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xxx田电站动力设备振动分析与研究阶段研究报告之二

动力设备振动分析与研究

阶段研究报告之二

作者：

任兴民郑龙席司春卜凯旗杨永锋

西北工业大学振动工程研究所

2004年6月7日

动力设备振动分析与研究

阶段研究报告之二

任兴民秦卫阳郑龙席卜凯旗杨永锋

西北工业大学振动工程研究所

2004年6月7日

一、概况

“动力设备振动分析与研究”项目自2003年10月28日在库尔勒中国石油塔里木油田分公司协商后，乙方西北工业大学振动工程研究所就开始进行相关的研究工作，并于2004年3月完成了第一份项目阶段研究报告，向库尔勒中国石油塔里木油田分公司做了汇报。

本文是项目研究工作的阶段研究报告之二，向库尔勒中国石油塔里木油田分公司汇报2004年3月－5月间的工作进展情况，进度安排情况，以及需要甲方协助提供的信息，请甲方审查该报告，并协助提供有关数据，使项目能按照合同进度顺利完成。

按照合同的进度安排，并结合项目的实际情况，2004年3月－5月间完成了以下工作：

1．购置了32路的数据采集系统，完成了分析系统的硬件系统设计、安装、调试；

2．初步完成了数据库的结构设计、软件设计、程序设计；

3．初步完成了振动分析软件的结构设计、以及部分程序的编程工作；

4．进行了与项目有关的部分研究工作；

5．对项目的研究方案与甲方进行了协商，为下一步的研究工作做好充分的准备。

本文是以上工作的总结汇报，部分工作得到甲方的大力协助和支持。

在此对甲方的帮助和支持表示感谢。

二、详细工作汇报

1．振动分析系统的硬件结构

ADLINIKTechnologyInc.PCI-9114（A）DG/HG数据采集系统

数据采集系统的基本参数和通讯结构概述：

PCI-9114（A）数据采集系统的基本功能如下：

图1

1.1Features

ThePCI-9114（A）PCI-BusAdvancedDataAcquisitionCardprovidesthefollowingadvancedfeatures:

∙32-bitPCI-Bus,PlugandPlay

∙32single-endedor16differentialanaloginputschannels

∙16-bitshighresolutionADconversion

∙Highamplificationgainof1,10,100,1000forPCI-9114（A）HG

∙Normalgainof1,2,4,8,forPCI-9114（A）DG

∙Singlechannelsamplingrateupto100KHzforPCI-9114

∙Singlechannelsamplingrateupto25HzforPCI-9114A

∙Multi-ADtriggermode:

softwaretrigger,timerpacertrigger

∙On-boardA/D1KWORDSFIFOmemory

∙Auto-scanningchannelselection

∙OneuserconfigurablegeneralpurposeTimer/Counter（OnlyavailableinPCI-9114AandPCI-9114Rev.C2orlater）

∙16IsolatedDigitalInputChannels

∙16IsolatedDigitalOutputChannelswithhighdrivingcapability

∙5000VrmshighvoltageisolationforDIOchannels

1.2Applications

∙Industrialprocesscontrol

∙Transducer,thermocouple,RTD

∙Powermonitor

∙Medicalinstrument

∙Biomedicalmeasurement

1.3Specifications

♦AnalogInput（A/D）

∙Converter:

LTC1605（LTC1606forPCI-9114A）orequivalent,successiveapproximationtype

∙Resolution:

16bits

∙Inputchannels:

32single-endedor16differentialinputchannels

∙InputRange:

（Programmable）

Bipolar:

±10V,±1V,±100mV,±10mV,（PCI-9114（A）HG）

Bipolar:

±10V,±5V,±2.5,±1.25V,（PCI-9114（A）DG）

∙Throughput:

singlechannel100KHzmaxforPCI-9114

Singlechannel250KHzmaxforPCI-9114A

∙OverVoltageProtectionforAnaloginputs:

Continuous±35Vmaximum

∙InputImpedance:

10MΩ,

∙A/DTriggerModes:

SoftwareandTimerpacertrigger

∙DataTransferMode:

Pooling,EOCInterrupt,FIFOHalf-fullInterrupt

∙FIFOBufferSize:

1024samples

♦IsolatedDigitalInput（IDI）

∙Numberofinputchannels:

16

∙Inputvoltage:

0~24VDC

LogicL:

0~1.5V

LogicH:

3~24V

∙Inputresistance:

4.7MΩ@0.5W

∙Isolationvoltage:

5000Vrms

∙Throughput:

10KHz

♦IsolatedDigitalOutput（IDO）

∙Numberofoutputchannels:

16channelscurrentsource

●Outputtype:

openemitter0.5to50VDC

∙SourceCurrent:

Singlechannelsources500mAmaximum

8channelssource60mAmaximumsimultaneously

∙Isolationvoltage:

5000Vrms

∙Throughput:

