利用O n e p r o D设备构建在线振动监测系统

王延明

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司能源与环境部,河北唐山 063000）

1 引言

我们根据京唐钢铁公司能源部的设备情况，利用OneproD系统搭建一套在线振动监测系统用于大型旋转机械振动及过程参数的在线监测。

本系统是以新一代OneproDXPR网路化设备状态监测及故障诊断系统为主体，即法国01db网络化XPR设备状态监测及故障诊断软件/Oracle数据库软件和数据采集系统组成。这个系统的突出特点是集成了最广泛应用的状态监测技术,提供网络化在线监测分析功能、提供工厂设备状况的完整图画。来自在线监测采集模块的网络化在线监测系统数据都集成到一个公共的数据库，工厂局域网内的用户在任意一台计算机上都可以访问数据服务器，浏览实时的设备的状态数据和历史数据，并可以通过OPC进行数据交换[1]。

2 O n e p r o D介绍

OneproD系统包括MVX数据采集设备和XPR数据分析软件。OneproD是根据法国01db-metravib公司多年从事各种领域工业设备状态监测的经验研制的最新一代产品，该系统的性价比非常高，可以根据设备的实际运行状况进行趋势分析。MVX可以长期的监测机器的运行状态，按照预定的采集周期进行振动数据的采集和处理。并可以进行所有通道同时并行采集，可以对机器进行周期性，变速或非连续的数据采集。拥有强大的处理功能，它可以独立的监测一个或几个机器，并对采集数据进行本地处理。拥有强大的通讯能力，可以通过 Ethernet、Ⅰnternet，RS485 和标准的通讯协议（TCP/ⅠP，modbus）分享数据。

XPR-300预测维护与振动分析软件是OneproD系统的核心，它有非常多的特点，非常适合成为一个适用于多种状态监测技术的平台。

(1)快速完成初始化设置：提供模板、轴承库、批量修改等功能。

(2)兼容多种状态检测技术：包括振动，过程控制数据，油品分析数据和红外热像数据。

(3)同时支持在线和离线测量：便携式数据采集器OneproDMVP和在线数据采集器OneproDMVX.

(4)故障诊断：自动从频谱中提取故障的特征频率的幅值。

(5)数据采集，在线数据采集：支持OneproDMVX多通道并行数据采集系统，适用于各种不同的机器，包括大机组，重要设备和一般设备，同时也适用于变转速的设备。通过OPC client接口可以从DCS系统上直接采集过程数据。

(6)离线数据采集：支持OneproDMVP便携式数据采集器，对各种设备进行周期性测量，红外热像图和油品数据也可以集成在一个数据库中。

更进一步OneproDXPR可以根据机器的运行状态调整监测参数和监测策略，因此可以提供更为可靠地分析。多种信息来源（振动，红外热像，油品分析数据和过程参数）也可以对分析结果进行证实。

当MVX和XPR状态维护软件系统同时使用时，一个或几个MVX模块立刻可以组成一个功能强大的预测维护网络，该网络适用于各种不同类型的机器，可以同时连接到上OneproDVⅠO显示测量结果和OneproDXPR监测系统上进行诊断和分析。

3 在线振动监测系统搭建

3.1 总体架构

在线振动监测系统采用总线型结构搭建网络，大部分利用能源运行中心现有光纤，使用赫斯曼MS20、PowerMⅠCE4128 两 种 型 号 交 换 机 ，MM3-2FXS2/2TX1（两光两电）、MM3-4FXS2（四光）、MM2-4TX1（四电）三种型号模块。

网络结构及光纤路由情况如图1所示。

图1 网络架构图

3.2 系统特点

本系统的设计原则：高可靠性、集成性、智能性、安全性等。

3.2.1 总体特点

①嵌入式多CPU智能数据采集器，全功能数据预处理功能。②功能强大、完整的数据存储与多级管理。③数据冗余技术，安全可靠的数据备份与自恢复。④通过MODBUS协议与DCS、PLC通讯，通过以太网技术实现与ERP/EAM连接。⑤远程全功能浏览与专家故障诊断功能。⑥远程参数设置与组态、远程更新功能。

