本發(fā)明涉及一種機器狀態(tài)無線監(jiān)測設(shè)備、方法和系統(tǒng),屬于無線通訊技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
機器的狀態(tài)監(jiān)測主要包括對機器的振動和溫度監(jiān)測,其中振動監(jiān)測與診斷是設(shè)備診斷技術(shù)的一個重要分支,它是通過機器表面部件的振動測量與分析來檢測機器內(nèi)部的運轉(zhuǎn)狀況并預(yù)測與判斷機器設(shè)備的健康狀況,它是旋轉(zhuǎn)機械故障診斷的一種非常重要的手段。
現(xiàn)有的產(chǎn)品中,有線振動傳感器安裝非常繁瑣,不能實時在線進(jìn)行檢測和分析;無線振動傳感器也是在有線的基礎(chǔ)上安裝無線模塊,需要和電腦配合使用,也存在現(xiàn)場安裝、調(diào)試,使用不靈活;同時現(xiàn)有產(chǎn)品也不能進(jìn)行離線的頻域分析;同時監(jiān)測設(shè)備較為大型,操作起來十分復(fù)雜,不利用工作人員操作的順利進(jìn)行,以及工作效率的提高。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種機器狀態(tài)無線監(jiān)測設(shè)備、方法和系統(tǒng),能夠?qū)崟r監(jiān)測機器的工作狀態(tài)數(shù)據(jù),并及時為用戶提供警示,解決了現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的問題。
本發(fā)明所述的機器狀態(tài)無線監(jiān)測設(shè)備包括至少一個用于實時監(jiān)測機器狀態(tài)數(shù)據(jù)的無線監(jiān)測器、與無線監(jiān)測器通過自組無線網(wǎng)絡(luò)連接通訊的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器以及與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器連接通信用于將機器狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳至云平臺的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。
將加速度傳感器和溫度傳感器集成在無線監(jiān)測器中,通過無線監(jiān)測器對機器進(jìn)行振動監(jiān)測和溫度監(jiān)測,無線監(jiān)測器將監(jiān)測到的振動數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)通過自組無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至網(wǎng)路協(xié)調(diào)器,網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)設(shè)備接收整個網(wǎng)絡(luò)中的無線監(jiān)測器上傳的采集到的數(shù)據(jù),匯總、打包,并將上述數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集設(shè)備中,由數(shù)據(jù)采集設(shè)備上傳至云平臺,在云平臺可進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷與數(shù)據(jù)分析。
所述的無線監(jiān)測器通過第一藍(lán)牙傳輸模塊與手持終端實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊,手持終端通過無線網(wǎng)絡(luò)與云平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。
無線監(jiān)測器通過藍(lán)牙傳輸方式和手持終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,無線監(jiān)測器通過api接口和手持終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,并可通過手持終端上傳無線監(jiān)測器采集和處理的數(shù)據(jù)到云平臺,在云平臺可進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷與數(shù)據(jù)分析。
所述的自組無線網(wǎng)絡(luò)包括zigbee或lora無線通訊網(wǎng)絡(luò),無線監(jiān)測器采用zigbee或lora無線通信協(xié)議將采集到的機器狀態(tài)數(shù)據(jù)匯總、打包、上傳至網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。
網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器能夠?qū)崿F(xiàn)自組網(wǎng)功能,組建的網(wǎng)絡(luò)包括zigbee或lora無線網(wǎng)絡(luò),無線監(jiān)測器采用zigbee或lora無線通訊協(xié)議,無線監(jiān)測器通過自行組建的網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。
所述的無線監(jiān)測器通過zigbee轉(zhuǎn)藍(lán)牙適配器或lora轉(zhuǎn)藍(lán)牙適配器與手持終端上的第一藍(lán)牙傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,無線監(jiān)測器通過zigbee路由或lora網(wǎng)關(guān)路由與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊,網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器接收所有無線監(jiān)測器的數(shù)據(jù),并通過外部接口與數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
