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6"3!

摘

要"将虚拟仪器技术引入造纸机故障信号监测与分析之中!充分

利用虚拟仪器利用软件实现传统仪器数据的采集#存储#显示的功能的优

点!提高造纸设备故障监测与诊断技术$

关键词"虚拟仪器%故障诊断%信号分析

中图分类号"!"#$%

文献标识码"&

’

引言

随着制浆造纸机械向着大型化&高速化&连续化和

自动化发展!纸机的故障监测与诊断对提高效率&降低
成本& 避免财产损失甚至人员伤亡有着至关重要的意
义$由于制浆造纸生产线所用设备的种类&数量较多!用
于状态监测的仪器仪表价格比较昂贵!造纸设备的故障
监测与诊断发展相对落后$

虚拟仪器测试技术是近年来出现的一种新技术$ 将

虚拟仪器技术引入纸机故障信号监测与分析之中以替代

传统的状态监测仪器仪表有助于实现纸机的实现在线

监测与诊断$

所谓虚拟仪器’

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(就是有虚拟操作

面板的

机! 利用特定的软件在

机屏幕上构成虚

拟仪器的面板!并配置相应一些硬件!使计算机能完成
许多仪器的功能!从而使个人计算机变成了一种综合了
许多仪器的装置$

)

虚拟仪器系统主要包括以下

个部

分" 安装有强大应用软件的计算机平台或者是工作站%
硬件支持!如数据采集卡#信号调理卡#

3/*4

接口仪器#

#5*

接口仪器等被测单元!或前端传感器+ 虚拟仪器系

统的开发基于

6(7#$.8

软件平台! 美国

公司推出的

6(7#$.8

将传统的编程语言包装成了易于使用的图形

化编程!提高了编程效率!减少开发时间和成本+

6(77

#$.8

的主要优点之一就是它强大的信号分析和处理功

能!包括曲线拟合#插补#

::;

#信号发生概率和统计#时

频域分析和数字信号处理等等+

(

利用虚拟仪器实现故障信号监测与分析

造纸机的旋转部件较多!比如各种辊筒#压榨辊#烘

缸#轴承#联轴器#齿轮箱等都是抄纸机的典型部件+ 旋
转机械的大量故障!诸如!转子失衡#动静摩擦#不对中

及滚动轴承故障都会在转子振动上表现出来+

)

而轴承

油温#润滑油温度及润滑油内颗粒情况等都不能像振动
这样如此广泛的表征机器状况+ 因此!振动频率分析成
为机器状态监测和故障诊断的主要方法+

)

>?1

故障信号的时域分析

时域分析即对所测得的实践历程信号直接实行各

种运算且运算结果仍然属于时域范围+比如特征值分析

’特征值包括幅值特征值# 时间特征值和相位特征值(#
相关分析 ’包括自相关分析和互相关分析(# 越限监测
等+ 特征值分析是以一个数值表示信号的某些特征!是
对测试信号最简单直观的时域描述+相关分析又称时延
域分析!用于描述信号在不同时刻的相互依赖关系+ 它
的一个主要的应用就是相关滤波+相关滤波就是利用相
关函数识别#提取混淆在噪声中的信号+ 比如它可以方
便地从复杂的待测信号’包含有用信号#直流偏置#随机
噪声#谐波频率成分等(中分离出某一特定频率信号+信
号的越限监测主要用于对测试信号的幅度进行监测!以
提供越限报警信息+ 越限包括超越上限和超越下限!越
限监测实现的原理就是幅值的比较+

下面以虚拟仪器实现自相关分析和越限监测来说

明虚拟仪器系统在故障信号时域分析的应用+

>?1?1

信号自相关分析的虚拟仪器实现

旋转机械的故障监测信号一般为带有多种频率成

分的混合正弦信号

’

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(! 这种信号称为多谐信

号+ 其中包括转子动不平衡#支撑的滚珠轴承或周边其他
传动齿轮的振动信息+待测信号通常由数据采集卡采集
得到 ! 这里我们用

6(7#$.8 HI1

所提供的多谐信号附

加噪声的波形发生器

;J+., (+K 9J$,. L(M.NJ%-IM$

产

生信号 "

’

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=P#&E#R>

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(

’

( 来模拟旋转机械故障检测信

号!输入信号参数可调!式中

’

(为均方值为

D?"

的高

斯白噪声+

)

参考信号可以由光电传感器检测得到的脉

冲信号!用来控制正交正余弦信号发生器产生信号的频
率!这一频率就是需要检测周期信号的频率!我们直接

虚拟仪器系统在造纸机旋转机械故障信号分析中的应用

李运来!张锋!张宏

’陕西科技大学造纸工程学院!陕西

咸阳

HG>DSG

(

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&)*+,-. /01 234+35

虚拟仪器系统在造纸机旋转机械故障信号分析中的应用