現(xiàn)虛擬儀器的網(wǎng)頁發(fā)布。

2 系統(tǒng)結構

　　本系統(tǒng)采用虛擬儀器結構設計，圖1為虛擬儀器系統(tǒng)結構示意圖。

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　　本系統(tǒng)設計為分布式多機并行處理系統(tǒng)，整個系統(tǒng)可以分為四級，如圖2所示。工作站可以獨立進行監(jiān)控作業(yè)，亦可聯(lián)網(wǎng)工作。在網(wǎng)絡方式下，分析管理工作站可遠離現(xiàn)場進行設備狀態(tài)分析和系統(tǒng)管理。網(wǎng)頁發(fā)布功能可使授權用戶在網(wǎng)上任意點隨時獲得數(shù)據(jù)。

　　第一級為現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它由傳感器、信號預處理板、數(shù)據(jù)采集板構成。它是一個單片機應用系統(tǒng)，每一個數(shù)據(jù)采集卡采集多個測點的數(shù)據(jù)。振動量采集卡采用工業(yè)總線標準，以插卡的形式插入現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集工作站(工控機)的擴展槽中，將數(shù)據(jù)以共享內(nèi)存方式提供給數(shù)據(jù)采集工作站。它保證了高采樣頻率和高數(shù)據(jù)傳遞速度，實現(xiàn)了現(xiàn)場數(shù)據(jù)同步采集。工藝量等慢變量的數(shù)據(jù)通過串行總線RS232接口與數(shù)據(jù)采集工作站通訊。

　　第二級為數(shù)據(jù)采集工作站。每個工作站都是一個獨立的監(jiān)測系統(tǒng)，管理一臺或幾臺設備；數(shù)據(jù)采集工作站能不間斷地實時在線監(jiān)測軸振動、軸位移、轉速、溫度、壓力、流量等參數(shù)，能做到自動記錄(根據(jù)記錄配置選擇多種記錄策略)、判斷升降速狀態(tài)(產(chǎn)生升降速數(shù)據(jù))、判斷報警(產(chǎn)生報警事件表及黑匣子數(shù)據(jù))、班(日)報表打印，同時還要響應用戶從面板進行控制的要求;此外，可以方便做到聯(lián)網(wǎng)運行，組成企業(yè)監(jiān)測網(wǎng)絡。

　　第三級為分析管理工作站及Web、數(shù)據(jù)庫服務器。本系統(tǒng)的服務器從功能上來說，由數(shù)據(jù)庫服務器、web服務器、管理服務器、分析診斷服務器組成。從數(shù)據(jù)流量分布均勻性出發(fā)，實際的硬件平臺由一臺服務器作為數(shù)據(jù)庫服務器和web服務器，另一臺作為管理服務器及分析診斷服務器。其中，數(shù)據(jù)庫服務器中存放報警、升降速、短期、中期及長期數(shù)據(jù)庫形成設備運行歷史檔案，供網(wǎng)上各用戶對設備進行監(jiān)視;Web服務器為INTERNET或INTRANET上的各用戶查看設備運行參數(shù)提供數(shù)據(jù)訪問接口;管理服務器用于完成監(jiān)測網(wǎng)上的所有工作站及設備信息(如設備組態(tài)和各監(jiān)測通道的設置參數(shù)等)的管理和顯示及報警轉接功能;分析診斷服務器對設備的各種運行數(shù)據(jù)提供各種分析診斷方法。在設備狀態(tài)網(wǎng)監(jiān)測中心的服務器上，系統(tǒng)提供給用戶各種分析手段，對網(wǎng)上各種設備進行監(jiān)測和故障診斷，同時服務器上的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫通過積累運行數(shù)據(jù)，摸索設備運行的狀態(tài)規(guī)律，對設備的安全運行具有重要意義。

　　第四級為網(wǎng)上各個瀏覽器。系統(tǒng)設計網(wǎng)絡速度為10M~100Mbps。在瀏覽器上通過INTERNET或INTRANET網(wǎng)查看各設備當前或歷史運行情況，瀏覽器上數(shù)據(jù)運行速度受網(wǎng)絡傳輸速度的影響。它可以使公司內(nèi)INTRANET網(wǎng)上的每臺微機通過IE或Netscape訪問各設備的監(jiān)測分析結果(如各種波形、譜、報表等)。同時通過網(wǎng)關還可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)在全球INTERNET上的共享(可預先設定權限)，使有關管理人員不在廠區(qū)時也能隨時了解廠內(nèi)每臺設備的每個監(jiān)測點的運行情況。利用INTERNET上的資源，可以實現(xiàn)廠內(nèi)設備遠程診斷，與外部專家實行遠程精確會診，縮短排除故障的時間。當然，這些功能都是由Web服務器實現(xiàn)的。