當(dāng)無線監(jiān)測器采用zigbee無線通訊協(xié)議時,無線監(jiān)測器通過zigbee轉(zhuǎn)藍(lán)牙適配器與手持終端上的第一藍(lán)牙傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,無線監(jiān)測器通過與它最近的zigbee路由與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通信,進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳,網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器接收所有無線監(jiān)測器的數(shù)據(jù),并通過外部接口(串口、mosbus、tcp/ip)與數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
當(dāng)無線監(jiān)測器采用lora無線通訊協(xié)議時,無線監(jiān)測器通過lora轉(zhuǎn)藍(lán)牙適配器與手持終端上的第一藍(lán)牙傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,無線監(jiān)測器通過與它最近的lora網(wǎng)關(guān)路由與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通信,進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳,網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器接收所有無線監(jiān)測器的數(shù)據(jù),并通過外部接口(串口、mosbus、tcp/ip)與數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
本發(fā)明所述的機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法,包括以下步驟:
s1:在監(jiān)測模式下,通過無線監(jiān)測器內(nèi)的加速度傳感器和溫度傳感器實時采集機器的加速度和溫度數(shù)據(jù);
s2:無線監(jiān)測器對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行前端處理后進(jìn)行算法處理;
s3:網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通過自組網(wǎng)絡(luò)實時采集無線監(jiān)測器中處理后的數(shù)據(jù),并將上述數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備上傳至云平臺;
s4:無線監(jiān)測器開啟故障診斷模式,當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)無異常即進(jìn)入低功耗模式,重復(fù)上述步驟s1和步驟s2;當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常時,輸出故障報警,更新故障狀態(tài)指示燈,等待巡檢時檢查、確認(rèn)故障信息;
s5:接入云平臺的用戶通過手持終端或pc機網(wǎng)頁接收到故障推送信息,未接入云平臺的用戶通過手持終端連接無線監(jiān)測器,查看故障類型和發(fā)生異常時的監(jiān)測輸出數(shù)據(jù);
s6:現(xiàn)場人員現(xiàn)場查看故障類型和監(jiān)測輸出數(shù)據(jù),并切換到檢測模式對故障進(jìn)行定性、定量分析。
在進(jìn)行機器狀態(tài)監(jiān)測時,設(shè)置監(jiān)測模式和檢測模式,在監(jiān)測模式下,無線監(jiān)測器內(nèi)部的信號處理器(mcu)模塊,啟動加速度傳感器和溫度傳感器采集數(shù)據(jù),在無線監(jiān)測器的內(nèi)部對數(shù)據(jù)進(jìn)行前端處理后進(jìn)行算法處理,網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通過自組網(wǎng)絡(luò)實時采集無線監(jiān)測器中處理后的數(shù)據(jù),并將上述數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備上傳至云平臺;同時在無線監(jiān)測器的內(nèi)部開啟故障診斷模式,當(dāng)監(jiān)測的數(shù)據(jù)無異常時即進(jìn)入低功耗模式,由無線監(jiān)測器實時采集數(shù)據(jù),當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常時,輸出故障報警,更新故障狀態(tài)指示燈,等待巡檢時檢查、確認(rèn)故障信息;同時接入云平臺的用戶通過手持終端或pc機網(wǎng)頁接收到故障推送信息,未接入云平臺的用戶通過手持終端連接無線監(jiān)測器,查看故障類型和發(fā)生異常時的監(jiān)測輸出數(shù)據(jù);現(xiàn)場人員現(xiàn)場查看故障類型和監(jiān)測輸出數(shù)據(jù),并可以通過手持終端切換到檢測模式對故障進(jìn)行定性、定量分析。
所述的步驟s2中前端處理的過程包括:對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行微弱信號放大、調(diào)理、a/d轉(zhuǎn)換和濾波處理;當(dāng)環(huán)境中的干擾強烈或隨機性過大,在前端處理后還包括對采集到的原始加速度進(jìn)行降噪和最優(yōu)估計。
進(jìn)行前端處理對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理便于以后進(jìn)行算法處理,當(dāng)無線監(jiān)測器使用在復(fù)雜工業(yè)環(huán)境中,當(dāng)環(huán)境中的干擾強烈或隨機性過大,在前端處理后使用“最優(yōu)濾波”模塊,對采集到的原始加速度進(jìn)行降噪和最優(yōu)估計。
所述的步驟s2中算法處理的過程包括振動加速度數(shù)據(jù)處理方法和溫度數(shù)據(jù)處理方法,所述的振動加速度數(shù)據(jù)處理方法包括以下步驟:
s11:連續(xù)采集一段時間內(nèi)的振動加速度數(shù)據(jù);
s12:對采集到的振動加速度數(shù)據(jù)根據(jù)下列公式進(jìn)行信號插值處理:
xn=xin*wnn=0,1,2.....,其中:xin是采集到的振動加速度數(shù)據(jù),
s13:對插值處理的數(shù)據(jù)xn根據(jù)下列公式進(jìn)行fft變換,
s14:對振動加速度數(shù)據(jù)的fft變換序列xk根據(jù)下列公式進(jìn)行一次頻域積分求速度,
