基于DSP軸承故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計

1、Value Engineering 0引言本文研究內(nèi)容是以數(shù)字信號處理器 (DSP 為核心, 設(shè) 計一套集數(shù)據(jù)采集與分析為一體的故障診斷系統(tǒng), 以功率 譜分析在機械故障診斷中的應(yīng)用和小波變換在信號處理 中的應(yīng)用為基礎(chǔ), 用數(shù)字信號處理技術(shù)提取軸承的故障特 征信息, 編制計算機軟件, 辯識軸承滾動體 、 內(nèi)環(huán) 、 外環(huán)的 故障 。1工作過程與測試原理 1.1工作過程圖 1是軸承故障診斷系統(tǒng)的工作過程方框圖 。 從圖可 以看出工作過程主要有 4個部分:信號預處理部分; A/D轉(zhuǎn)換部分; 故障信號分析部分; 故障特征信息提取與識別 部分 。1.2測試原理 該系統(tǒng)利用共振解調(diào)技術(shù)診斷軸承故 障, 當軸

2、承某一元件表面出現(xiàn)局部損傷時, 在受載運行過 程中要撞擊與之相互作用的其它元件表面, 從而產(chǎn)生了沖 擊脈沖力 。 由于沖擊脈沖力的頻帶很寬, 必然包含軸承外 圈 、 傳感器等固有頻率, 從而激起整個測振系統(tǒng)的高頻固 有振動, 通過帶通濾波器的濾波, 分離出受調(diào)制的高頻固 有振動信號, 再通過包絡(luò)檢波器的檢波, 得到了只包含故 障特征信息的低頻包絡(luò)信號, 對這一包絡(luò)信號進行頻譜分 析, 可以診斷出軸承的故障, 其原因是共振解調(diào)技術(shù)放大 (或諧振 和分離 (帶通濾波 了故障特征信息, 極大地提高 了信號比 。 共振解調(diào)診斷原理如圖 2所示 。2系統(tǒng)組成 系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩部分組成, 具有數(shù)

3、據(jù)采 集和處理及故障診斷等主要功能 。 系統(tǒng)硬件配置框圖如圖 3所示 。2.1硬件設(shè)計如 圖 3所 示 ,整 個 系 統(tǒng) 的 核 心 部 件 是 DSP 芯 片TMS320VC5402。 它是 TI 公司生產(chǎn)的 TMS3205000系列的 16位定點數(shù)字信號處理器 。 TMS320VC5402采用先進的改 進型哈佛結(jié)構(gòu),工作速率為 100MIPS ,內(nèi)核工作電壓為 1.8V , I/O工作電壓為 3V 。組成數(shù)據(jù)采集與處理的主要硬件包括: 用于傳感器 信號拾取與預處理部分, 包括 2路振動加速度傳感器的放 大濾波處理; A/D轉(zhuǎn)換器:儀器選用 AD 公司推出的 6通道模擬輸入的 16位串行口可

4、編程 A/D轉(zhuǎn)換器; 數(shù)字 信號處理器 TMS320VC5402; 單片機 AT89C51:用于管 理鍵盤輸入 、 參數(shù)顯示和報警電路等, 由 DSP 控制; 異 步通信單元:用于與 PC 計算機進行通信; (610 電源電 路:為各單元電路提供電源 。 作者簡介 :劉夏 (1982- , 女, 貴州金沙人, 講師, 碩士研究生, 研究方向為電機與電器, 主要講授電氣類課程 ?；?DSP 軸承故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計Diagnosing System for Detecting of Element Bearing Based on DSP劉夏 LIU Xia(貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院, 貴陽 550

5、008(Guizhou Industry Polytechnic College , Guiyang 550008, China 摘要 :本系統(tǒng)主要適用于軸承振動信號數(shù)據(jù)采集和分析, 可以實現(xiàn)對信號的時域和頻域分析 。 該本系統(tǒng)硬件部分是以 DSP 為核心進行振動信號的采集與分析, 軟件部分是采用 C 語言與匯編語言編制, 利用小波變換對信號進行處理 。 該系統(tǒng)也可以進一步推廣到其他振動信號的采集與分析 。Abstract:A diagnosing system has been designed for the detection of the surface defects of elem

6、ent bearing. It is mainly based on sampling and analyzing the vibration signals for time and frequency domains. The diagnosing system of data acquisition and realization based of DSP, and the basic principle of it is wavelet transform. The software is written in C language and assembly language. The

7、 system is suitable to diagnose the rolling elements bearing, and is possible to be extended to the application of other mechanical vibration signals.關(guān)鍵詞 :軸承; DSP ; 小波變換; 故障診斷 Key words:element bearing ; DSP ; wavelet transform ; fault diagnosis 中圖分類號 :TP311文獻標識碼 :A 文章編號 :1006-4311(2013 23-0053-02傳感