3 系統(tǒng)軟件設計

　　整個系統(tǒng)的軟件分為三部分，主要為六大模塊，分別運行于工作站、分析站和服務器上，采用LabView和VB編程。軟件功能模塊劃分見圖3。

3.1 數(shù)據(jù)庫設計

　　本系統(tǒng)采用本地(ACCESS)和網(wǎng)絡(SQL SERVER)兩級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫的定義采用ACCESS和SQL SERVER兼容的方式，且兩級數(shù)據(jù)庫的結構一樣。這樣，即使在離線狀態(tài)下，數(shù)采工作站也可獨立完成監(jiān)測分析工作;在網(wǎng)絡方式下，設備運行數(shù)據(jù)全部記錄到網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫，由服務器對數(shù)采站、分析站和瀏覽器提供網(wǎng)絡數(shù)據(jù)服務;在網(wǎng)絡故障時，采集的數(shù)據(jù)暫時存在本地，待一個獨立的線程檢測到網(wǎng)絡故障恢復后再將數(shù)據(jù)自動轉移到服務器上。整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫如表1所示。

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3.2 后臺主模塊

　　后臺主模塊完成儀器驅動、數(shù)據(jù)采集和記錄以及報警和升降速的處理工作。它被設計成多線程并行的事件響應式運行結構，程序一旦啟動便連續(xù)工作。表2是它要處理的事件和響應表。

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3.3 組態(tài)模塊

　　組態(tài)模塊便于用戶根據(jù)具體應用環(huán)境設定工作站的功能，提高了系統(tǒng)的適應性和可擴展性。

　　系統(tǒng)定義組態(tài)： 對工作站的工作環(huán)境、工作任務和自身性能的描述。

　　采集組態(tài)：定義采集工作站名、IP地址、采樣方式、采樣頻率和采樣通道。

　　數(shù)據(jù)庫組態(tài)：定義測點配置參數(shù)、測點特征描述、信號數(shù)據(jù)結構等。

　　報表組態(tài)：提供報表格式選擇，也可由用戶自定義格式。

3.4 數(shù)據(jù)分析模塊??

　　數(shù)據(jù)分析模塊提供強大的數(shù)字信號分析功能，包括時域分析、頻域分析(幅值譜、功率譜、帶窗函數(shù)選擇、譜平均、坐標選擇功能)、軸心軌跡、包絡譜分析、倒頻譜分析、升降速狀態(tài)分析(三維瀑布圖、Bode圖、Nyquest圖、軸心位置圖、惰轉曲線)、趨勢分析(24小時趨勢、周趨勢、月趨勢)、相關分析、二維全息譜等。它與通訊模塊一起安裝在網(wǎng)絡范圍內(nèi)任意主機上，就使其成為分析站。根據(jù)需要，將其安裝在數(shù)采工作站上則使其可以獨立完成全部單機監(jiān)測工作。

3.5 通訊模塊

　　通訊模塊實現(xiàn)數(shù)采工作站與分析站、數(shù)采工作站與服務器之間的數(shù)據(jù)通訊。通訊模塊的功能包括：從數(shù)采站實時向網(wǎng)上發(fā)送設備報警數(shù)據(jù);偵聽到分析站或服務器的請求后，上傳實時采集數(shù)據(jù);上傳工作站組態(tài)配置表，使服務器數(shù)據(jù)庫中內(nèi)容同步更新;校對各節(jié)點系統(tǒng)時鐘。

　　本系統(tǒng)采用虛擬儀器結構設計，有很強的通用性和實用價值。系統(tǒng)結構的四個層次的實現(xiàn)方式，適應了企業(yè)中各用戶的需要。軟件清晰的模塊化定義，使之可方便地用于設備現(xiàn)場監(jiān)控和企業(yè)網(wǎng)絡在線監(jiān)控，且組態(tài)方便。本系統(tǒng)已在鎮(zhèn)海煉化股份公司用于煉油新催化裝置主風機、氣壓設備的狀態(tài)監(jiān)測，效果良好。

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參考文獻

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