s15:對上述一次頻域積分后的數(shù)字序列和二次頻域積分后的數(shù)字序列分別根據(jù)下列公式進(jìn)行傅里葉反變換,
s16:對上述傅里葉反變換速度序列和傅里葉反變換位移序列分別根據(jù)下列公式求速度均方根值和位移均方根值,
s17:對上述步驟s15中的vn和sn根據(jù)下列公式再次進(jìn)行fft變換,求速度、位移的fft頻譜,
s18:對上述步驟s17求得的速度、位移頻譜分別根據(jù)下列公式添加窗函數(shù),改善fft頻域性能,vn+=vn*wn,sn+=sn*wn,其中wn是一個長度為n的窗函數(shù),vn是上述步驟s17中求得的速度的fft頻譜序列,vn+是加窗后的fft頻譜序列,sn是上述步驟s17中求得的位移的fft頻譜序列,sn+是加窗后的fft頻譜序列;
所述的溫度數(shù)據(jù)處理方法包括對采集的溫度數(shù)據(jù)根據(jù)下列公式進(jìn)行加和求平均,
所述的步驟s18中設(shè)置的窗函數(shù)的類型包括:矩形窗
所述的步驟s4中的故障診斷模式包括時域故障診斷模式和頻域故障診斷模式,所述的時域故障診斷模式的實現(xiàn)方法具體包括以下步驟:
s21:對時域的振動速度或振動位移值,設(shè)置振動閾值v1、振動時域預(yù)警值v2、振動時域報警值v3,其中v1<v2<v3,無線監(jiān)測器監(jiān)測到的振動值為v;
s22:當(dāng)v<v1時,無線監(jiān)測器以正常采集周期采集數(shù)據(jù);
當(dāng)v2>v>v1時,無線監(jiān)測器增加采集頻率采集數(shù)據(jù),以自適應(yīng)采集周期采集數(shù)據(jù);
當(dāng)v3>v>v2時,無線監(jiān)測器進(jìn)入振動時域預(yù)警監(jiān)測狀態(tài),當(dāng)無線監(jiān)測器采集到數(shù)據(jù)多次處于時域預(yù)警監(jiān)測狀態(tài),無線監(jiān)測器輸出振動時域預(yù)警故障;
當(dāng)v>v3時,無線監(jiān)測器進(jìn)入振動時域報警監(jiān)測狀態(tài),當(dāng)無線監(jiān)測器采集到多次處于時域報警監(jiān)測狀態(tài),無線監(jiān)測器輸出振動時域報警故障;
所述的頻域故障診斷模式的實現(xiàn)方法包括以下步驟:
s31:把無線監(jiān)測器監(jiān)測到的振動頻譜信號分成n個頻段,n取整數(shù)且n>1;
s32:設(shè)置上述每個頻段的上限頻率為f1,下限頻率為f2,該頻段內(nèi)頻域報警幅值為vf1;
s33:每個頻段通過算法求取一個最大值vf,當(dāng)vf>vf1時,無線監(jiān)測器輸出振動頻域報警故障,未超出的頻段不報警。
無線監(jiān)測器內(nèi)置有振動信號時域故障診斷分析和振動信號頻域故障診斷分析,時域故障診斷分析時,通過設(shè)置振動閾值、振動時域預(yù)警值、振動時域報警值的方式,與監(jiān)測到的振動值作比較從而輸出相應(yīng)的動作;頻域故障診斷分析時,將無線監(jiān)測器監(jiān)測到的振動頻譜信號分成n個頻段,n取整數(shù)且n>1,設(shè)置上述每個頻段的上限頻率為f1,下限頻率為f2,該頻段內(nèi)頻域報警幅值為vf1,每個頻段通過算法求取一個最大值vf,將vf與vf1作比較,根據(jù)比較的結(jié)果輸出報警信號或正常工作信號。
所述的步驟s22中無線監(jiān)測器設(shè)置有預(yù)警或報警核實功能,當(dāng)無線監(jiān)測器采集到數(shù)據(jù)達(dá)到時域預(yù)警監(jiān)測狀態(tài)或時域報警監(jiān)測狀態(tài)時,不立刻輸出預(yù)警或報警,而是通過多次確認(rèn)核實,當(dāng)多次核實無誤再輸出。
由于設(shè)置低功耗模式,無線監(jiān)測器監(jiān)測振動和溫度是間斷式的,機械設(shè)備在啟停、加減速過程中,振動值可能會超出正常值,無線監(jiān)測器設(shè)置有報警或預(yù)警核實功能,即達(dá)到報警或預(yù)警條件時,不立刻輸出報警或預(yù)警,而是通過多次確認(rèn)核實,當(dāng)多次核實無誤再輸出。
所述的步驟s4中低功耗模式的實現(xiàn)方法包括以下步驟:
s41:無線監(jiān)測器按采集策略間歇式工作,無線監(jiān)測器內(nèi)部設(shè)定采集周期,無線監(jiān)測器不采集數(shù)據(jù)時進(jìn)入可喚醒睡眠狀態(tài);
s42:當(dāng)睡眠時間達(dá)到采集周期時,無線監(jiān)測器自動喚醒,按控制流程完成數(shù)據(jù)采集、處理數(shù)據(jù),并把數(shù)據(jù)存儲到無線監(jiān)測器內(nèi)部;
s43:當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定數(shù)據(jù)數(shù)量時,無線監(jiān)測器啟動網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)傳輸功能,數(shù)據(jù)打包方式上傳數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)上傳完成后自動進(jìn)入可喚醒睡眠狀態(tài)。
無線監(jiān)測器采用長時間在線,間斷采集工作方式,無線監(jiān)測器設(shè)定采集周期,無線監(jiān)測器不采集數(shù)據(jù)時進(jìn)入可喚醒睡眠狀態(tài),可最大限度降低功耗;當(dāng)睡眠時間達(dá)到采集周期時,無線監(jiān)測器自動喚醒,按控制流程完成數(shù)據(jù)采集、處理,然后自動睡眠。
無線監(jiān)測器硬件電路方面設(shè)計有低功耗電路,mcu、mems、溫度芯片、穩(wěn)壓芯片本身選用低功耗型,無線監(jiān)測器進(jìn)入睡眠狀態(tài)時,mcu可以控制所有非mcu核心外設(shè)全部斷電,使監(jiān)測器可以達(dá)到1-3ua的功耗。
在傳輸數(shù)據(jù)時,無線監(jiān)測器采取數(shù)據(jù)打包方式傳輸數(shù)據(jù):無線監(jiān)測器每次自動喚醒,采集、處理數(shù)據(jù),并把數(shù)據(jù)存儲到無線監(jiān)測器內(nèi)部,當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定數(shù)據(jù)數(shù)量時,無線監(jiān)測器啟動網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)傳輸功能,上傳數(shù)據(jù);使用此方法減少無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換的次數(shù),從一定程度降低無線監(jiān)測器整機功耗。