8、器信號信號預 處理A/D轉(zhuǎn)換振動信 號分析故障特征 信息提取故障報警圖 1滾動軸承故障診斷系統(tǒng)工作流程圖振動信號帶通濾波某一高頻固有振動包絡(luò)輸出包絡(luò)信號頻譜分析包絡(luò)頻譜故障診斷圖 2共振解調(diào)診斷原理圖被測軸承傳感器信號信號預處理 PC 機A/D轉(zhuǎn)換器DSPTMS320VC5402閃速存儲器靜態(tài)存儲器 報警電路單片機 鍵盤 、 顯示電路 圖 3系統(tǒng)硬件配置方框圖·53·價值工程0引言彈簧直接作用式安全閥是安全閥眾多種類中的一種, 其是將彈簧的載荷直接加載到閥瓣上以提供閥門關(guān)閉或 密封所需的力,其密封是依靠密封副接觸面變形來實現(xiàn) 的, 因此, 這種安全閥的前泄 (非正常泄漏 成

9、為了影響該 閥在壓力系統(tǒng)的應(yīng)用中最棘手的問題 。1彈簧直接作用式安全閥密封特性分析1.1平衡狀態(tài)下的密封力 由于密封副的兩接合面不 可能完全吻合, 所以必須對密封副施加外力, 使密封副產(chǎn) 生彈塑性變形, 消除介質(zhì)得以泄漏的間隙 。 該外力是壓縮 彈簧產(chǎn)生的, 因此, 從理論上講整個安全閥受力部件都會 產(chǎn)生彈塑性變形, 但由于關(guān)閉件很窄, 其受力后的變形量比其它部件大得多,所以我們可以假設(shè)除關(guān)閉件為彈性體 外,閥體 、 閥瓣 、 閥座都為剛體 。 圖 1表示了彈簧直接作用式安全閥關(guān)閉狀態(tài)下作用 作者簡介 :趙玉坤 (1981- , 男, 黑龍江哈爾濱人, 工程師, 學士, 現(xiàn)從事閥門設(shè)計和制造工

10、作,研究方向為機械設(shè)計 、 制造及其自動化 。關(guān)于彈簧直接載荷式安全閥密封特性的研究Study of Spring Directly Load Safety Valve Sealing Properties趙玉坤 ZHAO Yu-kun ; 劉憲東 LIU Xian-dong(哈電集團哈爾濱電站閥門有限公司, 哈爾濱 150080(Harbin Electric Corporation Harbin Power Station Valve Co. , Ltd. , Harbin 150080, China 摘要 :本文對彈簧直接作用式安全閥的密封特性進行了研究, 通過對彈簧直接作用式安全閥實現(xiàn)

11、密封的工作原理及各個密封件的密封力的分析, 找到了影響彈簧直接作用式安全閥密封性的關(guān)鍵因素, 提出了改善彈簧直接作用式安全閥密封性的方案 。Abstract:The paper studies the spring direct acting safety valve sealing properties. Based on analyzing the working principle of spring direct acting safety valve and the seal force, it finds out the key factors influencing the sp

12、ring direct acting safety valve sealing, and puts forward the improved spring direct acting safety valve sealing solutions.關(guān)鍵詞 :彈簧直接作用式安全閥; 密封特性; 前泄 Abstract:spring direct acting safety valve ; sealing characteristics ; start-to-discharge 中圖分類號 :U261.154文獻標識碼 :A 文章編號 :1006-4311(2013 23-0054-022.2軟件設(shè)

13、計 系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括 C51單片機 程序和 DSP 程序兩部分 。 C51單片機程序主要包括上電初 始化 、 與 DSP 通信 、 按鍵輸入和報警程序等; DSP 程序主 要包括上電初始化 、 儀器自檢 、 數(shù)據(jù)采集 、 數(shù)據(jù)分析處理 、 與單片機通信 、 與 PC 機通信等功能模塊 。 在此, 本文主要 介紹數(shù)據(jù)分析處理的程序模塊 。在對振動信號進行分析處理時, 我們用到的是共振解 調(diào)的原理 。 在進行包絡(luò)解調(diào)的各步驟中, 關(guān)鍵在于帶通濾 波 。 能否將包含有故障信息的固有振動分離出來, 帶通濾 波器的設(shè)計極為重要 。 由于小波變換具有帶通濾波的特 性, 通過選擇合適的小波和分解層次,

14、 可以得到原始信號 在不同頻率段的振動特性, 其信息是完整的, 再從中找出 需要的頻率段進行信號重構(gòu), 在不降低信號時域分辨率的 同時達到濾波目的 。 本文采用小波分解與重構(gòu)來實現(xiàn)濾 波, 并采用 MALLAT 算法來進行小波分解和重構(gòu) 。圖 4和圖 5是在 CCS2.2軟件環(huán)境下得到的所采集信 號在進行變換前后的波形圖 。3結(jié)束語本文介紹的基于小波變換與 DSP 技術(shù)的軸承故障診 斷系統(tǒng), 功能強 、 可靠性好 。參考文獻 :1TexasInstruments. TMS320C54X User's Guide, 2010.2周霖 .DSP 算法設(shè)計與系統(tǒng)方案 M.北京:國防工業(yè)出版 社, 2004.7.3程正興, 楊守志, 馮曉霞 . 小波分析的理論 、 算法 、 進展和應(yīng) 用 M.北京:國防工業(yè)出版社, 2007.7.