振動篩形態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計分析

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摘要：為了有效降低工業(yè)生產(chǎn)中振動篩故障的發(fā)生，本文利用對振動篩原始振動信號進(jìn)行數(shù)字信號分析及處理，獲得振動形態(tài)。主要完成振動篩振動形態(tài)監(jiān)測軟件設(shè)計部分，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在監(jiān)測過程中記錄振動數(shù)據(jù)，實時計算出振動篩工作過程中的重要參數(shù)，結(jié)合振動形態(tài)的變化趨勢和用戶經(jīng)驗數(shù)值設(shè)定報警機(jī)制。從而判斷振動設(shè)備是否故障，為企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：振動篩監(jiān)測；數(shù)字信號處理；振動形態(tài)

1緒論

1.1振動篩故障監(jiān)測發(fā)展現(xiàn)狀

振動篩是利用篩體的振動特性完成對材料的選別、分級、脫介和脫水等工藝環(huán)節(jié)的一種振動機(jī)械設(shè)備，廣泛應(yīng)用于冶金、煤炭、礦山、建材、水利、高速公路建設(shè)中[1-2]。由于振動篩是利用振動破壞力進(jìn)行工作的產(chǎn)品，所以其故障頻率高于一般的動力機(jī)械產(chǎn)品。振動篩作為生產(chǎn)工藝的重要環(huán)節(jié)，出現(xiàn)故障會導(dǎo)致整個生產(chǎn)系統(tǒng)停止運(yùn)行[3-4]。目前在很多大型企業(yè)中，振動篩設(shè)備的日常維護(hù)工作都缺乏必要的檢測手段和設(shè)備[5]，無法對設(shè)備的故障進(jìn)行有效的檢測，故而尋求一種的合理有效的監(jiān)測方法是相當(dāng)必要和迫切的。

1.2本文研究的目的和意義

本項目研究設(shè)計的振動篩振動形態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要滿足企業(yè)對振動篩設(shè)備日常監(jiān)測的需求。系統(tǒng)在監(jiān)測過程中記錄振動數(shù)據(jù)、繪制振動曲線，實時計算出振動篩工作過程中的重要參數(shù)，如篩箱振幅、橫向擺動、振動方向角等，同時結(jié)合振動形態(tài)的變化趨勢和用戶經(jīng)驗數(shù)值設(shè)定報警機(jī)制，從而判斷振動設(shè)備是否故障，在出現(xiàn)故障隱患時及時通知用戶。通過該系統(tǒng)，用戶可直觀的觀測出振動篩振動形態(tài)的變化，精確的讀出測量參數(shù)，及時的獲知故障信息，避免振動設(shè)備發(fā)生事故，挽回因振動設(shè)備故障產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失。如果所設(shè)計的振動篩振動形態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)推廣應(yīng)用于該類設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)測中，將有效降低工業(yè)生產(chǎn)中振動篩故障的發(fā)生。

2研究內(nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)和研發(fā)目標(biāo)

2.1研究主要內(nèi)容

本項目主要設(shè)計實現(xiàn)振動篩振動形態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，項目設(shè)計分為兩部分內(nèi)容，一部分是硬件系統(tǒng)的設(shè)計，解決如何在強(qiáng)干擾的環(huán)境下準(zhǔn)確獲取較弱的振動信號，經(jīng)硬件電路有效的送入計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的問題；另一部分是軟件系統(tǒng)的設(shè)計，解決如何對原始的振動信號進(jìn)行數(shù)字信號分析及處理，獲得振動形態(tài)，實現(xiàn)多種功能要求。

2.1.1硬件系統(tǒng)設(shè)計為了能準(zhǔn)確的反映振動設(shè)備較小的振動形態(tài)，應(yīng)選擇靈敏度較高的加速度傳感器，在應(yīng)用加速度傳感器對振動篩X，Y，Z三軸方向分別進(jìn)行測量時，設(shè)備本身的振動會產(chǎn)生很強(qiáng)的噪聲干擾，這使得從傳感器信號中獲取有用的振動信號變得極為困難，為了避免將噪聲信號放大，必須在信號放大前，抑制或消除噪聲信號，根據(jù)振動篩的振動頻率特性對信號進(jìn)行帶通濾波處理，提取有效的振動信號。所以設(shè)計有效的濾波放大器電路是此次硬件系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。

2.1.2軟件系統(tǒng)設(shè)計采集得到的振動原始信號是一種疊加噪聲的信號，通過信號分析技術(shù)，還原振動形態(tài)，計算振動參數(shù)，繪制出振動曲線和振動合成運(yùn)動軌跡，通過振動數(shù)據(jù)應(yīng)能進(jìn)行時域及頻域的處理，所有處理功能都可供在線事后分析使用。如何還原振動形態(tài)，計算出振動信號參數(shù)是此次軟件系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。

3軟件系統(tǒng)設(shè)計

3.1關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1系統(tǒng)實時性振動設(shè)備智能監(jiān)測系統(tǒng)是實時在線監(jiān)測振動篩的運(yùn)行情況，對系統(tǒng)的實時性要求較高，在軟件結(jié)構(gòu)框架設(shè)計中，應(yīng)合理安排每個系統(tǒng)周期內(nèi)所完成的任務(wù)，包括采集、計算、顯示、存儲等任務(wù)。

