鄧玉萍，田繼宏，孔祥瑞

(1.鞍山師范學(xué)院 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,遼寧 鞍山 114007；2.鞍山師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院,遼寧 鞍山 114007；3.大連交通大學(xué)，遼寧 大連 116028)

風(fēng)機(jī)故障診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

鄧玉萍1，田繼宏2，孔祥瑞3

(1.鞍山師范學(xué)院 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,遼寧 鞍山 114007；2.鞍山師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院,遼寧 鞍山 114007；3.大連交通大學(xué)，遼寧 大連 116028)

利用單片機(jī)控制技術(shù)、A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)及數(shù)字濾波技術(shù)，對(duì)風(fēng)機(jī)故障診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì).系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)時(shí)域指標(biāo)的計(jì)算和實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，使系統(tǒng)的抗干擾能力和準(zhǔn)確性等方面有了很大的提高，達(dá)到風(fēng)機(jī)設(shè)備故障診斷監(jiān)測(cè)的目的.

故障診斷；在線監(jiān)測(cè)；單片機(jī)；動(dòng)平衡

鞍鋼集團(tuán)物業(yè)公司是一家集物業(yè)管理和民用供暖于一體的綜合公司，公司的引風(fēng)機(jī)自投產(chǎn)使用以來(lái)，出現(xiàn)故障的主要原因是由于引風(fēng)機(jī)中葉片磨損導(dǎo)致振動(dòng)逐漸加大,引起動(dòng)平衡被破壞[1].風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)鍋爐系統(tǒng)處于停車狀態(tài)，不能保證正常生產(chǎn).通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)的故障診斷及葉輪平衡問(wèn)題的研究，可以有效提高對(duì)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)能力，及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的早期故障；可以確定風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的振動(dòng)危險(xiǎn)點(diǎn)，進(jìn)行振動(dòng)幅值超值報(bào)警；可以減少維修時(shí)間，降低設(shè)備事故發(fā)生率，保證生產(chǎn)正常運(yùn)行.

1 故障診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件組成

硬件是軟件賴以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，合理的選擇系統(tǒng)硬件，達(dá)到所要求的性能是非常重要的.風(fēng)機(jī)系統(tǒng)硬件組成如圖1所示[2].

圖1 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)硬件組成框圖

2 故障診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制部分軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)選用了AT89S51單片機(jī)作為CPU控制單元.診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件由4個(gè)程序模塊組成:主程序模塊；中斷程序模塊；A/D轉(zhuǎn)換及濾波模塊；相位角、振動(dòng)幅值及動(dòng)平衡偏移量計(jì)算子程序模塊[3].

2.1 主程序模塊

主要完成AT89S51單片機(jī)硬件系統(tǒng)I/O口的初始化、存儲(chǔ)器單元清零等工作.控制運(yùn)算主程序流程圖如圖2所示.

2.2 中斷程序

測(cè)量相位角的大小和振動(dòng)幅值的最大值，并將相位角和振動(dòng)幅值存入相應(yīng)的存儲(chǔ)器單元，供LED顯示之用，當(dāng)振動(dòng)幅值超出設(shè)定值時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào).

2.3 A/D轉(zhuǎn)換及濾波

A/D轉(zhuǎn)換的任務(wù)是完成電壓讀取，將此電壓濾波后存入計(jì)算機(jī)的相應(yīng)單元內(nèi).A/D轉(zhuǎn)換電路選用ADC0809集成電路，該電路與單片機(jī)組成接口電路，這已經(jīng)是一個(gè)非常成熟的技術(shù)，并得到了廣泛的應(yīng)用.由于采樣信號(hào)常受現(xiàn)場(chǎng)周圍設(shè)備電源等的隨機(jī)干擾，傳感器本身的不穩(wěn)定而引起失真，為了提高采樣的可靠性，減少虛假信號(hào)的影響，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)比較采用程序判斷濾波.其工作原理是：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定兩次采樣允許的最大偏差ΔX.若先后兩次采樣的信號(hào)相減數(shù)值大于ΔX，表明輸入的是干擾信號(hào)，應(yīng)該去掉而用上次采樣值.若小于或等于ΔX表明此信號(hào)為有用的信號(hào)，本次采樣值有效.數(shù)/模轉(zhuǎn)換器ADC0809數(shù)據(jù)采樣子程序流程圖如圖3所示.