10KHz

♦GeneralSpecifications

∙Connector:

37-pinD-typeconnector

∙Operatingtemperature:

0℃～60℃s

∙StorageTemperature:

-20℃～80℃

∙Humidity:

5~95%,non-condensing

∙PowerConsumption:

+5V@600mA（typical）

+12V@100mA（typical）

∙Dimension:

Length:

7.88”（200mm）forPCI-9114Rev.B1

6.89”（175mm）forPCI-9114Rev.C2andPCI-9114A

Width:

4.18”（106mm）（W）

1.4SoftwareSupport

ADLINKprovidesversatilesoftwaredriversandpackagesforusers’differentapproachtobuilt-upasystem,WenotonlyprovideprogramminglibrarysuchasDLLformanyWindowssystems,butalsoprovidedriversformanysoftwarepackagesuchasLabVIEW,HPVEETM,InControlTM,ISaGRAFTM,andsoon.

AllthesoftwareoptionsareincludedintheADLinkCD.Thenon-freesoftwaredriversateprotectedwithseriallicensedcode.Withoutthesoftwareserialnumber,youcanstillinstallthemandrunthedemoversionfortwohoursfordemonstrationpurpose.Pleasecontactwithyourdealertopurchasetheformallicenseserialcode.

1.4.1ProgrammingLibrary

Forcustomerswhoarewritingtheirownprograms,weprovidefunctionlibrariesformanydifferentoperatingsystems,including:

♦DOSLibrary:

BorlandC/C++.Delphi,BC5,thefunctionsdescriptionsareincludedinthisuser’sguide.

♦Windows95DLL:

ForVB,VC++,Delphi,BC5,thefunctionsdescriptionsateincludedinthisuser’sguide.

♦PCIS-DASK:

IncludedevicedriversandDLLforWindows98,WindowsNTandWindows2000.DLLisbinarycompatibleacrossWindows98,WindowsNTandWindows2000.ThatmeansallapplicationsdevelopedwithPCIS-DASKarecompatibleacrossWindows98,WindowsNTandWindows2000.ThedevelopingenvironmentcanbeVB,VC++,Delphi,BC5,oranyWindowsprogramminglanguagethatallowscallstoaDLL.Theuser’sguideandfunctionreferencemanualofPCIS-DASKareintheCD.（\\Manual_PDF\Software\PCIS-DASK）

♦PCIS-DASK/X:

Includee\devicedriversandsharedlibraryforLinux.ThedevelopingenvironmentcanbeGnuC/C++oranyprogramminglanguagethatallowslinkingtoasharedlibrary.Theuser’sguideandfunctionreferencemanualofPCIS-DASK/XareintheCD.（\\Manual-PDF\Software\PCIS-DASK-X）

Theabovesoftware\aredriversareshippedwiththeboard.Pleaserefertothe“SoftwareInstallationGuide”toinstallthesedrivers.

1.4.2PCIS-LVIEW:

LabVIEWDriver]

PCIS-LVIEWcontainstheVIs,whichareusedtointerfacewithNI’sLabVIEWsoftwarepackage.ThePCIS-LVIEWsupportsWindows95/98/N/2000.TheLabVIEWdriversarefreeshippedwiththeboard.Youcaninstallandusethemwithoutlicense.FordetailinformationaboutPCIS-LVIEW,pleaserefertotheuser’sguideintheCD.

1.4.3PCIS-VEE:

HP_VEEDriver

ThePCIS-VEEincludestheuserobjects,whichareusedtointerfacewithHPVEEsoftwarepackage.PCIS-VEEsupportsWindows95/98/NT.TheHP-VEEdriversatefreeshippedwiththeboard.Youcaninstallandusethemwithoutlicense.FordetailinformationaboutPCIS-VEE,pleaserefertotheuser’sguideintheCD.

（\\Manual-PDF\Software\PCIS-VEE）

1.4.4DAQBenchTM:

ActiveXControls

WesuggestthecustomerswhoarefamiliarwithActiveXcontrolsandVB/VC++programmingusetheDAQBenchTMisdesignedunderWindowsNT/98.FormoredetailedinformationaboutDAQBench,pleaserefertotheuser’sguideintheCD.

1.4.5DASYLabTMPRO

DASYLabisaneasy-to-usesoftwarepackage,whichprovideseasy-setupinstrumentfunctionssuchasFFTanalysis.PleasecontactustogetDASYLabandASLINKhardwaredrivers.

1.4.6PCIS-DDE:

DDEServerandInTouchTM

DDEstandsforDynamicDataExchangespecifications.ThePCIS-DDEincludesthePCIcards’DDEserver.ThePCIS-DDEserverisincludedintheADLINKCD.Itneedslicense.TheDDEservercanbeusedconjunctionwithanyDDEclientunderWindowsNT.

