振動篩形態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)軟件設計分析
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摘要：為了有效降低工業(yè)生產(chǎn)中振動篩故障的發(fā)生，本文利用對振動篩原始振動信號進行數(shù)字信號分析及處理，獲得振動形態(tài)。主要完成振動篩振動形態(tài)監(jiān)測軟件設計部分，該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)在監(jiān)測過程中記錄振動數(shù)據(jù)，實時計算出振動篩工作過程中的重要參數(shù)，結合振動形態(tài)的變化趨勢和用戶經(jīng)驗數(shù)值設定報警機制。從而判斷振動設備是否故障，為企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本。
關鍵詞：振動篩監(jiān)測；數(shù)字信號處理；振動形態(tài)
1緒論
1.1振動篩故障監(jiān)測發(fā)展現(xiàn)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(huán)節(jié)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(chǎn)品，所以其故障頻率高于一般的動力機械產(chǎn)品。振動篩作為生產(chǎn)工藝的重要環(huán)節(jié)，出現(xiàn)故障會導致整個生產(chǎn)系統(tǒng)停止運行[3-4]。目前在很多大型企業(yè)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(jiān)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(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要滿足企業(yè)對振動篩設備日常監(jiān)測的需求。系統(tǒng)在監(jiān)測過程中記錄振動數(shù)據(jù)、繪制振動曲線，實時計算出振動篩工作過程中的重要參數(shù)，如篩箱振幅、橫向擺動、振動方向角等，同時結合振動形態(tài)的變化趨勢和用戶經(jīng)驗數(shù)值設定報警機制，從而判斷振動設備是否故障，在出現(xiàn)故障隱患時及時通知用戶。通過該系統(tǒng)，用戶可直觀的觀測出振動篩振動形態(tài)的變化，精確的讀出測量參數(shù)，及時的獲知故障信息，避免振動設備發(fā)生事故，挽回因振動設備故障產(chǎn)生的經(jīng)濟損失。如果所設計的振動篩振動形態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)推廣應用于該類設備的運行監(jiān)測中，將有效降低工業(yè)生產(chǎn)中振動篩故障的發(fā)生。
2研究內(nèi)容、關鍵技術和研發(fā)目標
2.1研究主要內(nèi)容
本項目主要設計實現(xiàn)振動篩振動形態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，項目設計分為兩部分內(nèi)容，一部分是硬件系統(tǒng)的設計，解決如何在強干擾的環(huán)境下準確獲取較弱的振動信號，經(jīng)硬件電路有效的送入計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的問題；另一部分是軟件系統(tǒng)的設計，解決如何對原始的振動信號進行數(shù)字信號分析及處理，獲得振動形態(tài)，實現(xiàn)多種功能要求。
2.1.1硬件系統(tǒng)設計為了能準確的反映振動設備較小的振動形態(tài)，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(chǎn)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(jù)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(tǒng)設計的關鍵。
2.1.2軟件系統(tǒng)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(tài)，計算振動參數(shù)，繪制出振動曲線和振動合成運動軌跡，通過振動數(shù)據(jù)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(tài)，計算出振動信號參數(shù)是此次軟件系統(tǒng)設計的關鍵。
3軟件系統(tǒng)設計
3.1關鍵技術
3.1.1系統(tǒng)實時性振動設備智能監(jiān)測系統(tǒng)是實時在線監(jiān)測振動篩的運行情況，對系統(tǒng)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(tǒng)周期內(nèi)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(tài)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(jù)擬合得到的曲線計算振動參數(shù)，最后通過振動參數(shù)還原顯示振動形態(tài)。
3.1.3系統(tǒng)的實用性為了使系統(tǒng)能更好的為用戶使用，系統(tǒng)的設計應充分考慮到用戶的使用習慣、應用術語、行業(yè)背景等內(nèi)容。系統(tǒng)的界面設計、功能結構、邏輯順序應充分調(diào)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(tǒng)實際測量多種振動篩，獲得大量樣本數(shù)據(jù)，仔細歸納分析，結合用戶經(jīng)驗，得出判定依據(jù)，系統(tǒng)允許用戶靈活修改判定參量及判定邏輯，使系統(tǒng)適用不同振動設備。
3.2軟件系統(tǒng)方案
軟件結構如圖1所示。系統(tǒng)軟件采用LabWindows/CVI作為開發(fā)平臺，LabWindows/CVI是NationalInstruments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(fā)平臺。LabWindows/CVI將功能強大、使用靈活的C語言平臺與用于數(shù)據(jù)采集分析和顯示的測控專業(yè)工具有機地結合起來，利用它的集成化開發(fā)環(huán)境、交互式編程方法、函數(shù)面板和豐富的庫函數(shù)大大增強了C語言的功能，為熟悉C語言的開發(fā)設計人員編寫檢測系統(tǒng)、自動測試環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過程監(jiān)控系統(tǒng)等應用軟件提供了一個理想的軟件開發(fā)環(huán)境。
3.3系統(tǒng)軟件的主要功能
系統(tǒng)軟件的主要功能包括：振動數(shù)據(jù)信號采集、信號分析和處理、振動參數(shù)和曲線的顯示、數(shù)據(jù)文件的存儲和信號的復現(xiàn)、用戶參數(shù)設定。
3.3.1系統(tǒng)實時采集模塊系統(tǒng)實時采集模塊主要實現(xiàn)振動數(shù)據(jù)信號的實時采集，能夠控制調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)采集卡的采樣通道、采樣頻率、硬件增益等。采集過程中系統(tǒng)實時采集模塊會協(xié)調(diào)調(diào)用其他四個模塊，完成振動參數(shù)的計算、振動曲線的顯示以及振動篩運行狀態(tài)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。
3.3.3系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模塊系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模塊主要完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲、讀取、管理等功能。
3.3.4用戶參數(shù)設定模塊用戶參數(shù)設定模塊主要用于用戶參數(shù)門限的設定、振動通道的選擇、振動參數(shù)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(shù)結果顯示窗口等界面功能。
4振動數(shù)據(jù)監(jiān)測結果
振動篩振動形態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)具有信號檢測精度高、抗干擾性強、用戶使用方便、系統(tǒng)功能豐富等諸多國內(nèi)領先優(yōu)點。
5結論推廣應用前景
本設計的振動篩振動形態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，能夠滿足企業(yè)對振動篩設備日常監(jiān)測的需求，設計的系統(tǒng)可以監(jiān)測振動篩在使用過程中的振動形態(tài)，精確計算振動篩的振幅、橫向擺動、振動方向角等重要參數(shù)，如果振動形態(tài)異常或振動參數(shù)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(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以推廣應用于該類設備的運行監(jiān)測中，振動篩振動形態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)具有信號檢測精度高、抗干擾性強、用戶使用方便、系統(tǒng)功能豐富等諸多國內(nèi)領先優(yōu)點。
參考文獻
[1]朱清慧.大型振動篩DZK2466側幫裂紋故障診斷系統(tǒng)研究[D].中國礦業(yè)大學,2012年.
[4]朱清慧.大型振動篩DZK2466側幫裂紋故障診斷系統(tǒng)研究[D].中國礦業(yè)大學,2012年.
[5]姚正華.基于STM的便攜式振動信號檢測儀器的研究[J].儀器儀表與檢測技術,2011,30（2）45-46.
作者：朱春燕 劉文泉 單位：西安工商學院