所述的步驟s6中的檢測模式的實現(xiàn)方法包括以下步驟:
s51:用戶通過手動喚醒無線監(jiān)測器;
s52:通過手持終端上的第一藍(lán)牙傳輸模塊與無線監(jiān)測器建立連接;
s53:用戶通過手持終端向無線監(jiān)測器發(fā)送功能查詢、采集命名、無線監(jiān)測器采集、處理、上傳數(shù)據(jù)到手持終端;
s54:手持終端對無線監(jiān)測器上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時數(shù)據(jù)顯示、軸心軌跡分析、短時傅里葉變換、加速度包絡(luò)分析和小波變換。
通常情況下,無線監(jiān)測器安裝在機器設(shè)備上,無線監(jiān)測器工作在監(jiān)測模式,自動采集、分析與上傳數(shù)據(jù),同時也可以人為切換到檢測模式,技術(shù)人員可在機器的現(xiàn)場進(jìn)行檢測與分析采集的數(shù)據(jù);在切換時,用戶通過手動喚醒無線監(jiān)測器,并通過手持終端連接無線監(jiān)測器,
建立通信后,發(fā)送檢測狀態(tài)切換api,切換到檢測模式,發(fā)送監(jiān)測狀態(tài)切換api,切換到監(jiān)測模式,在檢測模式下,無線監(jiān)測器進(jìn)行進(jìn)一步的振動分析,同時現(xiàn)場檢測人員通過手持終端或pc機中配套的應(yīng)用軟件,向無線監(jiān)測器發(fā)送各種功能查詢、采集命名,無線監(jiān)測器采集、處理、上傳數(shù)據(jù)到手持終端或pc機,然后手持終端或pc機對無線監(jiān)測器上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時數(shù)據(jù)顯示、軸心軌跡分析、stft(短時傅里葉變換)、加速度包絡(luò)分析、wt(小波變換)。
所述的步驟s5中監(jiān)測輸出數(shù)據(jù)的類型包括:機器發(fā)生異常時的振動值、溫度值和fft頻譜圖,無線監(jiān)測器通過內(nèi)部信號處理輸出處理完成后的振動值、溫度值,同時無線監(jiān)測器可以內(nèi)部完成三軸頻譜數(shù)據(jù)輸出,并可在手持終端顯示三軸的振動頻譜圖。
本發(fā)明所述的機器狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng),包括無線監(jiān)測器,無線監(jiān)測器包括至少一個用于實時監(jiān)測機器的狀態(tài)數(shù)據(jù),無線監(jiān)測器通過第二藍(lán)牙傳輸模塊與手持終端實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊,手持終端通過無線傳輸模塊與云平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。
無線監(jiān)測器與第二藍(lán)牙傳輸模塊與手持終端實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊,將無線監(jiān)測器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)通過手持終端將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳輸至云平臺,不需要再通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器組建無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,無線監(jiān)測器內(nèi)部處理數(shù)據(jù)的方法與上述機器狀態(tài)無線監(jiān)測設(shè)備中的一致。
所述的無線傳輸模塊為wifi模塊/3g模塊/4g模塊中的一種或多種,無線傳輸模塊為現(xiàn)有技術(shù)中用到的無線通訊設(shè)備。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有如下有益效果:
提供一種機器狀態(tài)無線監(jiān)測設(shè)備、方法和系統(tǒng),能夠?qū)崟r監(jiān)測機器的工作狀態(tài)數(shù)據(jù),并通過內(nèi)部數(shù)據(jù)處理方法輸出振動值、溫度值和fft頻譜圖供用戶查看,解決了現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的問題,無需用戶通過有線連接機器進(jìn)行振動和溫度監(jiān)測,同時無需使用大型的監(jiān)測設(shè)備,僅僅通過小型的無線監(jiān)測器即可實現(xiàn)對機器狀態(tài)的監(jiān)測和分析,同時無線監(jiān)測器具備故障診斷模式,能夠及時為用戶提供警示,兼具低功耗等模式,可以使用于電廠發(fā)電機組、各類電動機鼓風(fēng)機或風(fēng)機,使用環(huán)境包括電廠、鋼廠、帶式輸送機等大中型設(shè)備。
附圖說明
圖1為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測設(shè)備實施例1中整體的連接示意圖;
圖2為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測設(shè)備實施例1中無線監(jiān)測器與手持終端以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的連接示意圖;
圖3為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法實施例2中整體的步驟流程圖;
圖4為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法實施例2中振動加速度數(shù)據(jù)處理方法的步驟流程圖;
圖5為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法實施例2中時域故障診斷模式實現(xiàn)方法的步驟流程圖;
圖6為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法實施例2中頻域故障診斷模式實現(xiàn)方法的步驟流程圖;
圖7為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法實施例2中低功耗模式實現(xiàn)方法的步驟流程圖;
圖8為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法實施例2中檢測模式實現(xiàn)方法的步驟流程圖;
