基于無線網(wǎng)絡(luò)的便攜式設(shè)備數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)

1、通用數(shù)據(jù)采集卡，因此，它可以對經(jīng)過調(diào)理的模擬信號進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過無線發(fā)射裝置發(fā)射。系統(tǒng)的無線接受裝置收到信號后，經(jīng),過無線LAN附加器送入筆記本電腦，該數(shù)據(jù)信號供軟件進(jìn)一步處理、分析。1.1數(shù)據(jù)采集及無線發(fā)射和接收系統(tǒng)無線數(shù)據(jù)發(fā)射和接收系統(tǒng)由ViaSat公,司的Mini DAT內(nèi)含NI公司的高性能數(shù)據(jù)采集卡DAQCard－16－E－4，高增益外部天線，和CiscoSystems公司的相應(yīng)的驅(qū)動軟,件組成。Min

2、iDAT接受現(xiàn)場送來的模擬電信號或數(shù)字信號并對其進(jìn)行處理，然后按LAN通在無線設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的透明傳送，其操作類似標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng),絡(luò)產(chǎn)品，只不過它是通過無線連接的。另外，不需要任何特殊的無線網(wǎng)絡(luò)功能模塊，Client adapters可以完成在網(wǎng)絡(luò)上的現(xiàn)有應(yīng)用功能。插有,PC來的信息并由處理和分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。1.2SCXI信號調(diào)理系統(tǒng)美國NI公司的SCXI信號調(diào)理系統(tǒng)是一種高性能、多通道的信號調(diào)理,與開關(guān)平臺，主要由SCXI機(jī)

3、箱、SCXI信號調(diào)理模塊、SCXI電纜線、DAQ設(shè)備和軟件組成［2］。本系統(tǒng)使用的SCXI－1000為4插槽的機(jī),箱，可以同時插入4個信號調(diào)理模塊，該機(jī)箱還可以控制SCXI總線，包括一個模擬總線，一個數(shù)字總線和一個控制總線操作的機(jī)箱控制器。信號通過可拆卸,螺絲、BNC接頭的接線端子或插入式熱電偶傳感器接到SCXI模塊中。機(jī)箱中的信號調(diào)理模塊可以完成對信號的放大、隔離、多路復(fù)用、濾波、傳感器激勵,、同步采樣與保持等信號調(diào)理功能。模擬總線將

4、調(diào)理后的信號送入數(shù)據(jù)采集及無線發(fā)射設(shè)備MiniDAT，基于無線網(wǎng)絡(luò)的便攜式設(shè)備數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)王,淑珍馬利民洛陽工業(yè)高等?？茖W(xué)校機(jī)械系河南洛陽471003圖1無線網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)組成為西安建筑科技大學(xué)機(jī)械電子工程碩士研究生，主要,從事機(jī)械設(shè)備及自動化的教學(xué)及科研工作。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)過程中，設(shè)備運(yùn)行的自動化水平不斷提高。為了保證生產(chǎn)正常進(jìn)行和對生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化，需要,對生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝進(jìn)行監(jiān)控、記錄及分析。但是在某些特殊

5、的應(yīng)用場合，如對大型機(jī)械設(shè)備、移動設(shè)備、人不方便在現(xiàn)場的場合的設(shè)備、露天及野外環(huán)境下,的設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)控、檢測與分析，采用固定有線數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)不僅非常困難，而且不是特別現(xiàn)實(shí)。隨著測量儀器和無線Internet網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，利用,Viasat公司的基于無線Internet網(wǎng)絡(luò)的計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)MiniDAT和美國NI公司生產(chǎn)的SCXI信號調(diào)理模板及LabVIEW虛擬,儀器軟件工具構(gòu)成一個基于無線Internet網(wǎng)絡(luò)多通道、高速便攜式機(jī)械

6、設(shè)備數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，適用各種特殊應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)控、,數(shù)據(jù)采集與分析。1系統(tǒng)構(gòu)成基于無線Internet網(wǎng)絡(luò)的便攜式高速數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，由筆記本計算機(jī)、美國Viasat公司的基于Intern,et的TCP／IP協(xié)議的數(shù)據(jù)采集及無線發(fā)射和接收美國NI公司的SCXI信號調(diào)理模塊、傳感器以及美國NI公司的虛擬儀器軟件系統(tǒng)LabVIEW和,針對檢測對象的分析應(yīng)用軟件組成。由于該系統(tǒng)綜合了無線Internet技術(shù)和NI公司高

