虛擬檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

1、工業(yè)設(shè)備運(yùn)運(yùn)行狀態(tài)虛虛擬檢測(cè)系系統(tǒng)設(shè)計(jì)與與開發(fā)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解旋轉(zhuǎn)機(jī)機(jī)械檢測(cè)系系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)及組成，根根據(jù)實(shí)際需需要確定系系統(tǒng)的方案案。了解檢測(cè)系系統(tǒng)中各部部分元器件件的工作原原理、特點(diǎn)點(diǎn)和作用，并并根據(jù)實(shí)際際需要選擇擇合適的元元器件。掌握傳感器器的安裝方方式、選擇擇和標(biāo)定。掌握狀態(tài)檢檢測(cè)虛擬儀儀器系統(tǒng)設(shè)設(shè)計(jì)與開發(fā)發(fā)的基本步步驟。二系統(tǒng)設(shè)設(shè)計(jì) 1 實(shí)實(shí)驗(yàn)對(duì)象 該實(shí)驗(yàn)臺(tái)臺(tái)是一種模模塊化、開開放型的機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)綜綜合實(shí)驗(yàn)裝裝置，由硬硬件動(dòng)力力模塊、傳傳動(dòng)模塊、支承聯(lián)接接、調(diào)節(jié)模模塊、加載載模塊和和軟件【控控制模塊、工具模塊塊、測(cè)試模模塊】等組組成，通過過對(duì)不同模模塊德選擇擇和裝配搭搭接可以組組成典型機(jī)機(jī)

2、械傳動(dòng)裝裝置。如圖圖所示：實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡(jiǎn)圖2實(shí)驗(yàn)對(duì)對(duì)象名稱、型號(hào)及主主要零部件件的性能參參數(shù)動(dòng)力模塊Y90L-4電動(dòng)機(jī)機(jī)：額定功功率1.55KW;同同步轉(zhuǎn)速：15000r/miin，額定定電壓下，最最大轉(zhuǎn)矩予予額定轉(zhuǎn)矩矩之比2.3。MM4200-1500/3變頻頻器。傳動(dòng)模塊 JS-1100齒輪輪減速器：減速比11：1.55，齒數(shù)：Z1=32、Z2 =488，螺旋角角849”，中心距距a=1000mm.法面模數(shù)數(shù)Mn=22.5.3）加載模模塊CZ-5型型磁粉制動(dòng)動(dòng)器：額定定轉(zhuǎn)矩500Nm,激激磁電流00.8A，允允許滑差功功率4KWW。3監(jiān)測(cè)參參數(shù)頻帶選定測(cè)測(cè)量參數(shù)指指南測(cè)量參數(shù)位 移速 度加

3、 速 度度適用頻帶01000HZ1010000HZZ大于10000HZ1）電動(dòng)機(jī)機(jī)的測(cè)試參參數(shù)電動(dòng)機(jī)電源：?jiǎn)蜗嘞嘟涣鳎?200/2220伏，頻頻率 50/660Hz功率：1.5KW設(shè)定轉(zhuǎn)速：1500rrpm(225Hz)電動(dòng)機(jī)振動(dòng)動(dòng)的測(cè)定參參數(shù)：速度度軸的轉(zhuǎn)速：15000rpm2）齒輪的的測(cè)定參數(shù)數(shù)電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)設(shè)定為：11500rrpm(225Hz)若出現(xiàn)齒輪輪故障，將將引起的振振動(dòng)頻率嚙合頻率=軸轉(zhuǎn)頻齒數(shù)小齒輪嚙合合頻率=2532=800(HHz)大齒輪嚙合合頻率=2532/4848=800(HHz)考慮3次諧諧波，為2244Hzz，屬于“高頻”。齒輪振動(dòng)測(cè)測(cè)定參數(shù)：加速度3監(jiān)測(cè)位位置（如圖圖