圖9為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法實施例2中時域故障診斷模式顯示界面圖;
圖10為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法實施例2中頻域故障診斷模式顯示界面圖;
圖11為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法實施例3振動加速度數(shù)據(jù)處理方法中部分算法驗證數(shù)據(jù)表;
圖12為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法實施例3振動加速度數(shù)據(jù)處理方法中振動平臺中輸入的原始數(shù)據(jù)顯示界面圖;
圖13為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法實施例3振動加速度數(shù)據(jù)處理方法中無線監(jiān)測器采集的原始加速度數(shù)據(jù)時域曲線圖;
圖14為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法實施例3振動加速度數(shù)據(jù)處理方法中原始加速度數(shù)據(jù)的fft頻譜圖;
圖15為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法實施例3振動加速度數(shù)據(jù)處理方法中一次頻域積分后的速度時域波形;
圖16為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法實施例3振動加速度數(shù)據(jù)處理方法中對數(shù)據(jù)求均方根值后使用c++上位機軟件讀取數(shù)據(jù)圖;
圖17為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法實施例3中振動平臺中速度均方根值的顯示界面圖;
圖18為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法實施例3振動加速度數(shù)據(jù)處理方法中二次頻域積分位移值波形圖;
圖19為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法實施例3振動加速度數(shù)據(jù)處理方法中振動平臺中二次頻域積分位移值的顯示界面圖;
圖20為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法實施例3振動加速度數(shù)據(jù)處理方法中加矩形窗fft頻譜圖;
圖21為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法實施例3振動加速度數(shù)據(jù)處理方法中加漢寧窗fft頻譜圖;
圖22為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法實施例3振動加速度數(shù)據(jù)處理方法中加海明窗fft頻譜;
圖23為本發(fā)明中機器狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)實施例4中整體的連接示意圖;
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明:
實施例1:
如圖1所示,作為優(yōu)選在微型帶式輸送機為例,本發(fā)明所述的機器狀態(tài)無線監(jiān)測設(shè)備,包括n個用于實時監(jiān)測機器狀態(tài)數(shù)據(jù)的無線監(jiān)測器a1-an,n≥1,與無線監(jiān)測器a1-an通過自組無線網(wǎng)絡(luò)連接通訊的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器以及與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器連接通信用于將機器狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳至云平臺的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。
為了進(jìn)一步說明實施例1,無線監(jiān)測器a1-an通過第一藍(lán)牙傳輸模塊與手持終端實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊,手持終端通過無線網(wǎng)絡(luò)與云平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。
為了進(jìn)一步說明實施例1,自組無線網(wǎng)絡(luò)包括zigbee或lora無線通訊網(wǎng)絡(luò),無線監(jiān)測器a1-an采用zigbee或lora無線通信協(xié)議將采集到的機器狀態(tài)數(shù)據(jù)匯總、打包、上傳至網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。
為了進(jìn)一步說明實施例1,如圖2所示,無線監(jiān)測器a1-an通過zigbee轉(zhuǎn)藍(lán)牙適配器或lora轉(zhuǎn)藍(lán)牙適配器與手持終端上的第一藍(lán)牙傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,無線監(jiān)測器a1-an通過zigbee路由或lora網(wǎng)關(guān)路由與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊,網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器接收所有無線監(jiān)測器a1-an的數(shù)據(jù),并通過外部接口與數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
