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CN114594721A - 一种离心机故障诊断装置 - Google Patents

一种离心机故障诊断装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种离心机故障诊断装置，包括：网络通讯接口、离心机控制柜、加速度振动传感器、与加速度振动传感器连接的高速振动采集电路、温度传感器、与温度传感器连接的温度采集电路、光电传感器、与光电传感器连接的转速采集电路，所述离心机控制柜中设有PLC，所述网络通讯接口与离心机控制柜中的PLC进行数据交互，所述离心机控制柜中设有数据处理与分析模块，所述数据处理与分析模块与网络通讯接口连接，所述高速振动采集电路、温度采集电路、转速采集电路采集到的数据传送至数据处理与分析模块进行处理和分析。本发明及时反馈离心机的各项参数，根据数据对离心机的故障部位进行判断。

Description

一种离心机故障诊断装置
技术领域
本发明涉及离心机诊断领域，尤其是涉及一种离心机故障诊断装置。
背景技术
离心机是一种利用离心力来实现固液分离的设备，广泛使用在制药、化工领域。离心机运行在变速、变载等复杂工况下，运动部件极易产生疲劳损伤和性能衰退并导致设备故障，严重影响设备运行可靠性，固定检修周期的预防维护方法因未能充分挖掘、利用设备实时健康状态信息，无法预测设备故障发展趋势与可用寿命，过/欠维护问题难以解决。
目前离心机的运行状态参数是从其控制模块PLC中获取，其中包含了离心机当前的工序参数，变频器的设定转速参数以及离心机的部件的工作状态参数等，上述的运行状态参数能够反馈出当前离心机的运行信息，在故障发生时，能够发出报警信号，严重的故障发生时会紧急停机。
但由于故障反馈信息不全面，紧急停机更会造成生产秩序的混乱，造成不必要的损失，而所述的一种离心机故障诊断装置能够解决上述问题。
发明内容
本发明目的是提供一种离心机故障诊断装置，解决故障反应不全面，离心机由于故障紧急停机的技术问题。
为了实现上述技术目的，达到上述的技术要求，本发明所采用的技术方案是：一种离心机故障诊断装置，包括：网络通讯接口、离心机控制柜、加速度振动传感器、与加速度振动传感器连接的高速振动采集电路、温度传感器、与温度传感器连接的温度采集电路、光电传感器、与光电传感器连接的转速采集电路，所述离心机控制柜中设有PLC，所述网络通讯接口与离心机控制柜中的 PLC进行数据交互，所述离心机控制柜中设有数据处理与分析模块，所述数据处理与分析模块与网络通讯接口连接，所述高速振动采集电路、温度采集电路、转速采集电路采集到的数据传送至数据处理与分析模块进行处理和分析。
作为优选的技术方案，所述加速度振动传感器分别安装在离心机的轴承轴座的x,y,z三个方向上。
作为优选的技术方案，所述振动数据通过数据处理与分析模块得出离心机轴承及转子部件的振动特征值，所述振动特征值是用于表征离心机设备故障的核心数据。
作为优选的技术方案，所述温度传感器分别安装在离心机轴承外部前、后端，所述温度采集电路将轴承的前后轴温数据采集至数据处理与分析模块，用于后续的数据处理和分析。
作为优选的技术方案，所述实时转速数据与设定的理论转速存在差异，同时所述实时转速在与所述振动数据相结合，得出实时频谱数据。
作为优选的技术方案，所述网络通讯接口包括百兆以太网芯片、与网络变压器连接的百兆以太网芯片。
作为优选的技术方案，所述高速振动采集电路包括差分四通道数字控制模拟开关、三端可调恒流源器件、单8通道数字控制模拟开关、非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路、完全差分运算放大器。
作为优选的技术方案，所述数据处理与分析模块为高度集成的片上系统。
作为优选的技术方案，所述温度采集电路包括高精度仪表放大器、可控精密稳压源、差分四通道数字控制模拟开关、单8通道数字控制模拟开关。
本发明的有益效果是：
(1)能够将离心机运行时的所有信息数据采集至数据处理与分析模块，数据包含了离心机设备的运行状态参数，包括实际转速、前后轴温、振动等，上述的数据经过算法处理之后能够全面地表征出离心机故障特征，精确地锁定故障发生原因，减少了故障询查时间，节约了时间成本；
(2)离心机故障诊断装置中各装置体积小，信号采集抗干扰能力强，数据传输稳定可靠；
(3)数据处理与分析模块，结合特有的数据处理算法，深入挖掘出针对离心机特有的特征信号，分析结果准确率高，降低了故障分析难度，提高了维修效率。
附图说明
图1为网络通信接口接线图第一部分；
图2为网络通信接口接线图第二部分；
图3为网络通信接口接线图第三部分；
图4为高速振动采集电路接线图第一部分；
图5为高速振动采集电路接线图第二部分；
图6为高速振动采集电路接线图第三部分；
图7为数据处理与分析模块接线图第一部分；
图8为数据处理与分析模块接线图第二部分；
图9为温度采集电路接线图第一部分；
图10为温度采集电路接线图第二部分。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步描述。
