風機健康管理系統的設計

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摘要：傳統風機性能試驗方法測量精度低，人為因素干擾大。為此本文采用Labview的思想實現結構簡單，使用靈活，成本低，操作簡單直觀，并且能保障設備安全運行的監測系統。首先利用串口采集風機運行期間的振動信號對風機進行監測，得到風機振動信號的幅值與相位，而后對故障參數進行特征參量提取并且將其進行存儲，最后通過采集的數據對風機進行故障診斷。本系統具有良好的人機交互界面，可以實時準確地進行故障分析和預估實現。

關鍵詞：風機；性能監測；虛擬儀器；LabVIEW

風機廣泛應用于各行各業，風機的性能測試和故障診斷也備受關注。目前國內大多數廠家還是采用人工檢測的方法，這種檢測方法存在很多的弊端，如檢測項單一，測量精度低，效率低，人為因素干擾大等，且成本高。為了能更準確、高效地檢測風機的性能并對其進行故障預估，文章基于Labview設計了風機性能檢測系統，該系統具有良好的人機交互界面[1]，能將采集的數據自動進行分析，得到風機的性能參數，并將數據錄入文件，以備故障分析和預估[2]。該系統具有結構簡單，使用靈活，成本低，界面友好，操作簡單直觀等優點，用戶更容易上手使用。

1系統模塊設計

系統界面主要分為4個模塊，數據采集、數據接收、故障診斷和數據存儲模塊。數據采集模塊只要是通過串口采集風機參數數據包括風機溫度、轉速、進出口靜壓等；數據接收模塊是故障診斷主程序中通過串口讀取數據采集模塊發送的數據；數據存儲模塊是利用用戶設計的存儲路徑將原始數據進行存儲；故障診斷模塊是利用用戶設計的故障參數對采集的數據進行診斷。實時采集的數據會通過儀表實時顯示，對于風量、風壓、軸功率以及效率4個參數會通過曲線圖的形式顯示，模塊交互流程圖如圖1所示[3-6]。系統先啟動數據采集模塊，通過該模塊對風機的震動參數進行采集，之后將用戶設置的參數發送到指定的端口。同時系統啟動數據接收模塊將采集的數據采集到主程序中，此時將采集的數據按照用戶設置的路徑存儲數據并同時將數據以圖形形式進行顯示。與此同時系統啟動故障診斷模塊對風機進行診斷，診斷出故障后進行顯示和存儲。

2模塊程序設計

2.1數據采集模塊。數據采集模塊的設計和實現是系統中比較重要的一部分，它確定了整個系統中數據的獲取。在實現這部分時，采用的是模擬串口數據傳入，即在實現前先啟動，vspd軟件，該軟件的作用就是在計算機上安裝兩個虛擬端口COM1和COM2，這兩個端口分別用來傳入數據以及傳出數據。實現數據采集這一模塊式主要采用的結構是事件結構[7-8]。在運行程序前先啟動“發送數據”的vi，該vi用來生成模擬數據。當點擊“獲取數據”按鈕后，系統將從COM1口不斷讀入數據，讀取完數據后，即可根據“解析.vi”將數據解包，并會將解包出來的數據用于系統后序的使用中。數據發送模塊實現如圖2所示，該程序是數據采集的主要部分，其實現就是隨機數產生后將其轉換成16進制數，并分為高8位和低8位，并將其連接成字符串包裝發送給串口COM1。圖3是數據解析模塊的主要實現功能，該模塊首先通過用戶選擇的串口中讀取包文件。接下來對數據進行解包檢查包文件文件頭是否正確，不正確直接結束程序，如果是正確數據接下來檢查文件長度不正確直接結束，就可以讀取辦文件的數據字節。然后將數據字節的高8位和低8位進行合并，并將其轉換成浮點小數的形式，然后寫入對應的局部變量中并進行顯示，最后結束本模塊流程執行完畢。2.2數據處理及存儲模塊。數據處理模塊主要實現的功能是將解析后的數據進行相關計算，從而得到風機的其他4個性能參數，這4個參數將通過曲線圖的形式表示在前面板上，除此之外，也會將這些參數存入Excel文件中。本模塊的實現主要采用的是for循環結構，即將所有的值逐個進行計算并進行存儲[9]。數據的存儲包括風機性能參數的存儲，以及風機故障信息的存儲。考慮到每次實驗的數據繁多并且復雜，因此會將每次實驗的一組數據分文件存放，文件名也是以當次系統運行時得到數據的時間來命名的，因此這樣不存在數據覆蓋或者數據繁雜的問題。2.3故障診斷故障的診斷部分的結構主要采用了for循環結構和條件結構的結合，for循環決定了程序運行的次數，即每組數據的個數，條件結構決定了故障結果。這部分實現時是將數據逐個計算后進行判斷，判斷每組數據中是否存在故障數據，若存在，則應是哪種故障；當故障結果診斷出來后，本模塊在條件結構上進行故障的存儲和顯示[10-13]。對于風機的故障預測，本次設計采用的是概率模型法來實現。因此在程序實現時采的是事件結構，當一旦確定觸發“故障預測”按鈕后，便開始執行該模塊并最終將預測結果顯示在前端的輸出控件上。故障預測主要程序如圖4所示[14]。

3測試結果顯示與分析

圖5是一組數據的測試結果[15-16]。從圖5的顯示可以看出來，點擊開始測試按鈕后，風機相關的性能參數信息是以折線圖的形式顯示，且會有狀態燈顯示當前的狀態：當風機出現故障數據時，狀態顯示為紅色。此外，故障顯示模塊也會在測試結束后以列表形式顯示當前風機的故障數據及狀態。由此可見，本系統實現了控制簡單靈活，成本低的同時，達到了保障設備安全運行的目的。

4結論

系統選取了典型的特征值作為故障的特征參數，從而對風機故障進行了監測。該系統是基于虛擬儀器完成的系統，可進行串口的模擬，從而更生動形象地模擬了數據的采集。系統有數據存儲功能，無論是關于風機性能參數的數據還是風機的故障數據，一旦生成，系統便自動保存，這些歷史數據為以后的使用提供了很大的幫助。同時能夠實現風機故障的實時監測與故障診斷，這在一定程度上能夠幫助維修人員快速確定故障以降低損失。

作者:楊麗娟 陳雷 楊艷霞 胡曉霞 單位：1.西安工業大學北方信息工程學院2.西安工業大學計算機學院