4、）1234測(cè)點(diǎn)位置如如圖所示，由由左到右依依次為扭矩矩、齒輪低低速端、齒齒輪高速端端和電機(jī)。虛擬儀器器處理的通通道依次為為4、3、2、1，其其對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)據(jù)采集卡通通道依次為為6、5、1、0通通道。4傳感器器的選擇與與安裝選擇壓電式式傳感器：它體積小小、重量輕輕、靈敏度度高、測(cè)量量范圍大、頻響范圍圍寬、線性性度好、安安裝簡(jiǎn)便等等諸多優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，因此獲獲得了最為為廣泛的應(yīng)應(yīng)用。初選選采用秦皇皇島佳盟測(cè)測(cè)控技術(shù)有有限公司的的ck83305標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)參考加速速度計(jì)，采采用石英晶晶體壓電元元件，性能能指標(biāo)：結(jié)構(gòu)形式靈敏度重量（g）頻響 (110%)振頻（kHHz）石英晶體中中心壓縮0.1ppc/mss-2351H

5、z110KHzz30速度范圍（ms-2）大橫向靈敏敏度安裝螺釘溫度范圍（0c）外形尺寸（mm）1500005%M5-54+260六方16高高30價(jià)格：15580元/只實(shí)際用傳感感器為壓電電加速度計(jì)計(jì)Type42291，且且傳感器用用蜂蠟直接接粘在所示示測(cè)點(diǎn)處。 5故障評(píng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)常用的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)判別法有有絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)、相對(duì)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)和類比比標(biāo)準(zhǔn)三種種方法，在在此選用絕絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)判判別法。它它是在一定定的測(cè)試條條件下，按按規(guī)定的方方法確定的的用以判別別設(shè)備狀態(tài)態(tài)的界限值值。把測(cè)得得的參數(shù)值值與標(biāo)準(zhǔn)值值比較即可可判別設(shè)備備處于“良好”、“允許”、“較差”、“不允許”等各種狀狀態(tài)。主要要采用ISSQ13772判別

6、：見表振動(dòng)速度有有效值Vrrms(mmm/s)狀態(tài)判別Vrms1.8良好1.8VVrms4.5允許4.5VVrms11.22較差，應(yīng)設(shè)設(shè)法降低Vrms11.22不允許6檢測(cè)系系統(tǒng)方案機(jī)械測(cè)振系系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)框圖如圖圖所示，主主要由傳感感器、電荷荷放大器、分析儀、顯示輸出出和磁帶記記錄幾個(gè)部部分組成。電荷放大器分析儀磁帶記錄儀顯示輸出傳感器被測(cè)設(shè)備傳感器將機(jī)機(jī)械振動(dòng)量量轉(zhuǎn)變?yōu)檫m適于電測(cè)的的電參量，電荷放大器將機(jī)械量轉(zhuǎn)變成與其成正比的微弱電荷Q，而且輸出極高的阻抗Ra，分析儀測(cè)試分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果，用計(jì)算機(jī)顯示輸出結(jié)果，并用磁帶記錄儀記錄結(jié)果數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集器器的選型數(shù)據(jù)采集卡卡的選擇是是硬件系統(tǒng)統(tǒng)建設(shè)的關(guān)

7、關(guān)鍵，基于于性能的穩(wěn)穩(wěn)定性和性性價(jià)比的原原因，選用用了凌華的的PCI 16通道道，2500K/s低低價(jià)位多功功能采集卡卡產(chǎn)。 特性型號(hào)DAQQ-2211432位PCCI總線，即即插即用 16個(gè)單端端以及8個(gè)差動(dòng)模模擬量輸入入通道 輸入通道能能夠允許單單端與差動(dòng)動(dòng)混合組成成 16位ADD分辨率，采采樣頻率可可達(dá)2500K 雙極性/單單極性模擬擬量輸入 模擬/數(shù)字字觸發(fā) 2路帶波形形發(fā)生功能能的D/AA輸出通道道 雙極性/單單極性模擬擬量輸出 D/A：II/O更新新及支持SScattter/GGatheer功能的的總線主控控DMA 系統(tǒng)同步接接口 完全自動(dòng)校校準(zhǔn) 完全軟件配配置價(jià)格：42200元/

