一種階梯軸零件的數(shù)控加工
一種階梯軸零件的數(shù)控加工,一種,階梯,零件,數(shù)控,加工
本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題報(bào)告
論
學(xué)
文 題
目：基于 LabVIEW 的輸油泵狀態(tài)
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究 院： 機(jī)械工程學(xué)院
年 1 月 6 日填
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告要求
開(kāi)題報(bào)告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文
（設(shè)計(jì)）的有效保證。為了使這項(xiàng)工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù)
1. 論文（設(shè)計(jì)）題目及研究領(lǐng)域；
2. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)。二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問(wèn)題；
2. 擬開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）；
3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果。三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）；
2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃。四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時(shí)應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報(bào)告。綜述或報(bào)告作為開(kāi)題報(bào)告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1. 開(kāi)題報(bào)告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作開(kāi)始后的前四周內(nèi)完成；
2. 開(kāi)題報(bào)告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)審查通過(guò)；
3. 開(kāi)題報(bào)告不合格或沒(méi)有做開(kāi)題報(bào)告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計(jì)）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開(kāi)題報(bào)告通過(guò)后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師；
5. 開(kāi)題報(bào)告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊(cè)（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?
一、選題依據(jù)
1. 論文（設(shè)計(jì)）題目
基于 LabVIEW 的輸油泵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究
2. 研究領(lǐng)域
主要研究的領(lǐng)域是測(cè)控系統(tǒng)，工業(yè)檢測(cè)，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)分析，儀器儀表等各個(gè)領(lǐng)域。
3. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
隨著制造工藝水平的提高 ，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ，以及我國(guó)大型基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目的日益增多,大型機(jī)泵的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛．特別是石油工業(yè),隨著長(zhǎng)距離輸油管道建設(shè)項(xiàng)目的增多，無(wú)論是原油管道還是成品油管道項(xiàng)目中，無(wú)一例外 的都要用到大型的電動(dòng)機(jī)和輸油泵,而僅僅依賴于傳統(tǒng)的定期維修保養(yǎng)很 難發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛在故障[1]。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方式存在以下問(wèn)題：首先泵房和電機(jī)房噪聲較大，溫度高，人工巡檢時(shí)工作環(huán)境非常惡劣。其次巡檢的工作方式不能及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障，另一方面則對(duì)無(wú)故障機(jī)組停機(jī)檢修，造成維護(hù)成本上升[2]。如果無(wú)法達(dá)到預(yù)防為主的目的，潛在的故障如果沒(méi)有做好及時(shí)有效的處理 ，很容易導(dǎo)致設(shè)備故障的發(fā)生，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)．要真正做到預(yù)防為主， 對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和故障分析是非常有必要的[3]。
輸油泵機(jī)組是原油傳輸過(guò)程中非常重要的設(shè)備，由于泵機(jī)組均為高壓（AC6000V）， 高轉(zhuǎn)速（2000~3000r/min）的機(jī)械設(shè)備，且原油管道輸送具有的不可間斷性，如何及時(shí)，有效，準(zhǔn)確地對(duì)輸油泵機(jī)組進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)反應(yīng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并且對(duì)有故障或者潛在故障地設(shè)備進(jìn)行科學(xué)分析，實(shí)施預(yù)防措施已成為企業(yè)生產(chǎn)的必然要求
[4]。而且輸油泵機(jī)組能否安全穩(wěn)定的運(yùn)行直接關(guān)系著整個(gè)石油生產(chǎn)加工行業(yè)，能否安
全穩(wěn)定的運(yùn)行，還直接影響著石油企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。輸油累機(jī)組在在長(zhǎng)期運(yùn)行的工程中難免會(huì)出現(xiàn)故障，一些比較常見(jiàn)的故障，比如輸油系機(jī)組的軸承故障和轉(zhuǎn)軸故障， 以及轉(zhuǎn)子的不平衡不對(duì)中所引起的故障。隨著石油化工產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高以及各個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的聯(lián)系越來(lái)越緊密，一旦在輸油過(guò)程中發(fā)生設(shè)備故障，就會(huì)嚴(yán)重威脅到石油加工相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此會(huì)造成難以預(yù)料的損失。長(zhǎng)期以來(lái)石油運(yùn)輸企業(yè)一直以定期檢修的方式來(lái)對(duì)輸油累機(jī)組進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)[5]。但是采用這種定期檢修的方法弊端很多，在定期檢修的過(guò)程中對(duì)輸油累的停輸是不可避免的，而停輸輸油累會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此在輸油泉日常運(yùn)行的過(guò)程中，采用現(xiàn)代化的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)技術(shù)對(duì)輸油親機(jī)組進(jìn)行故障診斷，從而及時(shí)有效的發(fā)現(xiàn)輸油累機(jī)組運(yùn)行的潛在故障特
征，避免輸油聚機(jī)組突發(fā)事故造成重大損失，這項(xiàng)工作對(duì)于石油儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)就具有了非常重要的意義[6]。
4. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)
國(guó)內(nèi)對(duì)泵的工況監(jiān)測(cè)與故障診斷的研究起步較晚，是從上世紀(jì) 80 年代開(kāi)始的。
但從 1985 年以后，由于中國(guó)設(shè)備管理協(xié)會(huì)設(shè)備診斷委員會(huì)，中國(guó)振動(dòng)工程學(xué)會(huì)機(jī)械故障診斷分會(huì)和中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)設(shè)備維修分會(huì)等機(jī)構(gòu)的大力推動(dòng)，全國(guó)多次召開(kāi)了全國(guó)性的故障診斷學(xué)術(shù)會(huì)議，極大的推動(dòng)了我國(guó)故障診斷技術(shù)的發(fā)展，使得國(guó)內(nèi)先后產(chǎn)生了許多十分有價(jià)值的研究成果[7]。其中較為突出的是航天航空部于 1984 年開(kāi)發(fā)成功的基于共振解調(diào)原理的 JK8241 輸油泵分析儀，此診斷系統(tǒng)成功地做到了對(duì)輸油泵不解體故障診斷[8]。
泵診斷技術(shù)在國(guó)內(nèi)研究方向也主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一、對(duì)設(shè)備狀態(tài)特征信號(hào)的檢測(cè)，二、對(duì)檢測(cè)到的特征信號(hào)進(jìn)行提取，獲取特征值[9]。
國(guó)外在泵故障診斷技術(shù)中發(fā)展的比較早，始于上個(gè)世紀(jì) 60 年代，距今已有 50 多年的歷史。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，泵的故障診斷技術(shù)也在日新月異。在歐美日等發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家，泵的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)已經(jīng)形成一種流行，并漸漸商品化和實(shí)用化。下面介紹國(guó)外對(duì)泵故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展研究的概況。
第一階段：利用頻譜分析儀來(lái)診斷泵故障[10]。在這個(gè)階段，對(duì)于泵故障診斷多采用快速傅里葉變換的方法，通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，得出的結(jié)果與實(shí)際相比較來(lái)對(duì)故障進(jìn)行判斷，因此，各種常用的頻譜儀的發(fā)明紛紛問(wèn)世，一時(shí)間通過(guò)頻譜儀檢測(cè)油泵振動(dòng)信號(hào)成為了這一階段的主要研究手段[11]。但這種方法存在著許多的弊端。比如說(shuō)，當(dāng)傳感器采集到振動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)放大傳送給頻譜儀進(jìn)行分析時(shí)，由于實(shí)際信號(hào)中常?；煊性胍簦虼诵盘?hào)特征表現(xiàn)并不明顯，或者在分析中找不到故障信號(hào)，這在對(duì)微小故障引起的振動(dòng)信號(hào)很難預(yù)測(cè)。
第二階段：利用沖擊脈沖技術(shù)診斷泵故障。這個(gè)階段對(duì)于泵故障診斷技術(shù)有了較大的提高和進(jìn)步，主要方法為通過(guò)使用沖擊脈沖計(jì)對(duì)泵軸承表面進(jìn)行沖擊脈沖幅值測(cè)量[12]。經(jīng)瑞典儀器公司多年在泵故障診斷領(lǐng)域的研究發(fā)現(xiàn)，這種測(cè)量方法在對(duì)軸承測(cè)得到的特征值可以很好地評(píng)價(jià)泵軸承損傷程度。相比較使用頻譜分析儀的方法，這種方法不需要進(jìn)行頻譜分析，并且可以有效地檢測(cè)出泵軸承出現(xiàn)的損傷故障，因此，這種技術(shù)一經(jīng)發(fā)明便被歐美日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家所采用。隨著這一項(xiàng)技術(shù)的不斷進(jìn)步和研發(fā)，產(chǎn)品也在不斷更新，如今 SPM 不僅可以監(jiān)測(cè)軸承損傷故障，也應(yīng)用到對(duì)油膜潤(rùn)
滑及厚度的測(cè)量使用中[13] 。 SPM 技術(shù)至今已有 50 多年的歷史，但不少企業(yè)工廠對(duì)軸承的檢測(cè)仍然采用這種技術(shù)。
第三階段：利用共振解調(diào)技術(shù)診斷軸承故障。共振解調(diào)技術(shù)出現(xiàn)于 1974 年，由美國(guó)波音公司的 D.R.Harting 所發(fā)明。由于共振解調(diào)技術(shù)在對(duì)信號(hào)的分離和提取上的特殊作用，因此，對(duì)于故障信號(hào)的檢測(cè)具有很好的效果。通過(guò)包絡(luò)頻譜分析出的結(jié)果， 判斷故障發(fā)生的具體部位，這對(duì)泵軸承損傷類故障診斷具有很好的效果，在故障診斷技術(shù)中得到了很好的應(yīng)用。共振解調(diào)技術(shù)與 SPM 相比，相當(dāng)于在 SPM 的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，不僅可以檢測(cè)出故障信息，更能具體定位出故障源，對(duì)于泵軸承損傷檢測(cè)屬于精密診斷方法[14]。
第四階段：利用計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)狀態(tài)監(jiān)測(cè)于故障診斷系統(tǒng)[15]。隨著科技的發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的日新月異，20 世紀(jì) 80 年代以后，利用計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)出泵監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)時(shí)的主流方向。比較著名的有德國(guó) Mannheim 電子廠于 1885 年使用的瑞士 SULZER 泵公司開(kāi)發(fā)的 SUDIS 系統(tǒng)，應(yīng)用在鍋爐給水泵組的運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)和故障診斷上。其系統(tǒng)包含參數(shù)監(jiān)測(cè)，長(zhǎng)期數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)通訊，故障診斷和維修計(jì)劃等模塊。1992 年，自動(dòng)式振動(dòng)咨詢系統(tǒng) EOPLORE-EX 誕生，該系統(tǒng)由美國(guó)電力研究所與恩泰克科學(xué)公司，以及美國(guó)以專門從事振動(dòng)咨詢的斯韋公司聯(lián)合推出。該系統(tǒng)采用三級(jí)推理，可診斷泵的內(nèi)部摩擦，不對(duì)中，，不平衡和共振等故障。如美國(guó)的本特利·內(nèi)達(dá)華公司開(kāi)發(fā)的工程師幫助軟件，鍋爐泵診斷系統(tǒng)，可以檢測(cè)出給水泵和往復(fù)式泵是否出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)部件松動(dòng)，轉(zhuǎn)子彎曲等現(xiàn)象及泵的摩擦程度，軸裂紋和由油膜導(dǎo)致的泵的故障。
二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容
1. 重點(diǎn)解決的問(wèn)題
1 輸油泵的結(jié)構(gòu)，工作原理及性能參數(shù)。2、LabVIEW 軟件編程技術(shù)
3、輸油泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)硬件系統(tǒng)的構(gòu)成。
4、輸油泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)的研發(fā)。
2. 擬開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）
(1) 輸油泵結(jié)構(gòu)原理研究： 輸油泵的結(jié)構(gòu)
輸油泵的工作原理輸油泵的性能參數(shù)
(2) 輸油泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)硬件系統(tǒng)的搭建。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
輸油泵硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)的選型
(3) 輸油泵信號(hào)分析技術(shù)時(shí)域分析技術(shù)