3.1.2振動形態(tài)的還原首先對振動原始信號進(jìn)行頻譜分析，其次運(yùn)用信號分析技術(shù)對信號進(jìn)行曲線擬合，再根據(jù)擬合得到的曲線計算振動參數(shù)，最后通過振動參數(shù)還原顯示振動形態(tài)。

3.1.3系統(tǒng)的實用性為了使系統(tǒng)能更好的為用戶使用，系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)充分考慮到用戶的使用習(xí)慣、應(yīng)用術(shù)語、行業(yè)背景等內(nèi)容。系統(tǒng)的界面設(shè)計、功能結(jié)構(gòu)、邏輯順序應(yīng)充分調(diào)研后再進(jìn)行設(shè)計。

3.1.4故障診斷為了診斷振動篩故障，應(yīng)運(yùn)用本系統(tǒng)實際測量多種振動篩，獲得大量樣本數(shù)據(jù)，仔細(xì)歸納分析，結(jié)合用戶經(jīng)驗，得出判定依據(jù)，系統(tǒng)允許用戶靈活修改判定參量及判定邏輯，使系統(tǒng)適用不同振動設(shè)備。

3.2軟件系統(tǒng)方案

軟件結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)軟件采用LabWindows/CVI作為開發(fā)平臺，LabWindows/CVI是NationalInstruments公司(美國國家儀器公司，簡稱NI公司)推出的交互式C語言開發(fā)平臺。LabWindows/CVI將功能強(qiáng)大、使用靈活的C語言平臺與用于數(shù)據(jù)采集分析和顯示的測控專業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來，利用它的集成化開發(fā)環(huán)境、交互式編程方法、函數(shù)面板和豐富的庫函數(shù)大大增強(qiáng)了C語言的功能，為熟悉C語言的開發(fā)設(shè)計人員編寫檢測系統(tǒng)、自動測試環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過程監(jiān)控系統(tǒng)等應(yīng)用軟件提供了一個理想的軟件開發(fā)環(huán)境。

3.3系統(tǒng)軟件的主要功能

系統(tǒng)軟件的主要功能包括：振動數(shù)據(jù)信號采集、信號分析和處理、振動參數(shù)和曲線的顯示、數(shù)據(jù)文件的存儲和信號的復(fù)現(xiàn)、用戶參數(shù)設(shè)定。

3.3.1系統(tǒng)實時采集模塊系統(tǒng)實時采集模塊主要實現(xiàn)振動數(shù)據(jù)信號的實時采集，能夠控制調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)采集卡的采樣通道、采樣頻率、硬件增益等。采集過程中系統(tǒng)實時采集模塊會協(xié)調(diào)調(diào)用其他四個模塊，完成振動參數(shù)的計算、振動曲線的顯示以及振動篩運(yùn)行狀態(tài)的分析。

3.3.2信號分析處理模塊信號分析處理模塊主要是對振動信號進(jìn)行頻譜分析、幅值的特征值求取、加窗等。其信號分析處理流程如圖2所示。

3.3.3系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模塊系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模塊主要完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲、讀取、管理等功能。

3.3.4用戶參數(shù)設(shè)定模塊用戶參數(shù)設(shè)定模塊主要用于用戶參數(shù)門限的設(shè)定、振動通道的選擇、振動參數(shù)顯示要求等功能。

3.3.5用戶界面顯示模塊用戶界面顯示模塊用于管理信號波形的實時顯示窗口，頻譜分析顯示窗口、振動參數(shù)結(jié)果顯示窗口等界面功能。

4振動數(shù)據(jù)監(jiān)測結(jié)果

振動篩振動形態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)具有信號檢測精度高、抗干擾性強(qiáng)、用戶使用方便、系統(tǒng)功能豐富等諸多國內(nèi)領(lǐng)先優(yōu)點(diǎn)。

5結(jié)論推廣應(yīng)用前景

本設(shè)計的振動篩振動形態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，能夠滿足企業(yè)對振動篩設(shè)備日常監(jiān)測的需求，設(shè)計的系統(tǒng)可以監(jiān)測振動篩在使用過程中的振動形態(tài)，精確計算振動篩的振幅、橫向擺動、振動方向角等重要參數(shù)，如果振動形態(tài)異?；蛘駝訁?shù)超標(biāo)，將判斷振動設(shè)備故障，可及時報警通知用戶。所設(shè)計的振動篩振動形態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以推廣應(yīng)用于該類設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)測中，振動篩振動形態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)具有信號檢測精度高、抗干擾性強(qiáng)、用戶使用方便、系統(tǒng)功能豐富等諸多國內(nèi)領(lǐng)先優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]朱清慧.大型振動篩DZK2466側(cè)幫裂紋故障診斷系統(tǒng)研究[D].中國礦業(yè)大學(xué),2012年.

[4]朱清慧.大型振動篩DZK2466側(cè)幫裂紋故障診斷系統(tǒng)研究[D].中國礦業(yè)大學(xué),2012年.

[5]姚正華.基于STM的便攜式振動信號檢測儀器的研究[J].儀器儀表與檢測技術(shù),2011,30（2）45-46.

作者：朱春燕 劉文泉 單位：西安工商學(xué)院