8、塊實(shí)際采用數(shù)數(shù)據(jù)卡參數(shù)數(shù)：型號(hào)BNCC212. 板卡60244E2）轉(zhuǎn)速的的測(cè)量 轉(zhuǎn)速速直接采用用機(jī)器加載載上去，例例如直接加加載2000、4000、6000等等。3）計(jì)算機(jī)機(jī)選型選擇凌華工工控機(jī)RAACK-6610 價(jià)格：56600元/臺(tái)配置：RAACK-6610PIV2.0G841主板板5122M80G光光驅(qū)鍵盤盤鼠標(biāo) 產(chǎn)品簡(jiǎn)介：EIA RRS-3110C 19”上架架式標(biāo)準(zhǔn)44U機(jī)箱，易于更換換和清潔的的濾網(wǎng)，三個(gè)5.225”和一一個(gè)3.55”外置驅(qū)驅(qū)動(dòng)器架和和一個(gè)3.5”內(nèi)部部驅(qū)動(dòng)器架架，均為抗抗振動(dòng)、抗抗沖擊設(shè)計(jì)計(jì) 前部機(jī)箱門門內(nèi)已有UUSB接口口，前面板板配有一個(gè)個(gè)PS2鍵盤盤接口

9、，專門的板板卡固定，卡架設(shè)計(jì)計(jì)以抵抗運(yùn)運(yùn)輸過程中中的震動(dòng)，支持3000W/4000W冗余余電源，可更換為為BP/MMB/MBB DVRR后面板：規(guī)格：尺寸 199717.88”（ 4833177451mmm）（WHD） 驅(qū)動(dòng)器架 3個(gè)5.255”和1個(gè)3.5”前置可達(dá)達(dá)驅(qū)動(dòng)器架架 1個(gè)內(nèi)置33.5”驅(qū)驅(qū)動(dòng)器架 結(jié)構(gòu)：高強(qiáng)強(qiáng)度鋼板 顏色標(biāo)準(zhǔn)：米色和黑黑色 其它：按需需而定 散熱 Inn：一個(gè)1220 x1220 x255mm和一一個(gè)80 xx80 x225mm滾滾軸風(fēng)扇 前面板 前前面板帶鎖鎖 2個(gè)LEDDs：硬盤盤活動(dòng)指示示和系統(tǒng)電電源指示 系統(tǒng)復(fù)位開開關(guān)、ATTX電源開開關(guān)和K/B鎖開關(guān)關(guān)

10、后面板 支支持14槽無源源背板和AATX母板板 支持PS22架構(gòu)ATXX電源 包裝尺寸 24.881321.99”（630330555mmm） 重量 122kgs/26.44 lbss4)選用的的電荷放大大器 型號(hào)VM27M 6CHHMETEER、UNNIT（66通道） 公司：RIONNCO、LLTD（日日本）5）軟件開開發(fā)工具 選用虛虛擬儀器開開發(fā)平臺(tái)，它是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。靈活高效的軟件能創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺(tái)能滿足對(duì)同步和定時(shí)應(yīng)用的需求。這是NI近30年來始終引領(lǐng)測(cè)試

11、測(cè)量行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的原因所在。只有同時(shí)擁有高效的軟件、模塊化I/O硬件和用于集成的軟硬件平臺(tái)這三大組成部分，才能充分發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)時(shí)間少，以及出色的集成這四大優(yōu)勢(shì)。7、初選檢檢測(cè)系統(tǒng)的的軟硬件成成本報(bào)價(jià)編號(hào)設(shè)備名稱型號(hào)規(guī)格臺(tái)單價(jià)（元）總價(jià)（元）生產(chǎn)廠家1壓電式傳感感器ck83005石英晶體中中心壓縮415806320秦皇島佳盟盟測(cè)控技術(shù)術(shù)有限公司司2數(shù)據(jù)采集卡卡DAQ-2221432位PCCI總線、16個(gè)單端端、8個(gè)差動(dòng)模模擬量輸入入通道 、16位AD分辨率率，采樣頻頻率可達(dá)2250K 142004200凌華3工控機(jī)RACK-610配置：RAACK-6610PIV2.0G