實施例1的工作原理為:在工作時,微型帶式輸送機上安裝無線監(jiān)測器a1-an,將加速度傳感器和溫度傳感器集成在無線監(jiān)測器a1-an中,通過無線監(jiān)測器a1-an對機器進(jìn)行振動監(jiān)測和溫度監(jiān)測,無線監(jiān)測器a1-an將監(jiān)測到的振動數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)通過自組無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至網(wǎng)路協(xié)調(diào)器,網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)設(shè)備接收整個網(wǎng)絡(luò)中的無線監(jiān)測器a1-an上傳的采集到的數(shù)據(jù),匯總、打包,并將上述數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集設(shè)備中,由數(shù)據(jù)采集設(shè)備上傳至云平臺,在云平臺可進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷與數(shù)據(jù)分析;同時無線監(jiān)測器a1-an可以通過藍(lán)牙傳輸方式和手持終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,無線監(jiān)測器通過api接口和手持終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,通過fft頻譜圖觀察到相應(yīng)頻譜,并可通過手持終端上傳無線監(jiān)測器采集和處理的數(shù)據(jù)到云平臺,在云平臺可進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷與數(shù)據(jù)分析;網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器組建的網(wǎng)絡(luò)包括zigbee或lora無線網(wǎng)絡(luò),無線監(jiān)測器采用zigbee或lora無線通訊協(xié)議,無線監(jiān)測器a1-an通過自行組建的網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。
當(dāng)無線監(jiān)測器a1-an采用zigbee無線通訊協(xié)議時,無線監(jiān)測器a1-an通過zigbee轉(zhuǎn)藍(lán)牙適配器與手持終端上的第一藍(lán)牙傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,無線監(jiān)測器a1-an通過與它最近的zigbee路由與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通信,進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳,網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器接收所有無線監(jiān)測器a1-an的數(shù)據(jù),并通過外部接口(串口、mosbus、tcp/ip)與數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
當(dāng)無線監(jiān)測器a1-an采用lora無線通訊協(xié)議時,無線監(jiān)測器a1-an通過lora轉(zhuǎn)藍(lán)牙適配器與手持終端上的第一藍(lán)牙傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,無線監(jiān)測器a1-an通過與它最近的lora網(wǎng)關(guān)路由與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通信,進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳,網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器接收所有無線監(jiān)測器a1-an的數(shù)據(jù),并通過外部接口(串口、mosbus、tcp/ip)與數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
實施例2:
如圖3所示,本發(fā)明所述的機器狀態(tài)無線監(jiān)測方法,包括以下步驟:
s1:在監(jiān)測模式下,通過無線監(jiān)測器內(nèi)的加速度傳感器和溫度傳感器實時采集機器的加速度和溫度數(shù)據(jù);
s2:無線監(jiān)測器對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行前端處理后進(jìn)行算法處理;
s3:網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通過自組網(wǎng)絡(luò)實時采集無線監(jiān)測器中處理后的數(shù)據(jù),并將上述數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備上傳至云平臺;
s4:無線監(jiān)測器開啟故障診斷模式,當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)無異常即進(jìn)入低功耗模式,重復(fù)上述步驟s1和步驟s2;當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常時,輸出故障報警,更新故障狀態(tài)指示燈,等待巡檢時檢查、確認(rèn)故障信息;
s5:接入云平臺的用戶通過手持終端或pc機網(wǎng)頁接收到故障推送信息,未接入云平臺的用戶通過手持終端連接無線監(jiān)測器,查看故障類型和發(fā)生異常時的監(jiān)測輸出數(shù)據(jù);
s6:現(xiàn)場人員現(xiàn)場查看故障類型和監(jiān)測輸出數(shù)據(jù),并切換到檢測模式對故障進(jìn)行定性、定量分析。
本方法中無線監(jiān)測器監(jiān)測機器的狀態(tài)時包括兩種模式,監(jiān)測模式和檢測模式,在正常情況下,無線監(jiān)測器工作在監(jiān)測模式,自動監(jiān)測機器的狀態(tài)數(shù)據(jù),并進(jìn)行前端處理后進(jìn)行算法處理,網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通過自組網(wǎng)絡(luò)實時采集無線監(jiān)測器中處理后的數(shù)據(jù),并將上述數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備上傳至云平臺,同時在內(nèi)部開啟故障診斷模式,當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)無異常即進(jìn)入低功耗模式,繼續(xù)自動監(jiān)測機器的狀態(tài)數(shù)據(jù),當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常時,輸出故障報警,更新故障狀態(tài)指示燈,等待巡檢時檢查、確認(rèn)故障信息,現(xiàn)場人員現(xiàn)場查看故障類型和監(jiān)測輸出數(shù)據(jù),并切換到檢測模式對故障進(jìn)行定性、定量分析;通過上述模式的切換使得監(jiān)測更加細(xì)化,更有利于現(xiàn)場人員進(jìn)行分析確認(rèn)。