頻域分析技術(shù)小波分析技術(shù)
(4) 運(yùn)用 LabVIEW 實(shí)現(xiàn)輸油泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)的研發(fā)軟件設(shè)計(jì)的原則與依據(jù)
系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)平臺(tái)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軟件程序?qū)崿F(xiàn)
3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果
了解輸油泵的結(jié)構(gòu)，工作原理及性能參數(shù)，掌握 LabVIEW 軟件編程技術(shù)，完成輸油泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)硬件系統(tǒng)的搭建，完成運(yùn)用 LabVIEW 實(shí)現(xiàn)輸油泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)的研發(fā)。
三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）；
利用傳感器采集到輸油泵的振動(dòng)和溫度的原始信號(hào)，通過(guò)局域網(wǎng)送入到現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)分析和信號(hào)處理。這些原始信號(hào)經(jīng)過(guò)處理之后，利用計(jì)算的故障診斷軟件，進(jìn)行故障識(shí)別與診斷，找出故障原因和解決辦法。
1) 信號(hào)采集
選用壓電式傳感器和電阻式傳感器，測(cè)點(diǎn)分布，電機(jī)前后端軸承和泵前后端軸承， 電機(jī)定子。
2) 信號(hào)分析
u 時(shí)域分析
時(shí)域分析方法是通過(guò)信號(hào)的時(shí)間進(jìn)程記錄波形的變化發(fā)展情況，對(duì)信號(hào)組成和特征參量進(jìn)行分析。時(shí)域分析又可以包括幅域參數(shù)值分析和時(shí)域波形分析兩種。
u 頻域分析(1)幅值譜
幅值譜是表征每個(gè)頻率分量振動(dòng)幅值大小的頻譜圖。它是故障診斷中最常用、最直觀的分析手段，由幅值譜圖的變化規(guī)律及故障特征頻率即可診斷一般性故障類型。(2)功率譜
功率譜反映了隨機(jī)信號(hào)各頻率成份功率能量的分布情況，可以揭示信號(hào)中隱含的周期性及靠得很近的譜峰等有用信息，對(duì)于機(jī)械設(shè)備各種特征頻率的確定是對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障診斷的基礎(chǔ)，當(dāng)機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障時(shí);多般在某些特征頻率附近出現(xiàn)明顯的峰值，功率譜是反映各頻率成分能量分布的關(guān)系，更容易得到峰值出現(xiàn)位置處所對(duì)應(yīng)的頻率，與設(shè)備特征頻率進(jìn)行對(duì)比分析，便可得到設(shè)備的故障類型。
u 小波分析
對(duì)信號(hào)采樣后，可得到一個(gè)大的有限頻帶中的一個(gè)信號(hào)，對(duì)這個(gè)信號(hào)進(jìn)行小波多尺度分解，其實(shí)質(zhì)就是把采到的信號(hào)分解成兩個(gè)信號(hào)，即高頻部分和低頻部分，而低頻部分通常包含了信號(hào)的主要信息，高頻部分則常和噪音及擾動(dòng)聯(lián)系在一起，根據(jù)分析的需要，繼續(xù)對(duì)所得低頻部分進(jìn)行分解，得到更低頻和相對(duì)高頻的部分，具體分解層數(shù)可以根據(jù)實(shí)際情況而定。小波變換能準(zhǔn)確檢測(cè)出奇異點(diǎn)的存在和出現(xiàn)的具體位置。
2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃
第 1 周：查閱文獻(xiàn)，了解畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的研究意義
第 2 周：查閱文獻(xiàn)，了解畢業(yè)設(shè)計(jì)題中相關(guān)內(nèi)容的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
第 3 周：閱讀文獻(xiàn)，掌握畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線
第 4 周：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告，準(zhǔn)備開(kāi)題報(bào)告答辯
第 5 周：掌握輸油泵的工作原理及常見(jiàn)故障
第 6 周：掌握輸油泵運(yùn)行參數(shù)的測(cè)試系統(tǒng)的硬件組成第 7 周：掌握 LabVIEW 編程技術(shù)，中期檢查
第 8 周：掌握 LabVIEW 編程技術(shù)
第 9 周：實(shí)現(xiàn)輸油泵測(cè)試系統(tǒng)的框架及功能模塊搭建第 10 周：實(shí)現(xiàn)輸油泵測(cè)試系統(tǒng)的 LabVIEW 編程
第 11 周：實(shí)現(xiàn)輸油泵測(cè)試系統(tǒng)的 LabVIEW 編程第 12 周：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文
第 13 周：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文
第 14 周：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文
第 15 周：完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文修改及答辯 ppt
第 16 周：畢業(yè)答辯
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
[1] 王洋. 基于虛擬儀器技術(shù)的輸油泵遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]. 淮海工學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2008, 17(3):18-21.
[2] 周見(jiàn)行, 李存兵, 季行建,等. 基于虛擬儀器技術(shù)輸油泵遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]. 浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 37(4):469-472.
[3] 湯寶平, 李碧蓉, 文代剛,等. 輸油泵機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版, 1999, 18(3):115-120.
[4] 徐聰, 湯寶平, 姚金寶. 輸油泵機(jī)組遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 30(7):30-33.
[5] 梁瑞年, 郭麗芳, 石博強(qiáng),等. 基于虛擬儀器的輸油泵監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)[J]. 微計(jì)算機(jī)信息, 2005, 21(6):119-120.
[6] 田壘, 劉軍輝, 孫向東,等. 狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)在輸油泵機(jī)組中的應(yīng)用[J]. 當(dāng)代化工, 2015(3):567-569.
[7] 王新龍. 輸油泵故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D]. 青島科技大學(xué), 2015.
[8] 祖楠. 離心輸油泵在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)[J]. 油氣田地面工程, 2010, 29(10):66-67.
[9] Mine Pump Comprehensive Performance Testing System Based on Labview 2009 International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation
[10] 季濤. 油泵安全監(jiān)測(cè)與故障診斷的研究[D]. 哈爾濱理工大學(xué), 2013. [11]梁瑞年. 輸油泵安全監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)研究[D]. 北京科技大學(xué), 2005.