1.4.7PCIS-ISG:

ISaGARAFTMDRIVER

TheISaGRAFWorkBenchisanIEC1131-3SoftPLCcontrolprogramdevelopmentenvironment.ThePCIS-ISGincludesADLINKproducts’targetdriversforISaGRAFunderWindowsNTenvironment.ThePCIS-ISGisincludedintheADLINKCD.Itneedslicense.

1.4.8PCIS-ICL:

InControlTMDriver

PCIS-ICListheInControldriverwhichsupporttheWindowsNT.ThePCIS-ICLisincludedintheADLINKCD.Itneedslicense.

1.4.9PCIS-OPC:

OPCServer

PCOS-OPCisanOPCServer,whichcanlinkwiththeOPCclients.TherearemanysoftwarepackagesonthemarketcanprovidetheOPCclientsnow.ThePCIS-OPCsupportstheWindowsNT.Itneedslicense.

图2

目前已经完成了数据采集系统的设计、安装、调试，图3是PCI-9114（A）数据采集系统的测试界面。

图4是调试过程中采集的三角波信号，图5是采集的正弦波信号，信号的采样频率从5－100KHz可调，如图6所示。

图7是采集的方波信号，信号的样本长度可调，如图8所示。

信号的幅值也可调。

PCI-9114（A）数据采集系统调试完成后，我们进行了数据库的设计，数据管理协议的规划。

图3

图4

图5

图6

图7

图8

2．初步完成了数据库的结构设计、软件设计、程序设计

数据库设计是项目的关键内容，根据数据采集系统的结构，通讯方式，数据传输方式，系统的软件结构如振动分析系统软件流程图所示，包括：

系统设计、数据采集、数据管理、用户管理等模块。

其中数据采集部分主要功能有：

●数据采集有1---32号通道，可采集32路数据，用户可根据需要设置数据采集的通道个数。

●数据采样的频率在200---20000赫兹之间，用户可根据需要选择采样频率。

●用户可以设置每组采集数据的采样点个数。

●用户可对各个通道的灵敏度及其单位进行设置。

●用户在每次进行数据采集时，所有的默认设置均以最近的一次为准。

软件还包括图形显示，图形回放。

振动分析系统软件流程图

3．初步完成了振动分析软件的结构设计、以及部分程序的编程工作

初步完成了振动分析系统的软件结构设计、分析功能设计。

塔里木油田电站监测系统信号分析功能：

采集的信号，存储在数据库中后，通过界面上的菜单、按钮，可以调用Matlab程序，进行具体的分析。

主要包括：

●转子系统的轨迹显示。

对于压气机、涡轮、发电机组，其轴心轨迹的监测有着重要意义，可以显示任一测点的轴心轨迹。

●采集信号的功率谱图。

功率谱是信号处理中最基本的特征。

通过显示信号的功率谱，可以分析信号的频率成分，以及能量的大小，对故障及振动监测提供依据。

●任意两个信号的相关函数。

对于某个测点的信号，当其中出现异常振动信号时，首要的问题是判断这些信号的来源。

利用相关函数，可以判断两个信号之间有无相同的分量。

●倒谱分析。

对于齿轮箱的齿轮来说，通过判断其啮合频率旁的边频带频率，可以分析齿轮的振动主要来源于涡轮转子，还是发电机组转子。

利用倒谱，对于判断齿轮的边频带频率，有特殊的优势。

●信号的高级分析，可以包括小波分析等。

信号的高级分析功能，如小波分解，主要是为高级分析人员提供参考，其分析结果，需要结合历史数据，以及信号的特点，才能得到比较准确的分析结果。

4．进行了与项目有关的部分研究工作

乙方自2004年3月至2004年5月进行的与项目有关的研究工作如下：

●信号采集技术研究，包括采集方式，采集频率，触发方式，采样容量，采集程序的编写语言等。

●振动信号分析技术研究，研究内容有，小波分析，各类谱分析技术，数据处理技术等。

为项目的完成做准备。

●数据库方面的研究，组织人员进行前期研究，包括数据库结构，内容，编写语言等。

5．对项目的研究方案与甲方进行了协商，为下一步的研究工作做好充分的准备

双方多次通过电话对项目的研究方案进行了研究，就数据库的数据获得形式，接口形式等问题进行了充分的讨论，还就双方关心的项目的其他问题进行了广泛的讨论，交流了看法，为下一步的研究工作做好充分的准备。

三、下一步研究安排

按照合同要求，项目应于2004年10月完成，为了配合二期工程设备调试，我们计划将振动分析的主体结构完成时间提前到2004年7月中下旬，到时我们将携带系统到二期工程现场测试，采集设备的有关数据，分析，保存。

并对振动分析系统进行综合调试。

四、需要甲方配合的工作

请甲方配合提供：

1．设备的彩图一张，供振动分析系统的主界面用；

2．提供甲方的标准徽标图形，用途同上；

3．提供燃气轮机各路传感器的类型，灵敏度等参数。