LabVIEW和PXI的軋機振動紋在線監(jiān)診系統(tǒng)

1、LabVIEW和PXI的軋機振動紋在線監(jiān)診系統(tǒng)    一背景在鋼鐵業(yè)，由于軋機振動使帶鋼在熱軋和冷軋過程中其外表和支撐輥上會產(chǎn)生明暗相間的條紋，如圖1所示。振動紋的產(chǎn)生對軋鋼生產(chǎn)主要有兩方面的不利影響。一是難以滿足用戶對帶鋼外表質(zhì)量的要求，因為，即便將帶鋼外表進行了噴涂，其明暗相間的條紋依然可見，這對車身或家用電器的用戶來說是難以接受的；二是振動紋有時也會出現(xiàn)在支撐輥上，因而增加了換輥的次數(shù)，降低了生產(chǎn)效率。建立一套軋機振動紋在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以獲取設(shè)一   背景     &#

2、160; 在鋼鐵業(yè)，由于軋機振動使帶鋼在熱軋和冷軋過程中其外表和支撐輥上會產(chǎn)生明暗相間的條紋，如圖1所示。振動紋的產(chǎn)生對軋鋼生產(chǎn)主要有兩方面的不利影響。一是難以滿足用戶對帶鋼外表質(zhì)量的要求，因為，即便將帶鋼外表進行了噴涂，其明暗相間的條紋依然可見，這對車身或家用電器的用戶來說是難以接受的；二是振動紋有時也會出現(xiàn)在支撐輥上，因而增加了換輥的次數(shù)，降低了生產(chǎn)效率。       建立一套軋機振動紋在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以獲取設(shè)備的狀態(tài)信號，找出振動紋的主要成因；同時，在試驗的根底上，確定振動紋的判別準那么，實現(xiàn)對振動紋的實時報

3、警，從而對現(xiàn)場操作、設(shè)備維護和設(shè)備改造提供指導意見。       二   系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)       本系統(tǒng)是在冷軋單機架平整機上實施的，用于工業(yè)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控以及對數(shù)據(jù)的精密分析，要求系統(tǒng)可靠性高，實時性強并具有完善的分析處理功能。整個系統(tǒng)采用基于Fast Ethernet 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。       整個系統(tǒng)由數(shù)采站

4、、監(jiān)視站、分析站、工程師站、交換機和效勞器構(gòu)成，是一個完整的測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。       三   系統(tǒng)硬件模塊介紹       1.    數(shù)采站       信號采集站要求連續(xù)工作和無人看管，因此電腦硬件和軟件必須可靠。       數(shù)采站包括嵌入式

5、主控電腦PXI-8170/450、PXI-1010混合機箱、PXI-6052E數(shù)據(jù)采集模塊、信號調(diào)理模塊、接線盒以及連接線和附件等。數(shù)采站主要完成所有系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)采集工作和采集數(shù)據(jù)抽取處理工作。       PXI-8170/450：它帶有1個Intel PIII450的CPU，1個3.5in.、1.44MB軟驅(qū)，串口、并口、USB接口各1個，還有4GB的硬盤。PXI系統(tǒng)的嵌入式零槽控制器高度集成，比普通電腦具有更高的可靠性和便攜性，其獨特的顯示技術(shù)使其在提供高性能顯示的同時，將PCI總線的132Mb/s的帶寬全

6、部留給了其他的PXI模塊。       PXI-8210：集成高速100BaseTX以太網(wǎng)接口和Wide Ultra SCSI40Mb/s總線接口為一個PXI模塊，節(jié)省了PXI插槽。       PXI-1010：該混合機箱包括8個PXI插槽和4個SCXI調(diào)理模塊插槽。PXI-1010符合PXI總線嚴格的機械電氣要求，噪聲低，抗振性和電磁兼容性能好，為信號采集處理系統(tǒng)提供了良好的工作環(huán)境。    