[12] Design of the oil pump temperature monitoring system based on Internet of things 2014 IEEE Workshop on Advanced Research and Technology in Industry Applications (WARTIA)
[13] 楊宇，于德介.基于 labVIEW 虛擬儀器平臺(tái)的測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[J]湖南大學(xué)，2002 [14]湯寶平，秦樹(shù)人，譚善文.虛擬式小波變換信號(hào)分析儀的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J]重慶大學(xué)2000
[15] Virtual Filter Design Based on LabVIEW Development Platform 2016 International Conference on Robots & Intelligent System (ICRIS)
附：文獻(xiàn)綜述或報(bào)告
文獻(xiàn)綜述
摘要
基于 LabVIEW 的輸油泵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)[1]。在王洋的虛擬儀器研究中有詳細(xì)的論斷。本文針對(duì)油泵的機(jī)械故障進(jìn)行故障診斷，通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)和溫度信號(hào)的分析，并以 LabVIEW 為工具，利用信號(hào)分析對(duì)輸油泵故障進(jìn)行診斷和監(jiān)測(cè)。本文通過(guò)用對(duì)信號(hào)的研究過(guò)程和軟硬件系統(tǒng)的搭建完成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建和診斷和監(jiān)測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：LabVIEW ，小波分析，趨勢(shì)分析，輸油泵監(jiān)測(cè)引言
隨著石油化工產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高以及各個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的聯(lián)系越來(lái)越緊密，一旦在輸油過(guò)程中發(fā)生設(shè)備故障，就會(huì)嚴(yán)重威脅到石油加工相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此會(huì)造成難以預(yù)料的損失[2]。而傳統(tǒng)的人工巡檢的監(jiān)測(cè)監(jiān)查方式由于弊端很多，因此需要一種實(shí)時(shí)性，準(zhǔn)確性和高效率的輸油泵監(jiān)測(cè)方式，因此開(kāi)發(fā)一種在線監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)輔助的輸油泵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有重要意義。
一、輸油泵結(jié)構(gòu)與原理
輸油泵結(jié)構(gòu)：主要由偏心輪、主泵、手泵、進(jìn)出油閥、油管、油箱等組成。
輸油泵工作原理：在噴油泵凸輪軸上的偏心輪通過(guò)滾動(dòng)輪和頂桿，向下壓活塞，這樣使吸入止回閥和增壓閥開(kāi)啟，同時(shí)活塞彈簧被壓縮。當(dāng)偏心輪轉(zhuǎn)過(guò)滾輪后，彈簧的彈力使活塞上行，此時(shí)，止回閥和開(kāi)啟，而另外兩個(gè)關(guān)閉。凸輪軸每轉(zhuǎn)一周，輸油泵輸油兩次。如果排出管路上油壓增高大于彈簧彈力時(shí)，則活塞便停留在輸油泵下部，待油壓降低后，繼續(xù)供油。
二、輸油泵常見(jiàn)故障及原因
u 滑動(dòng)軸承
滑動(dòng)軸承故障來(lái)源有三個(gè)方面：一個(gè)是磨料磨損，一個(gè)是疲勞磨損，另一個(gè)是黏著磨損。在季行建和湯寶平的研究中發(fā)現(xiàn)造成失效與磨損有幾方面原因，如相接處的兩個(gè)面之間空隙太大或太小，接觸面表面形成不規(guī)則的粗糙分布，機(jī)油以及保護(hù)膜的物理和化學(xué)特性[3]。
u 止推軸承：
1. 磨損
軸承的封裝不是密不透風(fēng)的，常伴隨污垢、沙塵的侵入，以至使保持架、軸承滾道、滾動(dòng)體等在表面發(fā)生磨損。
2. 疲勞
軸承表面形成變化的凹坑，然后逐漸延伸成片，最終造成滾道表面以及滾動(dòng)體產(chǎn)生剝落或脫皮。疲勞的產(chǎn)生有很多原因，一種是長(zhǎng)時(shí)間工作應(yīng)力所致，另一種是封裝粗糙沒(méi)有達(dá)到加工要求，進(jìn)而產(chǎn)生掉皮或腐蝕脫落[4]。
3. 斷裂
鍛造時(shí)的折疊、夾雜等缺陷，熱處理產(chǎn)生的裂紋或強(qiáng)大內(nèi)應(yīng)力、磨削裂紋，車削裂紋等都可能是最后斷裂的原因。
4. 腐蝕
潤(rùn)滑油在使用過(guò)程中不斷氧化，氧化作用的產(chǎn)物是酸性物質(zhì)，它們對(duì)軸承材料有腐蝕作用。此外，尚有一些特殊的腐蝕形式應(yīng)予以注意，如：氧對(duì)錫銻軸承合金的腐蝕、硫?qū)y和銅的軸瓦材料的腐蝕、水分對(duì)銅鉛合金的腐蝕等[5]。
5. 膠合
常發(fā)生在潤(rùn)滑不良、高溫、兩滾道表面不平行等情況下，在兩滾道表面不平、潤(rùn)滑不良、高溫的情況下，滾道和滾動(dòng)體表面因?yàn)檫^(guò)熱而局部融合在一起。
二，信號(hào)收集及分析方法
1 傳感器信號(hào)采集傳感器和測(cè)點(diǎn)分布
壓電式加速度傳感器和電阻式溫度傳感器。
四個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)：電機(jī)前端軸承，電機(jī)后端軸承，泵前端軸承，泵后端軸承
五個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)：電機(jī)前端軸承，電機(jī)后端軸承，泵前端軸承，泵后端軸承電機(jī)定子[6]。2 信號(hào)分析方法
（1） 時(shí)域分析 經(jīng)典時(shí)域分析方法是求解連續(xù)時(shí)間 LTI 系統(tǒng)的響應(yīng)的一種方法。經(jīng)典時(shí)域分析方法，是根據(jù)微分方程的理論求解動(dòng)態(tài)方程式，以得到系統(tǒng)的輸出響應(yīng)的函數(shù)表達(dá)式。輸油泵機(jī)組的故障往往首先表現(xiàn)為振動(dòng)信號(hào)的異常。對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行相關(guān)時(shí)域分析可為輸油泵的故障診斷提供粗略的參考依據(jù)。常見(jiàn)的時(shí)域特征參數(shù)有均值，方差，分布密度，偏斜度，峰值，波形指標(biāo)等[7]。王新龍與季濤在各自的研究中表明，由時(shí)域的相關(guān)特征的信號(hào)研究是對(duì)監(jiān)測(cè)研究的基礎(chǔ)，是一種初步的信號(hào)處理方式。
（2） 頻域分析 振動(dòng)異常往往是輸油泵機(jī)組發(fā)生故障的一種外在表現(xiàn)形式，對(duì)振動(dòng)信號(hào)的分析和處理能為輸油泵機(jī)組的故障診斷提供重要參考[8]。而長(zhǎng)久以來(lái)的研究表明，輸油泵機(jī)組發(fā)生故障時(shí)的振動(dòng)信號(hào)具有非常明顯的頻率特征。這些頻率特征可以幫助我們準(zhǔn)確定位輸油泵機(jī)組的潛在故障。由傅里葉變換可以將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)分析[9]。