请参照图1-10，一种离心机故障诊断装置，包括：网络通讯接口、离心机控制柜、加速度振动传感器、与加速度振动传感器连接的高速振动采集电路、温度传感器、与温度传感器连接的温度采集电路、光电传感器、与光电传感器连接的转速采集电路，所述离心机控制柜中设有PLC，所述网络通讯接口与离心机控制柜中的PLC进行数据交互，所述离心机控制柜中设有数据处理与分析模块，所述数据处理与分析模块与网络通讯接口连接，所述高速振动采集电路、温度采集电路、转速采集电路采集到的数据传送至数据处理与分析模块进行处理和分析；数据交互的内容包括离心机运行的所有状态参数，包括电压、电流、实际转速、前后轴温、振动频率等，这样就能实时监测离心机的状态，当离心机发生故障时，及时观察到哪个部位参数不正常，从而诊断出哪个部位故障，同时还可连接预警系统，在离心机的状态达到临界值前就开始预警，提醒操作人员离心机的哪些部位需要更换或维修，防止安全事故的发生。
如图1-10所示，在其中一些实施方式中，所述加速度振动传感器分别安装在离心机的轴承轴座的x,y,z三个方向上，高速振动采集电路与所述的加速度振动传感器连接，将离心机实时的振动数据采集至数据处理与分析模块，用于后续的数据处理和分析。
如图1-10所示，所述振动数据通过PLC的数据处理与分析模块得出离心机轴承及转子部件的振动特征值，所述振动特征值是用于表征离心机设备故障的核心数据。
如图1-10所示，所述温度传感器分别安装在离心机轴承外部前、后端，所述温度采集电路将轴承的前后轴温数据采集至数据处理与分析模块，用于后续的数据处理和分析，温度数据是离心机核心部件轴承重要的的状态参数之一。
如图1-10所示，所述实时转速数据与设定的理论转速存在差异，同时所述实时转速在与所述振动数据相结合，得出实时频谱数据，能够更完善地表征离心机设备是否运行正常。
如图1-10所示，所述网络通讯接口包括百兆以太网芯片、与网络变压器连接的百兆以太网芯片，进一步的，百兆以太网芯片为IP101GR，类型：Ethernet Transceivers电源电压：3.3V接口类型：MII,RMII,TP,Fiber标准： 10/100/1000Base-T,100Base-TX单端口10/100M快速以太网收发器PHY。此处用于数据通信；网络变压器为HST-0041SAR，RJ45是网线接口。
如图1-10所示，所述高速振动采集电路包括差分四通道数字控制模拟开关、三端可调恒流源器件、单8通道数字控制模拟开关、非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路、完全差分运算放大器，进一步的，差分四通道数字控制模拟开关为CD4052BM，有A、B两个二进制控制输入端和INH输入端，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流，幅值为4.5V-20V的数字信号可控制峰峰值至20V 的模拟信号。此处用来控制信号的选择；
三端可调恒流源器件为LM334，在工作电流内恒流源可调范围比为10000： 1，并且具有1V-40V宽的动态电压范围，具有非常好的恒流特性。此处用来产生4-20mA信号；
单8通道数字控制模拟开关为CD4051，有A、B、C三个二进制控制输入端和INH输入端，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流，幅值为4.5V-20V的数字信号可控制峰峰值至20V的模拟信号。此处用来控制信号的选择，本发明用来选择相应的量程范围以及滤波器的切换；
非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路为Op07芯片，具有低噪声的特点，由于OP07具有非常低的输入失调电压(对于OP07A最大为25μV)，所以OP07 在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低(OP07A 为±2nA)和开环增益高(对于OP07A为300V/mV)的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面，本发明用于信号放大；
完全差分运算放大器为THS4521，具有极低功率的特点，此放大器具有轨到轨输出和一个包括负电源轨在内的输入共模范围。这个放大器设计用于低功率数据采集系统和高密度应用，在此类应用中功率耗散是一个关键参数，本发明用于差分信号放大；
由于线路图较大，将高速振动采集电路拆分成三部分，即图4、图5和图6。
如图1-10所示，所述数据处理与分析模块为高度集成的片上系统，进一步的，高度集成的片上系统为SigmaStar SSD201，它基于arm Cortex-A7双核，集成了H.264/H.265视频解码器、2D图形引擎、TTL/mipi显示和可调图像质量引擎等用于智能显示应用的外围设备。该系统包括连接模块(Wi-Fi或以太网)和非易失性存储器(NOR闪存、NAND闪存或sd卡)。采用32KHz频率的外接晶体驱动实时时钟(RTC)，可保持时间当主系统时钟关闭时缩放，H.264/H.265引擎解码来自网络的视频流并发送它们被送到显示子系统。在输出到TTL或MIPI TX 面板之前，可以使用关于亮度/对比度/饱和度/清晰度，以提供最佳的图像质量。NOR或NAND闪存是通常为操作系统和应用软件保留，此外，其他外围设备，如 SAR ADC、音频支持ADC/DAC、UARTs、PWMs、GPIOS和spi，实现应用程序的最大灵活性，本发明用来控制数据采集以及输出传输的核心器件。