為了進(jìn)一步說明實施例2,步驟s2中前端處理的過程包括:對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行微弱信號放大、調(diào)理、a/d轉(zhuǎn)換和濾波處理;當(dāng)環(huán)境中的干擾強烈或隨機性過大,在前端處理后還包括對采集到的原始加速度進(jìn)行降噪和最優(yōu)估計。
無線監(jiān)測器在采集到數(shù)據(jù)后內(nèi)部的處理模塊首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行前端處理,對加速度傳感器采集到的信息進(jìn)行前端處理,包括微弱信號放大、調(diào)理、高精度a/d轉(zhuǎn)換、簡單濾波,當(dāng)無線監(jiān)測器使用在復(fù)雜工業(yè)環(huán)境中,當(dāng)環(huán)境中的干擾強烈或隨機性過大,對采集到的原始加速度進(jìn)行降噪和最優(yōu)估計。
為了進(jìn)一步說明實施例2,如圖5和圖9所示,步驟s4中的故障診斷模式包括時域故障診斷模式和頻域故障診斷模式,所述的時域故障診斷模式的實現(xiàn)方法具體包括以下步驟:
s21:對時域的振動速度或振動位移值,設(shè)置振動閾值v1、振動時域預(yù)警值v2、振動時域報警值v3,其中v1<v2<v3,無線監(jiān)測器監(jiān)測到的振動值為v;
s22:當(dāng)v<v1時,無線監(jiān)測器以正常采集周期采集數(shù)據(jù);
當(dāng)v2>v>v1時,無線監(jiān)測器增加采集頻率采集數(shù)據(jù),以自適應(yīng)采集周期采集數(shù)據(jù);
當(dāng)v3>v>v2時,無線監(jiān)測器進(jìn)入振動時域預(yù)警監(jiān)測狀態(tài),當(dāng)無線監(jiān)測器采集到數(shù)據(jù)多次處于時域預(yù)警監(jiān)測狀態(tài),無線監(jiān)測器輸出振動時域預(yù)警故障;
當(dāng)v>v3時,無線監(jiān)測器進(jìn)入振動時域報警監(jiān)測狀態(tài),當(dāng)無線監(jiān)測器采集到多次處于時域報警監(jiān)測狀態(tài),無線監(jiān)測器輸出振動時域報警故障;
為了進(jìn)一步說明實施例2,如圖6和圖10所示,頻域故障診斷模式的實現(xiàn)方法包括以下步驟:
s31:把無線監(jiān)測器監(jiān)測到的振動頻譜信號分成n個頻段,n取整數(shù)且n>1;
s32:設(shè)置上述每個頻段的上限頻率為f1,下限頻率為f2,該頻段內(nèi)頻域報警幅值為vf1;
s33:每個頻段通過算法求取一個最大值vf,當(dāng)vf>vf1時,無線監(jiān)測器輸出振動頻域報警故障,未超出的頻段不報警。
把無線監(jiān)測器監(jiān)測到的振動頻譜信號分成多個頻段,以4個頻段為例,每個頻段設(shè)置報警線值,即該頻段內(nèi)頻域報警幅值為vf1,每次頻段沒通過算法求取一個最大值vf,當(dāng)最大值超過對于頻段報警線值時,輸出報警,未超出的頻段不報警。
為了進(jìn)一步說明實施例2,步驟s22中無線監(jiān)測器設(shè)置有預(yù)警或報警核實功能,當(dāng)無線監(jiān)測器采集到數(shù)據(jù)達(dá)到時域預(yù)警監(jiān)測狀態(tài)或時域報警監(jiān)測狀態(tài)時,不立刻輸出預(yù)警或報警,而是通過多次確認(rèn)核實,當(dāng)多次核實無誤再輸出。
為了進(jìn)一步說明實施例2,如圖7所示,步驟s4中低功耗模式的實現(xiàn)方法包括以下步驟:
s41:無線監(jiān)測器按采集策略間歇式工作,無線監(jiān)測器內(nèi)部設(shè)定采集周期,無線監(jiān)測器不采集數(shù)據(jù)時進(jìn)入可喚醒睡眠狀態(tài);
s42:當(dāng)睡眠時間達(dá)到采集周期時,無線監(jiān)測器自動喚醒,按控制流程完成數(shù)據(jù)采集、處理數(shù)據(jù),并把數(shù)據(jù)存儲到無線監(jiān)測器內(nèi)部;
s43:當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定數(shù)據(jù)數(shù)量時,無線監(jiān)測器啟動網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)傳輸功能,數(shù)據(jù)打包方式上傳數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)上傳完成后自動進(jìn)入可喚醒睡眠狀態(tài)。
為了進(jìn)一步說明實施例2,如圖8所示,步驟s6中的檢測模式的實現(xiàn)方法包括以下步驟:
s51:用戶通過手動喚醒無線監(jiān)測器;
s52:通過手持終端上的第一藍(lán)牙傳輸模塊與無線監(jiān)測器建立連接;
s53:用戶通過手持終端向無線監(jiān)測器發(fā)送功能查詢、采集命名、無線監(jiān)測器采集、處理、上傳數(shù)據(jù)到手持終端;
s54:手持終端對無線監(jiān)測器上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時數(shù)據(jù)顯示、軸心軌跡分析、短時傅里葉變換、加速度包絡(luò)分析和小波變換。
為了進(jìn)一步說明實施例2,步驟s5中監(jiān)測輸出數(shù)據(jù)的類型包括:機器發(fā)生異常時的振動值、溫度值和fft頻譜圖。
實施例3:
如圖4所示,步驟s2中算法處理的過程包括振動加速度數(shù)據(jù)處理方法和溫度數(shù)據(jù)處理方法,振動加速度數(shù)據(jù)處理方法包括以下步驟:
s11:連續(xù)采集一段時間內(nèi)的振動加速度數(shù)據(jù);
s12:對采集到的振動加速度數(shù)據(jù)根據(jù)下列公式進(jìn)行信號插值處理:
xn=xin*wnn=0,1,2.....,其中:xin是采集到的振動加速度數(shù)據(jù),