（3） 小波分析：小波變換的概念是由法國(guó)從事石油信號(hào)處理的工程師 J.Morlet 在 1974 年首先提出的[10]，它與 Fourier 變換、視窗 Fourier 變換（Gabor 變換） 相比，這是一個(gè)時(shí)間和頻率的局網(wǎng)域變換，因而能有效的從信號(hào)中提取資訊，通過(guò)伸縮和平移等運(yùn)算功能對(duì)函數(shù)或信號(hào)進(jìn)行多尺度細(xì)化分析（Multiscale Analysis），解決了 Fourier 變換不能解決的許多困難問(wèn)題，從而小波變化被譽(yù)為“數(shù)學(xué)顯微鏡”，它是調(diào)和分析發(fā)展史上里程碑式的進(jìn)展[11]。梁瑞年和湯寶平的對(duì)小波分析的研究中可以看出由小波分析，振動(dòng)信號(hào)可以利用小波變換的局部化特性，可以識(shí)別到信號(hào)的任意細(xì)節(jié)由此可以精確分析輸油泵產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)， 從而精確分析故障[12]。
三，LabVIEW 在輸油泵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用
LabVIEW 是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，類似于C 和 BASIC 開(kāi)發(fā)環(huán)境，但 LabVIEW 與其它計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其它計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用圖形化編程語(yǔ)言G 語(yǔ)言編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。像C 或BASIC 一樣，LabVIEW 也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)可完成任何編程任務(wù)的龐大的函數(shù)庫(kù)[13]。LabVIEW 的函數(shù)庫(kù)包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等等。LabVIEW 也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫(huà)形式顯示數(shù)據(jù)及其通過(guò)程序（子 VI）結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。通過(guò) LabVIEW 可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的處理和仿真模擬，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)建[14]。在王洋，梁瑞年及一些國(guó)外學(xué)者的研究論文中，LabVIEW 作為一種圖形化的平臺(tái)和工具，融合了信號(hào)分析方式和一些必要的硬件系統(tǒng)，將信號(hào)處理和系統(tǒng)仿真完美融合，創(chuàng)建出了可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能的軟硬件系統(tǒng)和實(shí)用的操作流程。
四，總結(jié)
基于 LabVIEW 虛擬儀器平臺(tái)的測(cè)試系統(tǒng),在以 PC 為核心的硬件平臺(tái)支持下，不僅可以通過(guò)軟件編程設(shè) 計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器的監(jiān)測(cè)功能，而且可通過(guò)不同監(jiān)測(cè)功 能的軟件模塊的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)多種診斷監(jiān)測(cè)功能，真正實(shí)現(xiàn) 了 “軟件即儀器”[15]。 它充分發(fā)揮了現(xiàn)
代計(jì)算機(jī)的技術(shù)優(yōu) 勢(shì)和軟硬件資源，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試系統(tǒng)的多功能和高度靈 活性，與傳統(tǒng)儀器相比， 它不僅價(jià)格低， 開(kāi)發(fā)、 維護(hù)費(fèi)用 少， 而且技術(shù)更新周期短，可與計(jì)算機(jī)同步， 可用網(wǎng)絡(luò) 聯(lián)絡(luò)周邊各儀器?？梢灶A(yù)見(jiàn)，與計(jì)算機(jī)同步發(fā)展的虛 擬儀器技術(shù)前景十分光明， 基于計(jì)算機(jī)的全數(shù)字化測(cè) 量分析將是采集測(cè)試分析的未來(lái)。參考文獻(xiàn)
[1] 王洋. 基于虛擬儀器技術(shù)的輸油泵遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]. 淮海工學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2008, 17(3):18-21.
[2] 周見(jiàn)行, 李存兵, 季行建,等. 基于虛擬儀器技術(shù)輸油泵遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]. 浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 37(4):469-472.
[3] 湯寶平, 李碧蓉, 文代剛,等. 輸油泵機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版, 1999, 18(3):115-120.
[4] 徐聰, 湯寶平, 姚金寶. 輸油泵機(jī)組遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 30(7):30-33.
[5] 梁瑞年, 郭麗芳, 石博強(qiáng),等. 基于虛擬儀器的輸油泵監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)[J]. 微計(jì)算機(jī)信息, 2005, 21(6):119-120.
[6] 田壘, 劉軍輝, 孫向東,等. 狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)在輸油泵機(jī)組中的應(yīng)用[J]. 當(dāng)代化工, 2015(3):567-569.
[7] 王新龍. 輸油泵故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D]. 青島科技大學(xué), 2015.
[8] 祖楠. 離心輸油泵在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)[J]. 油氣田地面工程, 2010, 29(10):66-67.
[9] Mine Pump Comprehensive Performance Testing System Based on LabVIEW 2009 International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation
[10] 季濤. 油泵安全監(jiān)測(cè)與故障診斷的研究[D]. 哈爾濱理工大學(xué), 2013. [11]梁瑞年. 輸油泵安全監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)研究[D]. 北京科技大學(xué), 2005.
