风机健康管理系统的设计

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摘要：传统风机性能试验方法测量精度低，人为因素干扰大。为此本文采用Labview的思想实现结构简单，使用灵活，成本低，操作简单直观，并且能保障设备安全运行的监测系统。首先利用串口采集风机运行期间的振动信号对风机进行监测，得到风机振动信号的幅值与相位，而后对故障参数进行特征参量提取并且将其进行存储，最后通过采集的数据对风机进行故障诊断。本系统具有良好的人机交互界面，可以实时准确地进行故障分析和预估实现。

关键词：风机；性能监测；虚拟仪器；LabVIEW

风机广泛应用于各行各业，风机的性能测试和故障诊断也备受关注。目前国内大多数厂家还是采用人工检测的方法，这种检测方法存在很多的弊端，如检测项单一，测量精度低，效率低，人为因素干扰大等，且成本高。为了能更准确、高效地检测风机的性能并对其进行故障预估，文章基于Labview设计了风机性能检测系统，该系统具有良好的人机交互界面[1]，能将采集的数据自动进行分析，得到风机的性能参数，并将数据录入文件，以备故障分析和预估[2]。该系统具有结构简单，使用灵活，成本低，界面友好，操作简单直观等优点，用户更容易上手使用。

1系统模块设计

系统界面主要分为4个模块，数据采集、数据接收、故障诊断和数据存储模块。数据采集模块只要是通过串口采集风机参数数据包括风机温度、转速、进出口静压等；数据接收模块是故障诊断主程序中通过串口读取数据采集模块发送的数据；数据存储模块是利用用户设计的存储路径将原始数据进行存储；故障诊断模块是利用用户设计的故障参数对采集的数据进行诊断。实时采集的数据会通过仪表实时显示，对于风量、风压、轴功率以及效率4个参数会通过曲线图的形式显示，模块交互流程图如图1所示[3-6]。系统先启动数据采集模块，通过该模块对风机的震动参数进行采集，之后将用户设置的参数发送到指定的端口。同时系统启动数据接收模块将采集的数据采集到主程序中，此时将采集的数据按照用户设置的路径存储数据并同时将数据以图形形式进行显示。与此同时系统启动故障诊断模块对风机进行诊断，诊断出故障后进行显示和存储。

2模块程序设计

2.1数据采集模块。数据采集模块的设计和实现是系统中比较重要的一部分，它确定了整个系统中数据的获取。在实现这部分时，采用的是模拟串口数据传入，即在实现前先启动，vspd软件，该软件的作用就是在计算机上安装两个虚拟端口COM1和COM2，这两个端口分别用来传入数据以及传出数据。实现数据采集这一模块式主要采用的结构是事件结构[7-8]。在运行程序前先启动“发送数据”的vi，该vi用来生成模拟数据。当点击“获取数据”按钮后，系统将从COM1口不断读入数据，读取完数据后，即可根据“解析.vi”将数据解包，并会将解包出来的数据用于系统后序的使用中。数据发送模块实现如图2所示，该程序是数据采集的主要部分，其实现就是随机数产生后将其转换成16进制数，并分为高8位和低8位，并将其连接成字符串包装发送给串口COM1。图3是数据解析模块的主要实现功能，该模块首先通过用户选择的串口中读取包文件。接下来对数据进行解包检查包文件文件头是否正确，不正确直接结束程序，如果是正确数据接下来检查文件长度不正确直接结束，就可以读取办文件的数据字节。然后将数据字节的高8位和低8位进行合并，并将其转换成浮点小数的形式，然后写入对应的局部变量中并进行显示，最后结束本模块流程执行完毕。2.2数据处理及存储模块。数据处理模块主要实现的功能是将解析后的数据进行相关计算，从而得到风机的其他4个性能参数，这4个参数将通过曲线图的形式表示在前面板上，除此之外，也会将这些参数存入Excel文件中。本模块的实现主要采用的是for循环结构，即将所有的值逐个进行计算并进行存储[9]。数据的存储包括风机性能参数的存储，以及风机故障信息的存储。考虑到每次实验的数据繁多并且复杂，因此会将每次实验的一组数据分文件存放，文件名也是以当次系统运行时得到数据的时间来命名的，因此这样不存在数据覆盖或者数据繁杂的问题。2.3故障诊断故障的诊断部分的结构主要采用了for循环结构和条件结构的结合，for循环决定了程序运行的次数，即每组数据的个数，条件结构决定了故障结果。这部分实现时是将数据逐个计算后进行判断，判断每组数据中是否存在故障数据，若存在，则应是哪种故障；当故障结果诊断出来后，本模块在条件结构上进行故障的存储和显示[10-13]。对于风机的故障预测，本次设计采用的是概率模型法来实现。因此在程序实现时采的是事件结构，当一旦确定触发“故障预测”按钮后，便开始执行该模块并最终将预测结果显示在前端的输出控件上。故障预测主要程序如图4所示[14]。

3测试结果显示与分析

图5是一组数据的测试结果[15-16]。从图5的显示可以看出来，点击开始测试按钮后，风机相关的性能参数信息是以折线图的形式显示，且会有状态灯显示当前的状态：当风机出现故障数据时，状态显示为红色。此外，故障显示模块也会在测试结束后以列表形式显示当前风机的故障数据及状态。由此可见，本系统实现了控制简单灵活，成本低的同时，达到了保障设备安全运行的目的。

4结论

系统选取了典型的特征值作为故障的特征参数，从而对风机故障进行了监测。该系统是基于虚拟仪器完成的系统，可进行串口的模拟，从而更生动形象地模拟了数据的采集。系统有数据存储功能，无论是关于风机性能参数的数据还是风机的故障数据，一旦生成，系统便自动保存，这些历史数据为以后的使用提供了很大的帮助。同时能够实现风机故障的实时监测与故障诊断，这在一定程度上能够帮助维修人员快速确定故障以降低损失。

作者:杨丽娟 陈雷 杨艳霞 胡晓霞 单位：1.西安工业大学北方信息工程学院2.西安工业大学计算机学院