7、性能的數(shù)據(jù)采集模板DAQ，同時具有攜帶方便，避免了由于布,線而造成的困難，無論任何場合采樣速率都可達(dá)200k×16bit／s.而且基于Internet的數(shù)據(jù)通訊速率可高達(dá)11Mb／s，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離或異,地遙測數(shù)據(jù)和分析。如圖1為基于無線Internet網(wǎng)絡(luò)的便攜式高速數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)的組成。工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的各種機(jī)械設(shè)備的信息應(yīng)力、溫度、振動,等通過各類傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過SCXI各調(diào)理板專用的接線端子，送入由NI公司生產(chǎn)的S

8、CXI系列專用信號調(diào)理模塊完成對信號的放大、隔離、多,路復(fù)用、濾波、同步采樣與保持等多項信號調(diào)理功能后，經(jīng)專用電纜線將該信號送入ViaSat公司的MiniDAT無線遙控計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng),內(nèi)部集成有NI公司的高性能基于無線網(wǎng)絡(luò)的便攜式設(shè)備數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)通用圖3數(shù)據(jù)采集存儲模塊程序MiniDAT的數(shù)據(jù)線與SCXI機(jī)箱控制器通,信并控制機(jī)箱中的數(shù)據(jù)總線。NI公司生產(chǎn)了多種使用在SCXI機(jī)箱中信號調(diào)理模塊，本系統(tǒng)配置的信號調(diào)理模塊

9、主要包括SCXI－調(diào)理模塊的功能分別為,：1SCXI－1126是一個具有8個隔離頻率輸入通道的信號調(diào)理模塊；它的每個通道到包含有一個可編程的頻率電壓轉(zhuǎn)換電路，最高輸入頻率可達(dá)128,kHz，各通道間或通道與地的隔離電壓為250V 2SCXI－1520是一個8通道可編程隔離放大器，本模塊可處理熱電偶信號及電流、電壓信號，,隔離電壓為300V 3SCXI－1520是一個可編程8通道差分SSH同步采樣與保持放大器應(yīng)變輸入信號調(diào)理模塊，該模塊可

10、以用來測量應(yīng)變和以應(yīng)變,為基礎(chǔ)的傳感器?？梢酝ㄟ^軟件設(shè)置橋激勵電壓、濾波截止頻率、零點(diǎn)及偏置、通道增益等參數(shù)；4SCXI－1531是一個可編程8通道單端加速度計輸入,信號調(diào)理模塊，該模塊具有BNC連接器可以直接與ICP傳感器或其他電流激勵的加速度傳感器相連。通過軟件可以設(shè)置濾波器的帶寬，通道增益，電流激勵,等。1.3LabVIEW圖形化編程語言LabVIEW具有功能完整的軟件開發(fā)環(huán)境，同時也是一種功能強(qiáng)大的編程語言流程圖的圖形化編程方式

11、，也稱為,G語言graphical language.與其他編程語言相同，G語言既定義了數(shù)據(jù)類型、結(jié)構(gòu)類型、語法規(guī)則等編程語言基本要素，也提供了包括斷,點(diǎn)設(shè)置，單步調(diào)試和數(shù)據(jù)探針在內(nèi)的程序調(diào)試工具，在功能完整性和應(yīng)用靈活性上不遜色于任何高級語言。對測試工程師而言，LabVIEW最大的優(yōu)勢表現(xiàn),在兩方面：一方面是編程簡單，易于理解，尤其是對熟悉儀器結(jié)構(gòu)和硬件電路的工程技術(shù)人員，編程就像設(shè)計電路圖一樣，上手快，效率高；另一方面LabV,IE

12、W針對數(shù)據(jù)采集、儀器控制、信號分析和數(shù)據(jù)處理等任務(wù)，設(shè)計提供了豐富完善的功能圖標(biāo)，用戶只需直接調(diào)用，可免去了自己編寫程序的煩瑣。LabV,IEW作為開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提供了各種接口總線和常用儀器的驅(qū)動程序，是一個通用的軟件開發(fā)平臺。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及處理軟件用LabVIEW圖形化,編程語言編寫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析、以及數(shù)據(jù)表達(dá)等功能。在LabVIEW完整版的高級分析庫中，提供了豐富的信號分析處理相關(guān)程序，包括,波形測量、信號調(diào)理

13、、信號監(jiān)測、波形發(fā)生、信號處理和逐點(diǎn)分析庫等虛擬儀器的軟件對象進(jìn)行圖形化的組合操作，用戶可以通過交互式的圖形化面板來控制系,統(tǒng)，并顯示所得結(jié)果。2數(shù)據(jù)采集與分析軟件設(shè)計2.1軟件的總體結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及處理軟件用LabVIEW圖形化編程語言編寫，軟件系統(tǒng)的構(gòu)成,如圖2所示。本系統(tǒng)的軟件是采用模塊化的思想編寫的，每個功能的實(shí)現(xiàn)由一個模塊完成，然后由事件驅(qū)動的主模塊調(diào)用各個子模塊，最后實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行狀況,的數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、記錄、監(jiān)