[12] Design of the oil pump temperature monitoring system based on Internet of things 2014 IEEE Workshop on Advanced Research and Technology in Industry Applications (WARTIA)
[13] 楊宇，于德介.基于 LabVIEW 虛擬儀器平臺(tái)的測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[J]湖南大學(xué)，2002 [14]湯寶平，秦樹(shù)人，譚善文.虛擬式小波變換信號(hào)分析儀的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J]重慶大學(xué)2000
[15] Virtual Filter Design Based on LabVIEW Development Platform 2016
International Conference on Robots & Intelligent System (ICRIS)
審核意見(jiàn)
指導(dǎo)教師評(píng)閱意見(jiàn)(對(duì)選題情況、研究?jī)?nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評(píng)閱)
此選題具有一定的理論研究意義及工程應(yīng)用價(jià)值，對(duì)于學(xué)生以后工作中的科研能力進(jìn)行鍛煉。閱讀參考文獻(xiàn)較為豐富，研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線清晰明確，開(kāi)題報(bào)告書(shū)寫符合規(guī)范要求。同意開(kāi)題。
簽字：陳建國(guó) 日期：2017-03-10
教研室主任意見(jiàn)
同意
簽字：賈衛(wèi)平 日期：2017-03-14
學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)意見(jiàn)
同意
簽字：賈衛(wèi)平 日期：2017-03-14
公章：機(jī)械工程學(xué)院
基于LabVIEW的輸油泵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究
摘 要
輸油泵機(jī)組在長(zhǎng)距離輸油管道中有著重要作用，實(shí)現(xiàn)輸油泵的在線監(jiān)測(cè)有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以LabVIEW為工具開(kāi)發(fā)在線輸油泵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)輸油泵結(jié)構(gòu)及其工作原理的研究，搭建輸油泵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)輸油泵故障機(jī)理的研究，利用LabVIEW建立軟件系統(tǒng)即時(shí)對(duì)信號(hào)分析處理來(lái)實(shí)現(xiàn)輸油泵在線監(jiān)測(cè)。
本文將在以下幾個(gè)方面對(duì)輸油泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)做出研究：
1、輸油泵結(jié)構(gòu)原理研究 ：通過(guò)對(duì)大型離心式輸油泵的結(jié)構(gòu)，工作原理及相關(guān)性能參數(shù)的分析，分析輸油泵常見(jiàn)故障及產(chǎn)生機(jī)理。
2、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)研究：以系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，搭建輸油泵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，主要為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的選型及對(duì)不同種信號(hào)的采集硬件
3、信號(hào)采集與分析：進(jìn)行信號(hào)采集原件的選型如各種傳感器，并對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析，頻域分析，小波分析。
4、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)研究：軟件結(jié)構(gòu)主要包括數(shù)據(jù)采集模塊，信號(hào)處理模塊，狀態(tài)分析與故障診斷模塊，信息管理模塊，并最終完成軟件程序的實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：輸油泵; LabVIEW ;監(jiān)測(cè)系統(tǒng) ;小波分析
ABSTRACT
The oil pump unit plays an important role in the long distance oil pipeline, and it is of great practical significance to realize the on-line monitoring of the oil pump. This paper uses LabVIEW as a tool to develop an online fuel pump monitoring system. Through the study of the structure and working principle of the oil pump, the hardware structure of the oil pump monitoring system is set up. Through the research on the failure mechanism of the oil pump, the software system is established by LabVIEW to realize the on-line monitoring of the oil pump on the signal analysis and processing.
This article will be in the following aspects of the oil pump condition monitoring system to study:
1. The principle of the structure of the oil pump is analyzed by analyzing the structure, working principle and related performance parameters of the large centrifugal oil pump, and analyzes the common faults and generating mechanism of the oil pump.
2. The hardware structure of the monitoring system is based on the overall structure of the system, and the hardware structure of the oil pump monitoring system is set up, mainly for the selection of the monitoring system and the acquisition of different kinds of signals.
3. Signal acquisition and analysis: the original collection of signal acquisition, such as a variety of sensors, and the acquisition signal for time domain analysis, frequency domain analysis, wavelet analysis.
4. Monitoring system software structure research: The software structure mainly includes the data acquisition module, the signal processing module, the state analysis and the fault diagnosis module, the information management module, and finally completes the realization of the software procedure.
Key words: oil pump; LabVIEW; monitoring system; wavelet analysis
39
