[发明专利]一种旋转机械的振动信号采集及故障实时监测系统及方法

说明书

本发明公开了一种旋转机械的振动信号采集及故障实时监测系统及方法，属于旋转机械故障监测技术领域；监测系统包括加速度传感器和采集器，以及与多个采集器通过基站通讯连接的上位机；加速度传感器采用ICP传感器并与采集器上设置的传感器接口对应连接；采集器内部的信号调理模块和AD转换模块将振动信号进行前期处理，信号实时处理模块对数字信号进行简易诊断并将故障信号传输给微处理器，微处理器将故障信号通过通信模块传输给上位机进行精密诊断。本发明系统通过采集器和上位机的配合实现简易诊断和精密诊断相结合的监测方法，将边缘计算和云计算的优点结合起来，可以在不影响监测效果的情况下大大减少数据上传量，减轻云端服务器数据存储负担。

技术领域

本发明涉及一种旋转机械的故障监测系统，具体涉及一种旋转机械的振动信号采集及故障实时监测系统及方法，属于旋转机械故障监测技术领域。

背景技术

随着自动化程度的提高，机械设备趋于复杂化，各设备之间的联系也越来越紧密。大型设备由许多的零部件组成，一个零件的失效将可能导致整个设备的故障，甚至导致整个生产线的瘫痪，设备故障导致的停产，会给企业带来巨大的经济损失，严重者还会导致重大安全事故。因此对于设备的故障诊断和状态监测具有重要的工程意义。

旋转机械的故障诊断一般采用设备的振动信号分析故障特征，数据采集常用的设备有数据采集卡和分布式数据采集设备：

1)数据采集卡适用于对单个设备的信号采集，使用时需要配合恒流适配器以及电脑使用，对于采集多个设备需要逐个采集，若被测设备较多，则使用费时费力；并且也不适合用于设备状态的监测。

2)分布式数据采集设备将采集到的数据上传到云端有一定延迟；然而机械设备大部分时间处于正常运转状态，采集到的信号大部分为设备正常状态信号，导致大量的正常状态信号占用了存储资源，增加了上位机的处理负担。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术中存在的数据采集监测多个设备时费时费力、效率低以及上传大量正常数据增加上位机处理负担的问题，提供一种旋转机械的振动信号采集及故障实时监测系统及方法，通过采集器和上位机的配合实现简易诊断和精密诊断相结合的监测方法，将边缘计算和云计算的优点结合起来，可以在不影响监测效果的情况下大大减少数据上传量，减轻云端服务器数据存储负担。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种旋转机械的振动信号采集及故障实时监测系统，包括布置在多个旋转设备采集节点处的加速度传感器和采集器，以及与多个采集器通过基站通讯连接的上位机；所述加速度传感器采用ICP传感器采集旋转设备上的振动信号，并与采集器上设置的传感器接口对应连接；所述采集器的内部包括电源模块、信号调理模块、AD转换模块、信号实时处理模块、微处理器、通信模块和SD卡；所述电源模块的输入端连接外部输入电源，输出端连接采集器内部的供电模块并连接ICP传感器提供恒流源；所述信号调理模块的输入端连接ICP传感器接收采集的振动信号，振动信号经调压、滤波后传输到AD转换模块；所述AD转换模块将振动信号由模拟信号转换成数字信号传输给信号实时处理模块；所述信号实时处理模块对数字信号进行简易诊断，并将判断出的故障信号传输给微处理器；所述微处理器将故障信号通过通信模块传输给上位机进行精密诊断，以及通过通信模块接收上位机发送的阈值和采集时间间隔的设定参数以及采集数据指令，并在网络通信中断和现场手动采集时将采集数据存储到SD卡。

所述信号实时处理模块的内部设置FIFO存储器和信号时域特征计算子模块；FIFO存储器对接收到的数字信号进行缓存并计算信号的相关时域特征，根据时域特征数值判断出大于设定阈值的故障信号。

所述信号实时处理模块内的阈值通过微处理器设定。

所述信号实时处理模块对数字信号进行的简易诊断过程中设置有定时采集模式，由微处理器控制采集时间间隔；信号实时处理模块通过定时采集模式为AD转换模块提供时钟信号，微处理器通过控制信号实时处理模块的分频信号来调节AD转换模块的采样频率。