12、841主板板5122M80G光光驅(qū)鍵盤盤鼠標(biāo) 156005600凌華合計(jì)￥161220四實(shí)驗(yàn)研研究(1) 程程序流程圖圖：開始在線/離線取信號(hào)時(shí)域信號(hào)、有效值頻域信號(hào)FFT變換波形輸出波形輸出數(shù)據(jù)儲(chǔ)存儲(chǔ)存時(shí)域、頻域和有效值數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)讀取讀取時(shí)域、頻域和有效值數(shù)據(jù)程序結(jié)束停止按鍵是是是是否否否否程序設(shè)計(jì)1.程序前前面板程序后面板板： (2) 標(biāo)定傳傳感器步驟驟。實(shí)驗(yàn)步驟：1.首先先在虛擬儀儀器程序里里，將DAAQ中的傳傳感器通道道打開。 2.再再按照所打打開的通道道，將傳感感器、電荷荷放大器和和數(shù)據(jù)采集集卡聯(lián)接好好。 3.將將傳感器接接于自激振振動(dòng)器上，打打開電荷放放大器，校校正傳感器器，觀察程程

13、序上所顯顯示的時(shí)域域信號(hào)，調(diào)調(diào)整到使幅幅值為1。 4.將將校正好的的傳感器放放在一邊，并并將調(diào)節(jié)好好的通道的的靈敏度鎖鎖住。 5.再再校正其它它幾個(gè)傳感感器，重復(fù)復(fù)3、4步步驟，直到到所有傳感感器校正結(jié)結(jié)束。 6.選選擇試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)上所要檢檢測(cè)的點(diǎn)，將將傳感器和和所測(cè)點(diǎn)上上涂上松脂脂，把傳感感器緊貼在在所測(cè)點(diǎn)處處。 (3) 測(cè)測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)臺(tái)的振動(dòng)和和噪聲步驟驟。實(shí)驗(yàn)步驟：1.首先先在虛擬儀儀器程序里里，將DAAQ中的測(cè)測(cè)噪聲傳感感器通道打打開。 2.將將傳感器接接在精密聲聲級(jí)計(jì)倍頻頻程濾波器器上。 3.再再將聲級(jí)計(jì)計(jì)與數(shù)據(jù)采采集卡上的的通道相連連接。 4.把把校正傳感感器的儀器器接在聲級(jí)級(jí)計(jì)上，觀觀

14、察程序上上所顯示的的時(shí)域信號(hào)號(hào)，調(diào)整到到使幅值為為1。 5.將將聲級(jí)計(jì)放放在離聲源源一米內(nèi)，與與聲源平行行即可。下圖為數(shù)據(jù)據(jù)保存程序序：(4) 處處理實(shí)驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)。電機(jī)2000轉(zhuǎn)測(cè)得的的數(shù)據(jù)：1通道波形形2通道波形形 3通道道波形 4通道道波形聲通道波形形10.50000755-0.4468755010.55000775-0.0085444910.550007750.0004883310.500007550.14464844 10.550007750.0990332210.92217755-0.6629888310.99217775-0.1109866310.99217775-0.0034188

15、010.922177550.13342777 10.992177750.1002539911.500005000.49907233 11.55000550-0.1175788111.550005500.0004883311.500005000.16684577 11.55000550 0.1139166011.96686500-0.1183100511.99686550-0.1156255011.996865500.0114648811.966865000.08805666 11.996865500.0770801112.50000000-1.2259766612.55000000-0.007