14、控、打印及歷史數(shù)據(jù)的回放、打印、分析處理及故障診斷等功能。程序主要由主模塊，實(shí)時數(shù)據(jù)采集處理模塊、數(shù)據(jù)記錄模,塊、歷史數(shù)據(jù)的回放及分析模塊組成。本文以實(shí)時數(shù)據(jù)采集及存儲模塊程序設(shè)計為例介紹本系統(tǒng)程序的設(shè)計方法和過程。2.2實(shí)時數(shù)據(jù)采集及存儲模塊實(shí)時數(shù),據(jù)采集存儲模塊對8路現(xiàn)場信號進(jìn)行實(shí)時采集、顯示、分析、存儲、打印。實(shí)時數(shù)據(jù)采集存儲模塊程序利用緩沖技術(shù)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集，具有良好的實(shí)時性。實(shí),時數(shù)據(jù)采集存儲模塊的程序如圖3所示。圖2軟件總

15、體機(jī)構(gòu)框圖基于無線網(wǎng)絡(luò)的便攜式設(shè)備數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)通用2.3運(yùn)行監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集模塊運(yùn)行監(jiān)控模,塊對現(xiàn)場的進(jìn)行實(shí)時采集、顯示并分析現(xiàn)場數(shù)據(jù)是否超過正常值，若超過正常值則報警并以當(dāng)前時間點(diǎn)為文件名自動存儲20s的數(shù)據(jù)。2.4歷史數(shù)據(jù)回放與,數(shù)據(jù)分析分析模塊歷史數(shù)據(jù)的回放及分析模塊完成對存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行回放、各種分析處理、故障診斷及波形和分析結(jié)果的打印。歷史數(shù)據(jù)的頻譜分析實(shí)現(xiàn)對測得的,歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗、濾波、傅立葉變換等分析，根據(jù)分析結(jié)果與設(shè)備

16、運(yùn)行狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)庫比較分析，可以對設(shè)備進(jìn)行故障診斷。3應(yīng)用舉例利用該系統(tǒng)對某水泥,廠所使用的MCD70大型磨機(jī)減速機(jī)的振動信號進(jìn)行了測試和分析。該減速機(jī)的輸入軸與電機(jī)用聯(lián)軸器直連，電機(jī)功率為410kW，轉(zhuǎn)速為機(jī)為單級傳動，,減速機(jī)通過邊緣傳動齒輪副驅(qū)動磨機(jī)工作。齒輪副的齒數(shù)為117／21，邊緣傳動齒輪副的齒數(shù)為減速機(jī)輸入軸和輸出軸回轉(zhuǎn)頻率分別為12.25Hz和2,.2Hz；減速機(jī)齒輪副的嚙合頻率為281.75Hz，邊緣傳動齒輪副的嚙合頻

17、率為46Hz.傳動系統(tǒng)的振動測點(diǎn)布置如圖4及表1所示。測試結(jié)果的頻,譜分析如圖5所示據(jù)振動頻譜可得出如下分析診斷結(jié)論：1測點(diǎn)1軸向方向y時域信號有明顯的調(diào)制信號，調(diào)制頻率＝1／T≈2.2Hz與減速機(jī)輸出軸回轉(zhuǎn),頻率2.2Hz相同，減速機(jī)的低速機(jī)齒輪安裝出現(xiàn)偏心或者軸承徑向間隙過大；2頻譜圖上，減速機(jī)齒輪幅的嚙合頻率及高次諧波十分突出，二次諧波分量的,峰值大于嚙合頻率的峰值，這說明該齒輪副磨損相當(dāng)嚴(yán)重或齒測間隙太大并且有該故障引起的強(qiáng)烈振

18、動直接影響了減速機(jī)的運(yùn)行。4結(jié)論由于采用NI公司高性,能的DAQ和無線Internet技術(shù)MiniDAT數(shù)據(jù)采集與無線發(fā)射技術(shù)，使基于無線Internet網(wǎng)絡(luò)的便攜式機(jī)械設(shè)備狀態(tài)采集與分析系統(tǒng)，,具有技術(shù)先進(jìn)、應(yīng)用方便的特征，特別適用于特殊的應(yīng)用場合，如對大型機(jī)械設(shè)備、移動設(shè)備、露天及野外環(huán)境下的設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)控、檢測與分析。LabVI,EW圖形編程。北京：北京大學(xué)出版社，2002 5楊樂平，李海濤等編著，LabVIEW高級程序設(shè)計。北京