s13:對插值處理的數(shù)據(jù)xn根據(jù)下列公式進(jìn)行fft變換,
s14:對振動加速度數(shù)據(jù)的fft變換序列xk根據(jù)下列公式進(jìn)行一次頻域積分求速度,
s15:對上述一次頻域積分后的數(shù)字序列和二次頻域積分后的數(shù)字序列分別根據(jù)下列公式進(jìn)行傅里葉反變換,
s16:對上述傅里葉反變換速度序列和傅里葉反變換位移序列分別根據(jù)下列公式進(jìn)行平方和累加開平方求速度均方根值和位移均方根值,
spp=max(si)-min(si)i=1,2...n,其中:si:位移的傅里葉反變換序列i點數(shù)據(jù),spp:是位移峰值;
s17:對上述步驟s15中的vn和sn根據(jù)下列公式再次進(jìn)行fft變換,求速度、位移的fft頻譜,
s18:對上述步驟s17求得的速度、位移頻譜分別根據(jù)下列公式添加窗函數(shù),改善fft頻域性能,vn+=vn*wn,sn+=sn*wn,其中wn是一個長度為n的窗函數(shù),vn是上述步驟s17中求得的速度的fft頻譜序列,vn+是加窗后的fft頻譜序列,sn是上述步驟s17中求得的位移的fft頻譜序列,sn+是加窗后的fft頻譜序列;
溫度數(shù)據(jù)處理方法包括對采集的溫度數(shù)據(jù)根據(jù)下列公式進(jìn)行加和求平均,
步驟s18中設(shè)置的窗函數(shù)的類型包括:矩形窗
本實施例3的工作原理為:如圖11-19所示,算法采用振動平臺進(jìn)行驗證,使用gjx-5產(chǎn)生3.8m/s^2的正弦加速度波形作為驗證算法輸入波形,從采集到的算法驗證數(shù)據(jù)表,使用matlab等仿真軟件繪制曲線圖,除去干擾尖峰,無線監(jiān)測器采集到的加速度峰值在3.863mm/s左右,對原始加速度進(jìn)行fft頻譜分析,通過頻譜圖可以驗證無線監(jiān)測器采集到的數(shù)據(jù)的頻率在39.64hz和振動平臺的輸出頻率相符;對加速度fft數(shù)據(jù)進(jìn)行一次頻域積分,詳細(xì)數(shù)據(jù)見“算法驗證數(shù)據(jù)表”,第三列“加速度一次頻域積分值”,然后對“加速度一次頻域積分值”進(jìn)行fft反變換的速度值,詳細(xì)數(shù)據(jù)見“算法驗證數(shù)據(jù)表”,第四列“一次頻域積分后的速度值”,速度峰值:16.15,正弦波均方根值=峰值(16.15)/1.414=11.4214;對以上數(shù)據(jù)求均方根值:使用c++上位機軟件讀取數(shù)據(jù),得到速度均方根值:11.56和振動平臺11.4基本相符;二次頻域積分后的數(shù)據(jù),詳細(xì)數(shù)據(jù)見“算法驗證數(shù)據(jù)表”,第五列“加速度二次頻域積分值”,對二次積分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行fft反變換,求得位移值,通過圖中分析振動位移的峰峰值:0.06199+0.06067mm=0.12266mm=122.66um通過和振動平臺對比基本一致。
通過設(shè)置有多種窗函數(shù),以適應(yīng)不同的性能要求,輸出的fft頻譜圖如圖20-22所示,
(1)矩形窗
如圖20所示,矩形窗主瓣窄,邊瓣寬,頻率識別精度最高,幅值識別精度最低。邊瓣較高,容易導(dǎo)致變換中帶有高頻干擾和泄露。
(2)漢寧窗
如圖21所示,較矩形窗主瓣加寬并降低,頻率分辨率比矩形窗低;邊瓣較矩形窗明顯減小,能消除高頻干擾和漏能。
(3)海明窗
如圖22所示,海明窗與漢寧窗同是余弦窗,只是加權(quán)系數(shù)不同。海明窗的加權(quán)系數(shù)能使邊瓣達(dá)到最小,但其邊瓣的衰減速度比漢寧窗幔。
實施例4:
如圖23所示,本發(fā)明所述的機器狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng),包括無線監(jiān)測器a1-an,n≥1,無線監(jiān)測器a1-an用于實時監(jiān)測機器的狀態(tài)數(shù)據(jù),無線監(jiān)測器a1-an通過第二藍(lán)牙傳輸模塊與手持終端實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊,手持終端通過無線傳輸模塊與云平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。
為了進(jìn)一步說明實施例3,無線傳輸模塊為wifi模塊/3g模塊/4g模塊中的一種或多種。
本實施例3的工作原理為:上述系統(tǒng)為機器狀態(tài)無線監(jiān)測設(shè)備的另一種實現(xiàn)方式,在工作時,將加速度傳感器和溫度傳感器集成在無線監(jiān)測器a1-an中,將無線監(jiān)測器a1-an安裝于機器的外部,通過無線監(jiān)測器a1-an對機器進(jìn)行振動監(jiān)測和溫度監(jiān)測,無線監(jiān)測器a1-an將監(jiān)測到的振動數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)部,當(dāng)用戶通過手持終端上的第二藍(lán)牙傳輸模塊與無線監(jiān)測器建立無線連接后,由手持終端接收無線監(jiān)測器內(nèi)部的數(shù)據(jù)并通過無線傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳輸至云平臺,在云平臺可進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷與數(shù)據(jù)分析;無需再通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器組建無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。
采用以上結(jié)合附圖描述的本發(fā)明的實施例的機器狀態(tài)無線監(jiān)測設(shè)備、方法和系統(tǒng),能夠?qū)崟r監(jiān)測機器的工作狀態(tài)數(shù)據(jù),并及時為用戶提供警示,解決了現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的問題。但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式,在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下這些對實施方式進(jìn)行的變化、修改、替換和變形仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。