如图1-10所示，所述温度采集电路包括高精度仪表放大器、可控精密稳压源、差分四通道数字控制模拟开关、单8通道数字控制模拟开关，进一步的，高精度仪表放大器为AD620，仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围为1至 10000。AD620具有高精度(最大非线性度40ppm)、低失调电压(最大50μV)和低失调漂移(最大0.6μV/℃)特性，还具有低噪声、低输入偏置电流和低功耗特性，本发明用于信号放大；
可控精密稳压源为TL431，它的输出电压用两个电阻就可以设置从 Vref(2.5V)到36V范围内的任何值，该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，本发明用于输出基准电压；
分四通道数字控制模拟开关为CD4052BM，有A、B两个二进制控制输入端和 INH输入端，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流，幅值为4.5V-20V的数字信号可控制峰峰值至20V的模拟信号，本发明用来控制信号的选择；
差分四通道数字控制模拟开关为CD4051，有A、B、C三个二进制控制输入端和INH输入端，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流，幅值为4.5V-20V的数字信号可控制峰峰值至20V的模拟信号，本发明用来控制信号的选择，选择相应的量程范围以及滤波器的切换。
如图1-10所示，所述温度传感器为数字温度传感器a，温度采集电路中包括有热电偶接线端子b、铂电阻接线端子c，采用热电偶或铂电阻来感应温度，然后温度采集电路对温度数据进行采集，温度采集电路还包括D/A数据转换d，输出电压为±5，数字温度传感器a与温度采集电路连接。
本发明的工作原理：
加速度振动传感器分别安装在离心机的轴承轴座的x,y,z三个方向上，高速振动采集电路与加速度振动传感器连接；温度传感器分别安装在离心机轴承外部前、后端，温度采集电路与温度传感器连接；光电传感器安装在离心机转鼓上端，与转速采集电路连接。
以上所有的数据通过数据处理与分析模块进行算法处理之后，得出表征离心机故障特征的数据，后续通过故障特征集的标记对比得出故障诊断结果。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的描述，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种离心机故障诊断装置，其特征在于，包括：网络通讯接口、离心机控制柜、加速度振动传感器、与加速度振动传感器连接的高速振动采集电路、温度传感器、与温度传感器连接的温度采集电路、光电传感器、与光电传感器连接的转速采集电路，所述离心机控制柜中设有PLC，所述网络通讯接口与离心机控制柜中的PLC进行数据交互，所述离心机控制柜中设有数据处理与分析模块，所述数据处理与分析模块与网络通讯接口连接，所述高速振动采集电路、温度采集电路、转速采集电路采集到的数据传送至数据处理与分析模块进行处理和分析。
2.根据权利要求1所述的一种离心机故障诊断装置，其特征在于，所述加速度振动传感器分别安装在离心机的轴承轴座的x,y,z三个方向上。
3.根据权利要求2所述的一种离心机故障诊断装置，其特征在于，所述振动数据通过数据处理与分析模块得出离心机轴承及转子部件的振动特征值，所述振动特征值是用于表征离心机设备故障的核心数据。
4.根据权利要求3所述的一种离心机故障诊断装置，其特征在于，所述温度传感器分别安装在离心机轴承外部前、后端，所述温度采集电路将轴承的前后轴温数据采集至数据处理与分析模块，用于后续的数据处理和分析。
5.根据权利要求4所述的一种离心机故障诊断装置，其特征在于，所述转速采集电路连接将离心机设备的实时转速数据采集至数据处理与分析模块，用于后续的数据处理和分析。
6.根据权利要求5所述的一种离心机故障诊断装置，其特征在于，所述实时转速数据与设定的理论转速存在差异，同时所述实时转速在与所述振动数据相结合，得出实时频谱数据。
7.根据权利要求1所述的一种离心机故障诊断装置，其特征在于，所述网络通讯接口包括百兆以太网芯片、与网络变压器连接的百兆以太网芯片。
8.根据权利要求1所述的一种离心机故障诊断装置，其特征在于，所述高速振动采集电路包括差分四通道数字控制模拟开关、三端可调恒流源器件、单8通道数字控制模拟开关、非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路、完全差分运算放大器。
9.根据权利要求1所述的一种离心机故障诊断装置，其特征在于，所述数据处理与分析模块为高度集成的片上系统。
10.根据权利要求1所述的一种离心机故障诊断装置，其特征在于，所述温度采集电路包括高精度仪表放大器、可控精密稳压源、差分四通道数字控制模拟开关、单8通道数字控制模拟开关。
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