16、0800112.550000000.00073244 12.50000000-0.0019533112.550000000.0336621112.999990000.48882811 12.999990000.03366211 12.99999000 -0.0009766612.99999000-0.0036622112.99999000-0.0078122513.50000000-0.3307611713.55000000-0.0056155213.55000000-0.0036622113.50000000-0.0007322413.55000000-0.1131833613.999990

17、000.04415044 13.99999000-0.0021977313.99999000-0.0021977313.99999000-0.1180666413.99999000-0.1158699114.511562551.12254888 14.551562250.21148444 14.55156225-0.0004888314.51156255-0.1112300514.55156225-0.0075688415.01155255-0.7788577415.001552250.02268555 15.00155225-0.0024411415.01155255-0.004150041

18、5.00155225-0.00805666分析：以上上是五個(gè)通通道傳感器器所測(cè)得的的波形圖和和每個(gè)0.5秒截取取的信號(hào)數(shù)數(shù)據(jù)，從上上面的波形形我們可以以看出，試試驗(yàn)臺(tái)電機(jī)機(jī)為2000轉(zhuǎn)低速旋旋轉(zhuǎn)時(shí)，每每個(gè)通道的的情況如下下：一通道檢測(cè)測(cè)電機(jī)，其其時(shí)域出現(xiàn)現(xiàn)周期變化化，引起原原因可能是是由于電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子不平平衡所引起起的，從而而導(dǎo)致時(shí)域域波形出現(xiàn)現(xiàn)周期變化化；其頻域域波形在5500Hzz左右時(shí)出出現(xiàn)了一個(gè)個(gè)較大值，這這也可能是是由于轉(zhuǎn)子子不平衡引引起的而通道檢測(cè)測(cè)齒輪傳動(dòng)動(dòng)的高速端端，其時(shí)域域也出現(xiàn)了了同電機(jī)一一樣的周期期變化，其其原因是因因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的不平平衡以及轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子在連接接過程中不不對(duì)中引

19、起起；其頻域域在18000Hz時(shí)時(shí)有較大值值出現(xiàn)，原原因同上。三通道檢測(cè)測(cè)扭矩處，其其時(shí)域波形形變化較為為集中，有有效值為00.07007，產(chǎn)生生的變化可可能是有齒齒輪傳動(dòng)中中，齒輪誤誤差、齒輪輪與內(nèi)孔不不同心、各各部分軸線線不對(duì)中、不平衡等等原因造成成；其頻域域變化范圍圍同樣也相相對(duì)集中，所所以扭矩處處工作情況況較為正常常。四通道檢測(cè)測(cè)齒輪傳動(dòng)動(dòng)的低速端端，其時(shí)域域有突發(fā)性性較大值出出現(xiàn)，產(chǎn)生生的變化同同樣可能是是有齒輪傳傳動(dòng)中，齒齒輪誤差、齒輪與內(nèi)內(nèi)孔不同心心、各部分分軸線不對(duì)對(duì)中、不平平衡等原因因造成；其其頻域變化化同樣有影影響。聲通道檢測(cè)測(cè)的情況中中，我們可可以看到有有突發(fā)性的的較大值出出現(xiàn)，由于于聲通道距距離電機(jī)所所產(chǎn)生的聲聲源最近，所所以其主要要原因可能能是電機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子不平衡衡造成的?？偟恼f來，試試驗(yàn)所檢測(cè)測(cè)的儀器情情況都在允允許的范圍圍之內(nèi)，所所以試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)在2000轉(zhuǎn)的速轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)是運(yùn)行行情況還算算良好。電機(jī)8000轉(zhuǎn)測(cè)得的的數(shù)據(jù)：1通道波形形 2通通道波形3通道波形形4通道波形形 聲通道道波形 分析簡(jiǎn)簡(jiǎn)述：電機(jī)機(jī)在轉(zhuǎn)速為為800轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分的情情況下的出出上示五個(gè)個(gè)波形圖，從從中可以反反映出各通通道