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒論 1
1.1 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì) 1
1.2 論文主要研究?jī)?nèi)容 2
2 輸油泵結(jié)構(gòu)原理研究 4
2.1 輸油泵的結(jié)構(gòu) 4
2.2 輸油泵的工作原理 4
2.3 輸油泵的性能參數(shù) 5
2.4 輸油泵的常見(jiàn)故障 5
3 輸油泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)硬件系統(tǒng)的搭建 7
3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7
3.2 輸油泵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7
3.3 硬件系統(tǒng)的選型 9
4 輸油泵信號(hào)分析技術(shù) 10
4.1 時(shí)域分析技術(shù) 10
4.2 頻域分析技術(shù) 10
4.3 小波分析技術(shù) 10
5 運(yùn)用LabVIEW實(shí)現(xiàn)輸油泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)的研發(fā) 13
5.1 軟件設(shè)計(jì)的原則與依據(jù) 13
5.2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
5.3 功能模塊設(shè)計(jì) 15
6 結(jié)論 25
附錄1：外文翻譯 27
附錄2：外文原文 32
致 謝 38
1 緒論
隨著石油化工產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高以及各個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的聯(lián)系越來(lái)越緊密，一旦在長(zhǎng)距離輸油過(guò)程中發(fā)生設(shè)備故障而無(wú)法即時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，就會(huì)嚴(yán)重威脅到石油加工相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因而會(huì)造成極大的損失[1]。而傳統(tǒng)的人工巡檢的監(jiān)測(cè)監(jiān)查方式由于弊端很多，因此需要一種實(shí)時(shí)性，準(zhǔn)確性和高效率的輸油泵監(jiān)測(cè)方式，在這種情況下，基于虛擬儀器的發(fā)展為該問(wèn)題的解決提供了方法。以虛擬儀器開(kāi)發(fā)的輸油泵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)機(jī)械部件外在表現(xiàn)，以信號(hào)方式對(duì)其經(jīng)過(guò)處理分析來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能。所以開(kāi)發(fā)以LabVIEW為平臺(tái)的輸油泵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1.1 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)
國(guó)內(nèi)對(duì)泵的工況監(jiān)測(cè)與故障診斷的研究起步較晚，是從上世紀(jì)80年代開(kāi)始的。但從1985年以后，由于中國(guó)設(shè)備管理協(xié)會(huì)設(shè)備診斷委員會(huì)，中國(guó)振動(dòng)工程學(xué)會(huì)機(jī)械故障診斷分會(huì)和中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)設(shè)備維修分會(huì)等機(jī)構(gòu)的大力推動(dòng)，全國(guó)多次召開(kāi)了全國(guó)性的故障診斷學(xué)術(shù)會(huì)議，極大的推動(dòng)了我國(guó)故障診斷技術(shù)的發(fā)展，使得國(guó)內(nèi)先后產(chǎn)生了許多十分有價(jià)值的研究成果[2]。其中較為突出的是航天航空部于1984年開(kāi)發(fā)成功的基于共振解調(diào)原理的JK8241輸油泵分析儀，此診斷系統(tǒng)成功地做到了對(duì)輸油泵不解體故障診斷。
泵診斷技術(shù)在國(guó)內(nèi)研究方向也主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一、對(duì)設(shè)備狀態(tài)特征信號(hào)的檢測(cè)，二、對(duì)檢測(cè)到的特征信號(hào)進(jìn)行提取，獲取特征值[3]。
國(guó)外在泵故障診斷技術(shù)中發(fā)展的比較早，始于上個(gè)世紀(jì)60年代，距今已有50多年的歷史。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，泵的故障診斷技術(shù)也在日新月異。在歐美日等發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家，泵的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)已經(jīng)形成一種流行，并漸漸商品化和實(shí)用化。下面介紹國(guó)外對(duì)泵故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展研究的概況。
第一階段：利用頻譜分析儀來(lái)診斷泵故障[4]。在這個(gè)階段，對(duì)于泵故障診斷多采用快速傅里葉變換的方法，通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，得出的結(jié)果與實(shí)際相比較來(lái)對(duì)故障進(jìn)行判斷，因此，各種常用的頻譜儀的發(fā)明紛紛問(wèn)世，一時(shí)間通過(guò)頻譜儀檢測(cè)油泵振動(dòng)信號(hào)成為了這一階段的主要研究手段[5]。但這種方法存在著許多的弊端。比如說(shuō)，當(dāng)傳感器采集到振動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)放大傳送給頻譜儀進(jìn)行分析時(shí)，由于實(shí)際信號(hào)中常?；煊性胍簦虼诵盘?hào)特征表現(xiàn)并不明顯，或者在分析中找不到故障信號(hào)，這在對(duì)微小故障引起的振動(dòng)信號(hào)很難預(yù)測(cè)。
第二階段：利用沖擊脈沖技術(shù)診斷泵故障。這個(gè)階段對(duì)于泵故障診斷技術(shù)有了較大的提高和進(jìn)步，主要方法為通過(guò)使用沖擊脈沖計(jì)對(duì)泵軸承表面進(jìn)行沖擊脈沖幅值測(cè)量。經(jīng)瑞典儀器公司多年在泵故障診斷領(lǐng)域的研究發(fā)現(xiàn)，這種測(cè)量方法在對(duì)軸承測(cè)得到的特征值可以很好地評(píng)價(jià)泵軸承損傷程度。相比較使用頻譜分析儀的方法，這種方法不需要進(jìn)行頻譜分析，并且可以有效地檢測(cè)出泵軸承出現(xiàn)的損傷故障，因此，這種技術(shù)一經(jīng)發(fā)明便被歐美日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家所采用[6]。隨著這一項(xiàng)技術(shù)的不斷進(jìn)步和研發(fā)，產(chǎn)品也在不斷更新，如今SPM不僅可以監(jiān)測(cè)軸承損傷故障，也應(yīng)用到對(duì)油膜潤(rùn)滑及厚度的測(cè)量使用中。 SPM技術(shù)至今已有50多年的歷史，但不少企業(yè)工廠對(duì)軸承的檢測(cè)仍然采用這種技術(shù)。
第三階段：利用共振解調(diào)技術(shù)診斷軸承故障。共振解調(diào)技術(shù)出現(xiàn)于1974年，由美國(guó)波音公司的D.R.Harting所發(fā)明。由于共振解調(diào)技術(shù)在對(duì)信號(hào)的分離和提取上的特殊作用，因此，對(duì)于故障信號(hào)的檢測(cè)具有很好的效果。通過(guò)包絡(luò)頻譜分析出的結(jié)果，判斷故障發(fā)生的具體部位，對(duì)泵軸承損傷類故障診斷具有很好的效果，在故障診斷技術(shù)中得到了很好的應(yīng)用。共振解調(diào)技術(shù)與SPM相比，相當(dāng)于在SPM的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，不僅可以檢測(cè)出故障信息，更能具體定位出故障源，對(duì)于泵軸承損傷檢測(cè)屬于精密診斷方法[7]。