7、   PXI-6052E: 該模塊提供16路單端/8路差分通道，采樣頻率為333kS/s，16位精確度，還有兩路更新率為1MS/s的模擬輸出、8路雙向TTL電平數(shù)字I/O和兩路24位的計數(shù)/定時器通道。該模塊還支持采集數(shù)據(jù)實時流盤功能，非常適用于要求高速記錄采集數(shù)據(jù)的場合。       SCXI-1141：該模塊為8通道可編程低通濾波模塊。采用8階橢圓濾波器，每個通道單獨運放；電壓輸入范圍±50mV±5V，截止頻率10Hz25kHz，過壓保護±30V，可作

8、為抗混疊濾波器。       2.    效勞器       數(shù)據(jù)采集效勞器的任務(wù)是接收和處理各數(shù)據(jù)采集站發(fā)送的數(shù)據(jù)，將原始數(shù)據(jù)放入原始信號緩存區(qū)，將處理后的數(shù)據(jù)寫入特征數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫。電腦采用一臺商用臺式PC機效勞器，內(nèi)插100M網(wǎng)卡。采用Windows NT操作系統(tǒng)，軟件為與采集站、操作室監(jiān)視站、分析站通信的數(shù)據(jù)效勞器、數(shù)據(jù)庫管理程序等。     &

9、#160; 3.    操作室監(jiān)視站       操作室監(jiān)視站的任務(wù)為實時監(jiān)測振動頻譜、報警、手工輸入數(shù)據(jù)等日常工作的內(nèi)容。電腦采用商用臺式PC機或工控機，內(nèi)插100M網(wǎng)卡，采用Windows 98操作系統(tǒng)，軟件為參數(shù)手工輸入程序、狀態(tài)監(jiān)測程序、通信程序等。       4.    分析站      

10、; 分析站的任務(wù)為系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、精密分析、趨勢分析、運行報表、數(shù)據(jù)回放。電腦采用商用臺式PC機，內(nèi)插100M網(wǎng)卡，采用Windows 98操作系統(tǒng)，軟件為參數(shù)設(shè)置程序、精密分析程序、趨勢分析程序、報表程序、通信程序等。       5.    工程師站       供專業(yè)工程師進行精密分析和設(shè)備診斷之用。提供的分析工具和分析站類似。     

11、60;  6.    交換機       作為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對設(shè)備的可靠性、網(wǎng)絡(luò)的吞吐率、以及數(shù)據(jù)平安性都有一定的要求。   交換機作為網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臉屑~，除應(yīng)長期連續(xù)可靠地工作外，為保證數(shù)據(jù)準確實時的傳遞，交換機應(yīng)最大限度地減少通信擁擠，每個交換式以太網(wǎng)端口都能得到全部100Mb/s的帶寬。       四   系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)&

12、#160;      本套系統(tǒng)對軟件的要求較為嚴格，首先要求操作系統(tǒng)穩(wěn)健并具有良好的網(wǎng)絡(luò)功能；其次，軟件開發(fā)平臺應(yīng)功能完善，執(zhí)行效率高，方便集成。另外，系統(tǒng)需要許多的高級分析功能，要求軟件提供專業(yè)的分析處理函數(shù)。       1.    操作平臺       本系統(tǒng)中操作站和數(shù)據(jù)采集站的操作系統(tǒng)擬選用Windows NT Workstat

13、ion 4.0，效勞器操作系統(tǒng)選用Windows NT Server 4.0，數(shù)據(jù)庫選用SQL server 7.0，分析站使用Windows 98，數(shù)采站使用Windows NT Workstation 4.0。       2.    開發(fā)平臺       軟件開發(fā)平臺數(shù)采站和監(jiān)視站選擇支持32位操作系統(tǒng)的LabV

14、iew 6i專業(yè)版，以及Sound and Vibration Toolset附加軟件。分析站使用Visual C+ 6.0 企業(yè)版。       LabView 6i具有模塊化的開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其軟件功能包括實時數(shù)據(jù)庫、歷史趨勢、報警和事件記錄、設(shè)備連接性、系統(tǒng)配置工具，以及G圖形化編程語言，可以將各個軟件功能塊組合起來，開發(fā)出HMI以及控制應(yīng)用程序。       運用Lab