圖2 控制運(yùn)算主程序流程圖

圖3 ADC0809數(shù)據(jù)采樣子程序流程圖

圖4 轉(zhuǎn)子相位角、振幅計(jì)算子程序流程圖

2.4 相位角、振動(dòng)幅值及動(dòng)平衡偏移量計(jì)算子程序

該子程序模塊主要完成相位角、振動(dòng)幅值及動(dòng)平衡偏移量的計(jì)算任務(wù)，為L(zhǎng)ED顯示提供相應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)值.轉(zhuǎn)子相位角、振幅計(jì)算子程序流程圖如圖4所示.動(dòng)平衡偏移量計(jì)算子程序主要完成偏移量計(jì)算，首先從存儲(chǔ)器讀入轉(zhuǎn)子的幅值和相位，分別計(jì)算轉(zhuǎn)子初始狀態(tài)的振幅值和試加配重后的轉(zhuǎn)子振幅值，將結(jié)果分別存入存儲(chǔ)器RAM單元中，最后計(jì)算兩者的差，也就是動(dòng)平衡偏移量存入存儲(chǔ)器RAM單元44H內(nèi).

數(shù)據(jù)顯示子程序由6位LED數(shù)碼發(fā)光二極管組成，完成振動(dòng)與相位數(shù)值的顯示，數(shù)據(jù)顯示子程序流程圖如圖5所示.各類按鍵完成系統(tǒng)復(fù)位、瞬時(shí)值和最大值的轉(zhuǎn)換顯示功能.電源電路為各個(gè)工作部分提供相應(yīng)的工作電壓.各類接口板與單片機(jī)之間的信號(hào)線均被采取屏蔽措施，防止其它信號(hào)干擾.閃光報(bào)警器是用來(lái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)接點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)振動(dòng)幅值超出設(shè)定值時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)[4].

圖5 數(shù)據(jù)顯示子程序流程圖

2.5 存儲(chǔ)器地址空間設(shè)計(jì)

存儲(chǔ)器地址空間分配如表1所示.

表1 存儲(chǔ)器地址空間分配

3 結(jié)論

在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)把在現(xiàn)場(chǎng)采集到的風(fēng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)輸入到硬件電路存儲(chǔ)器中，通過(guò)軟件程序進(jìn)行智能分析，得出了風(fēng)機(jī)不平衡的參數(shù).現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與理論分析結(jié)果基本一致，而且經(jīng)設(shè)備檢修的實(shí)踐證明結(jié)果正確.實(shí)踐證明本系統(tǒng)能夠勝任日常風(fēng)機(jī)在線診斷的職責(zé)，確保風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行.

[1] 張健.機(jī)械故障診斷技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[2] 陳維山.機(jī)電系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2010.

[3] 蔡振江.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011.

[4] 張安華.機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社，1995.

(責(zé)任編輯：張冬冬)

Software design of the fan fault diagnosis monitoring system

DENG Yuping1，TIAN Jihong1，KONG Xiangrui2

(1.SchoolofPhysicalScienceandTechnology，AnshanNormalUniversity,AnshanLiaoning114007,China；2.SchoolofMathematicsandInformationScience，AnshanNormalUniversity,AnshanLiaoning114007,China；3.DalianJiaotongUniversity,LiaoningDalian116028,China)

By utilizing the single chip microcomputer control technology,A/D conversion technology and digital filtering technology,the paper designs the software of the fan fault diagnosis monitoring system.The system realizes the calculation of signal index in time domain and the real-time online monitoring，which improves the anti-jamming capability,accuracy etc.and achieves the expected goal of monitoring the fan fault diagnosis.

fault diagnosis；online monitoring;single chip；dynamic balance

2016-09-12

鄧玉萍(1965-)，女，遼寧遼陽(yáng)人，鞍山師范學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院高級(jí)實(shí)驗(yàn)師.

TP27

A

1008-2441(2016)06-0035-03