3.2.2 数据采集子系统

①采集、传递并处理各种振动、位移、键相及过程量、开关量等数据。

②信号来源：a、现场一次原件 4～20mA/1～5V 的标准信号。b、现场智能仪表通讯方式。

③嵌入式LⅠNUX、多CPU功能板。

④专用集成电路技术（ASⅠC）及数字信号处理(DSP),完善的数据预处理能力16位A/D,最高采样频率达500 kHz。

3.2.3 远程工作状态设置

对于已有以485方式通讯的仪表采用并联的方式，连接到协议转换模块接入到局域网。对于使用4～20 mA信号传输数据的信号，通过远程Ⅰ/O模块接入。

3.2.4 在线监测子系统

通过监测局域网将数据采集器传送给网络服务器的数据包进行实时处理，监测各机组工作状态和运行趋势等，并将有关数据进行存储和分类分级管理。处理速度快。通用性好。操作方便。数据“黑匣子”功能。数据保存完整。

3.2.5 数据存储与管理子系统

数据管理：历史数据管理、开停机数据、一级正常数据（通频值、特征分量、进动分量值等）、二级正常数据、三级正常数据、报警数据（绝对报警、梯度报警、进动分量梯度报警、位置报警和矢量区域报警）、危险数据、趋势数据管理、监测报告数据管理。

3.2.6 数据分析与专家诊断子系统：以矢谱分析

技术为核心的数据融合分析方法、强大的稳态与非平稳过程分析方法、分析功能、人工神经网络+规则+模糊理论、考虑机组整个系统的动力学特征、支持小样本、向量机技术、故障征兆自动识别技术[3]。

链接谱：链接谱是OneproD独有的技术，它可以将不同分析频率的几个频谱通过数字运算合并成一个频谱，它可以保证合成后的频谱在整个频段内保持一个相对较高的分辨率。采用这种技术可以更容易的判断齿轮和滚动轴承的故障。

椭圆谱：是针对大机组启停分析时的专利技术，它采用通道测量，在大机组启停分析时得到，不同转速下，同一轴承座上的两个传感器合成的轴的运行轨迹（给出椭圆的长轴，短轴和角度）。同时可以提供椭圆谱的瀑布图和伯德图。

对于现场设备的周期性振动X（t），不论其振动波形有多复杂，都可以用傅立叶级数表示为许多频率成谐波关系的简谐振动组成：

X（t）=A0+A1cos(ωt+Φ1)+A2cos(2ωt+Φ2)+A3cos(3ωt+Φ3)+…+Ancos(nωt+Φn)

3.3 系统集成

在能源网覆盖范围内的，利用能源网现有光缆的剩余光芯进行组网。在厂站加装网络交换机、MVX数据采集等设备，另外还需24V电源转换器、跳线等相关附件。基于B/S的N层结构模式、浏览器无需安装任何软件、Oracle大型数据库管理系统、远程浏览、诊断功能，远程实现更改参数组态与系统升级。

现在，通过通讯与公司内部或外部其他部门分享分析结果是非常关键的。它可以提高预测维护工作的价值，因此本系统提供WEB浏览器版软件[2]。OneproDXPR软件系统提供了许多功能允许用户分享信息：Oracle数据库，输入，输出数据，编辑和打印报告。

子站数据采集示意图2。

图2 子站数据采集

3.4 数据分析

OneproD采用功能强大的图形分析模块帮助用户进行故障诊断和生成报告。它提供非常多的分析工具，趋势图，单频图，链接谱，三维瀑布图，时域波形分析，辊子表面形状图，轴心轨迹图，启停机时的波德图，奈奎斯特图，椭圆谱，轴心位置图等。

在每种图上都可以使用各种光标和数据再处理功能进行更进一步的分析。例如图3所示。

图3 设备运行状况监测

自动分析,该软件预测维护系统可以自动从频谱中提取一些常见设备故障的特征频率对应的幅值，一次作为设备的故障“征兆”来监测设备故障的发生和发展。这些故障“征兆”以矩阵的形式显示，并用颜色标出报警状态。每个故障“征兆”都可以进行趋势分析。每一个故障“征兆”都可以设置报警值，系统提供了多种报警类型，包括绝对值报警和相对值报警，其中相应值报警又分为与上一次测量值比较，与设定的参考值比较，与统计值比较，以及预测报警发生的日期。

4总结

本系统的建立，为监测能源部大型转动设备的运行工况提供了有效手段，对事故分析、减少停机率也有很大帮助。在使用过程中，要根据实际状况，调整系统设置。随着新增空压站、氮压机等站所的开工，要有计划的把他们的转动设备接入到在线振动监测系统中。

[1]彭文季,罗兴金奇.基于小波包分析和支持向量机的水电机组振动故障诊断研究[J].中国电机工程学报.2006(24)：165-166.

[2]李卫军.大型风机的在线监测[J].中国设备工程.2003(10)：29-30.

[3]兰建武.基于LabVⅠEW的风机在线监测与故障诊断系统的研究[D].武汉科技大学.2012:24-25.