15、VIEW 6i時，所要做的是要建立虛擬儀器VI，而不是要編寫程序。在指定其功能時，只需直接將流程圖組合在一起，對控制及加工工程師而言這是很自然的設(shè)計概念。在G的圖形化函數(shù)庫中包含了流程的自動化符號、I/O、分析、歷史記錄、文件，以及網(wǎng)絡(luò)連接的功能。其他的功能可以方便地利用各種標準例如Active X和SQL，與各項應(yīng)用共享信息。       本系統(tǒng)以LabVIEW 6i為開發(fā)平臺，在與數(shù)據(jù)庫聯(lián)系時利用LabVIEW 6i專業(yè)版內(nèi)帶的SQL Toolkit工具包，可以訪問現(xiàn)有的

16、大多數(shù)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫如MS SQL Server、Oracle、Sybase和Informix等，用標準的SQL語句可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的查詢、修改、增刪等操作。LabVIEW 6i本身帶有功能強大的高級分析庫，提供多種時頻域分析功能，針對于振動信號分析可以利用Sound and Vibration Toolset軟件包完成。       Sound and Vibration Toolset聲音和振動分析軟件包，提供倍頻程分析、頻域分析、瞬態(tài)

17、分析、聲階測量和加權(quán)濾波等功能。       3.    監(jiān)測系統(tǒng)軟件模塊       自己開發(fā)的監(jiān)測系統(tǒng)軟件包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫管理、狀態(tài)監(jiān)測與報警、分析、網(wǎng)絡(luò)通信等程序。       整個系統(tǒng)除分析站局部采用Visual C+ 6.0開發(fā)外，其余各站的軟件都采用LabVIEW 6i和其附加軟件開發(fā)。 &

18、#160;     五   系統(tǒng)主要功能       1.    顯示和監(jiān)控功能       該功能主要是由安裝在操作室監(jiān)測站上的應(yīng)用程序?qū)崟r接收采集站的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的。以圖形方式直觀地監(jiān)測設(shè)備振動、速度和其他工藝信號，如圖3所示。       2.  

19、;  報警功能       通過長期的數(shù)據(jù)積累和分析，確定軋制不同鋼種、規(guī)格時振動門限值的大小，然后在系統(tǒng)中進行設(shè)定。當振動強度超標時，就會提示操作人員根據(jù)實際情況進行相應(yīng)的處理，同時還可以進一步地進行精密分析并采取措施，直至正常為止。       3.    分析診斷功能       利用LabVIEW 6i及Sou

20、nd and Vibration Toolkit提供的完備的分析工具，結(jié)合Visual C+ 6.0，系統(tǒng)對采集的各種信號以振動信號為主開發(fā)的功能模塊有：時域分析、頻域分析、時頻分析、包絡(luò)分析、高階統(tǒng)計量、趨勢分析、離線鋼卷評價等模塊。       六   系統(tǒng)特點       1.    高可靠性   &#

21、160;   本系統(tǒng)采用PXI體系結(jié)構(gòu)，選用美國NI公司的調(diào)理、采集模塊和LabView 6i開發(fā)平臺，保證了系統(tǒng)的高可靠性。       2.    完備的專業(yè)分析工具       整個系統(tǒng)各個站的軟件都利用LabView 6i和其附加軟件開發(fā)，LabView 6i本身帶有功能強大的高級分析庫，提供多種時頻域分析功能；對于振動信號分析利用Sound and Vibration Toolset軟件包完成，此聲音和振動分析軟件包，提供倍頻程分析、頻域分析、瞬態(tài)分析、聲階測量和加權(quán)濾波等功能。       3.    采用DataSocket技術(shù)             本系統(tǒng)是基于虛擬儀器的測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，