振動篩形態監測系統軟件設計

朱春燕，劉文泉

(1.西安工商學院，陜西西安，710200；西北工業大學，陜西西安，710072)

1 緒論

1.1 振動篩故障監測發展現狀

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節的一種振動機械設備，廣泛應用于冶金、煤炭、礦山、建材、水利、高速公路建設中[1-2]。由于振動篩是利用振動破壞力進行工作的產品，所以其故障頻率高于一般的動力機械產品。振動篩作為生產工藝的重要環節，出現故障會導致整個生產系統停止運行[3-4]。目前在很多大型企業中，振動篩設備的日常維護工作都缺乏必要的檢測手段和設備[5]，無法對設備的故障進行有效的檢測，故而尋求一種的合理有效的監測方法是相當必要和迫切的。

1.2 本文研究的目的和意義

本項目研究設計的振動篩振動形態監測系統主要滿足企業對振動篩設備日常監測的需求。系統在監測過程中記錄振動數據、繪制振動曲線，實時計算出振動篩工作過程中的重要參數，如篩箱振幅、橫向擺動、振動方向角等，同時結合振動形態的變化趨勢和用戶經驗數值設定報警機制，從而判斷振動設備是否故障，在出現故障隱患時及時通知用戶。

通過該系統，用戶可直觀的觀測出振動篩振動形態的變化，精確的讀出測量參數，及時的獲知故障信息，避免振動設備發生事故，挽回因振動設備故障產生的經濟損失。如果所設計的振動篩振動形態監測系統推廣應用于該類設備的運行監測中，將有效降低工業生產中振動篩故障的發生。

2 研究內容、關鍵技術和研發目標

2.1 研究主要內容

本項目主要設計實現振動篩振動形態監測系統，項目設計分為兩部分內容，一部分是硬件系統的設計，解決如何在強干擾的環境下準確獲取較弱的振動信號，經硬件電路有效的送入計算機數據采集系統中的問題；另一部分是軟件系統的設計，解決如何對原始的振動信號進行數字信號分析及處理，獲得振動形態，實現多種功能要求。

2.1.1 硬件系統設計

為了能準確的反映振動設備較小的振動形態，應選擇靈敏度較高的加速度傳感器，在應用加速度傳感器對振動篩X，Y，Z三軸方向分別進行測量時，設備本身的振動會產生很強的噪聲干擾，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，根據振動篩的振動頻率特性對信號進行帶通濾波處理，提取有效的振動信號。所以設計有效的濾波放大器電路是此次硬件系統設計的關鍵。

2.1.2 軟件系統設計

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，還原振動形態，計算振動參數，繪制出振動曲線和振動合成運動軌跡，通過振動數據應能進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，計算出振動信號參數是此次軟件系統設計的關鍵。

3 軟件系統設計

3.1 關鍵技術

3.1.1 系統實時性

振動設備智能監測系統是實時在線監測振動篩的運行情況，對系統的實時性要求較高，在軟件結構框架設計中，應合理安排每個系統周期內所完成的任務，包括采集、計算、顯示、存儲等任務。

3.1.2 振動形態的還原

首先對振動原始信號進行頻譜分析，其次運用信號分析技術對信號進行曲線擬合，再根據擬合得到的曲線計算振動參數，最后通過振動參數還原顯示振動形態。

3.1.3 系統的實用性

為了使系統能更好的為用戶使用，系統的設計應充分考慮到用戶的使用習慣、應用術語、行業背景等內容。系統的界面設計、功能結構、邏輯順序應充分調研后再進行設計。

3.1.4 故障診斷

為了診斷振動篩故障，應運用本系統實際測量多種振動篩，獲得大量樣本數據，仔細歸納分析，結合用戶經驗，得出判定依據，系統允許用戶靈活修改判定參量及判定邏輯，使系統適用不同振動設備。

3.2 軟件系統方案

軟件結構如圖1所示。

圖1 振動設備智能監測系統軟件結構

系統軟件采用LabWindows/CVI作為開發平臺，LabWindows/CVI是National Instruments 公司(美國國家儀器公司，簡稱NI 公司)推出的交互式C 語言開發平臺。LabWindows/CVI將功能強大、使用靈活的C語言平臺與用于數據采集分析和顯示的測控專業工具有機地結合起來，利用它的集成化開發環境、交互式編程方法、函數面板和豐富的庫函數大大增強了C語言的功能，為熟悉C語言的開發設計人員編寫檢測系統、自動測試環境、數據采集系統、過程監控系統等應用軟件提供了一個理想的軟件開發環境。

3.3 系統軟件的主要功能

系統軟件的主要功能包括：振動數據信號采集、信號分析和處理、振動參數和曲線的顯示、數據文件的存儲和信號的復現、用戶參數設定。

3.3.1 系統實時采集模塊

系統實時采集模塊主要實現振動數據信號的實時采集，能夠控制調節數據采集卡的采樣通道、采樣頻率、硬件增益等。采集過程中系統實時采集模塊會協調調用其他四個模塊，完成振動參數的計算、振動曲線的顯示以及振動篩運行狀態的分析。

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。

圖2 信號分析處理流程

3.3.3 系統數據管理模塊

系統數據管理模塊主要完成監測數據的存儲、讀取、管理等功能。

3.3.4 用戶參數設定模塊

用戶參數設定模塊主要用于用戶參數門限的設定、振動通道的選擇、振動參數顯示要求等功能。

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、振動參數結果顯示窗口等界面功能。

4 振動數據監測結果

振動篩振動形態監測系統具有信號檢測精度高、抗干擾性強、用戶使用方便、系統功能豐富等諸多國內領先優點。

5 結論推廣應用前景

本設計的振動篩振動形態監測系統，能夠滿足企業對振動篩設備日常監測的需求，設計的系統可以監測振動篩在使用過程中的振動形態，精確計算振動篩的振幅、橫向擺動、振動方向角等重要參數，如果振動形態異常或振動參數超標，將判斷振動設備故障，可及時報警通知用戶。所設計的振動篩振動形態監測系統可以推廣應用于該類設備的運行監測中，振動篩振動形態監測系統具有信號檢測精度高、抗干擾性強、用戶使用方便、系統功能豐富等諸多國內領先優點。