第四階段：利用計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)狀態(tài)監(jiān)測(cè)于故障診斷系統(tǒng)[8]。隨著科技的發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的日新月異，20世紀(jì)80年代以后，利用計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)出泵監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)時(shí)的主流方向。比較著名的有德國(guó)Mannheim電子廠于1885年使用的瑞士SULZER泵公司開(kāi)發(fā)的SUDIS系統(tǒng)，應(yīng)用在鍋爐給水泵組的運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)和故障診斷上。其系統(tǒng)包含參數(shù)監(jiān)測(cè)，長(zhǎng)期數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)通訊，故障診斷和維修計(jì)劃等模塊。1992年，自動(dòng)式振動(dòng)咨詢系統(tǒng)EOPLORE-EX誕生，該系統(tǒng)由美國(guó)電力研究所與恩泰克科學(xué)公司，以及美國(guó)以專門從事振動(dòng)咨詢的斯韋公司聯(lián)合推出。該系統(tǒng)采用三級(jí)推理，可診斷泵的內(nèi)部摩擦，不對(duì)中，不平衡和共振等故障[9]。如美國(guó)的本特利·內(nèi)達(dá)華公司開(kāi)發(fā)的工程師幫助軟件，鍋爐泵診斷系統(tǒng)，可以檢測(cè)出給水泵和往復(fù)式泵是否出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)部件松動(dòng)，轉(zhuǎn)子彎曲等現(xiàn)象及泵的摩擦程度，軸裂紋和由油膜導(dǎo)致的泵的故障。
1.2 論文主要研究?jī)?nèi)容
主要研究的領(lǐng)域是測(cè)控系統(tǒng)，工業(yè)檢測(cè)，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)分析，儀器儀表等各個(gè)領(lǐng)域。主要研究?jī)?nèi)容為以下幾項(xiàng)：
1、輸油泵結(jié)構(gòu)原理研究：
輸油泵結(jié)構(gòu)：主要由偏心輪、主泵、手泵、進(jìn)出油閥、油管、油箱等組成[10]。
輸油泵工作原理：在噴油泵凸輪軸上的偏心輪通過(guò)滾動(dòng)輪和頂桿，向下壓活塞，這樣使吸入止回閥和增壓閥開(kāi)啟，同時(shí)活塞彈簧被壓縮[11]。當(dāng)偏心輪轉(zhuǎn)過(guò)滾輪后，彈簧的彈力使活塞上行，此時(shí)，止回閥和開(kāi)啟，而另外兩個(gè)關(guān)閉。凸輪軸每轉(zhuǎn)一周，輸油泵輸油兩次。如果排出管路上油壓增高大于彈簧彈力時(shí)，則活塞便停留在輸油泵下部，待油壓降低后，繼續(xù)供油。
輸油泵常見(jiàn)故障：磨損、疲勞、斷裂、腐蝕 [12]。
2、輸油泵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究：輸油泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中最重要的是信號(hào)的采集和信號(hào)的分析處理[13]。信號(hào)采集主要是對(duì)于輸油泵關(guān)鍵部位的溫度信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)及位移信號(hào)的采集。信號(hào)的分析處理主要經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)和一些相關(guān)信號(hào)處理硬件和軟件實(shí)現(xiàn)[14]。
3 、LabVIEW
LabVIEW是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，由美國(guó)家儀器(NI)公司研制開(kāi)發(fā)的，類似于C和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境[15]，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是:其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框 圖 的 形 式?與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫(kù)[16]?LabVIEW的函數(shù)庫(kù)包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等等?
LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫(huà)顯示數(shù)據(jù)及其子程序(子VI)的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試[17]?
LabVIEW提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器 (如示波器、萬(wàn)用表)類似的控件，可用來(lái)方便地創(chuàng)建用戶界面[18]?用戶界面在LabVIEW中被稱為前面板?使用圖標(biāo)和連線，可以通過(guò)編程對(duì)前面板上的對(duì)象進(jìn)行控制[19]。它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。
4、輸油泵在LabVIEW平臺(tái)下的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究
以LabVIEW為平臺(tái)開(kāi)發(fā)輸油泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在輸油泵軸承，定子等關(guān)鍵部位安裝傳感器裝置，信號(hào)采集使用傳感器采集溫度信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的信號(hào)傳輸輸送至信號(hào)處理裝置[20]。經(jīng)過(guò)處理分析的信號(hào)可以進(jìn)行狀態(tài)分析與故障診斷，再進(jìn)行信息的顯示和管理。
2 輸油泵結(jié)構(gòu)原理研究
2.1 輸油泵的結(jié)構(gòu)
離心式油泵有單級(jí)單吸懸臂式結(jié)構(gòu)，有單級(jí)雙吸懸臂式結(jié)構(gòu)，有兩級(jí)單吸兩端支承式結(jié)構(gòu)，有兩級(jí)雙吸的兩端支承式結(jié)構(gòu)，還有多級(jí)分段式等多種結(jié)構(gòu)形式。輸油泵實(shí)體如圖2.1。
圖2.1 離心式輸油泵
離心式輸油泵一般有以下的一些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
泵體一般采用中心支撐的方式以減少溫度可能造成的影響。高溫可能造成熱膨脹，進(jìn)而造成泵軸的移位而影響泵的正常運(yùn)行，所以有時(shí)需要輸送一些高溫油類時(shí)，需要在泵底安裝定位滑道以保障泵的正常運(yùn)行。
填料箱、軸承、支座都需要使用冷卻機(jī)構(gòu)。
油類易燃，必須使用防暴電機(jī)，這樣可以十分有效地避免產(chǎn)生火災(zāi)或爆炸。
2.2 輸油泵的工作原理
輸油泵工作原理：油泵啟動(dòng)前先在泵殼內(nèi)灌滿油（或泵殼內(nèi)自身存有油）。啟動(dòng)后葉輪高速旋轉(zhuǎn)使葉輪槽道中的油流向渦殼，這時(shí)入口形成真空，使進(jìn)油逆止門打開(kāi)，吸入管內(nèi)的空氣進(jìn)入泵內(nèi)，并經(jīng)葉輪槽道到達(dá)外緣。另一方面，被葉輪排到氣油分離室中的油又經(jīng)左右回油孔流回到葉輪外緣。左回油孔流回的油在在壓力差和重力的作用下，射向葉輪槽道內(nèi)，并被葉輪擊碎，與吸入管路來(lái)的空氣混合后，甩向蝸殼，向旋轉(zhuǎn)方向流動(dòng)。然后與右回油孔流來(lái)的油匯合，順著蝸殼流動(dòng)。由于液體在蝸殼內(nèi)不斷沖擊葉柵，不斷被葉輪擊碎，就同空氣強(qiáng)烈攪拌混合，生成氣油混合物，并不斷地流動(dòng)致使氣油不能分離?；旌衔镌谖仛こ隹诒粍冸x，沿短管進(jìn)入分離室。在分離室內(nèi)空氣被分離出來(lái)，由出口管排掉，而油仍經(jīng)左右回油孔流向葉輪外緣，并與吸入管空氣相混合。如此反復(fù)循環(huán)，逐漸將吸入管路中的空氣排盡，使油進(jìn)入泵內(nèi)，完成自吸過(guò)程。
2.3 輸油泵的性能參數(shù)
1、流量：指輸油泵在單位時(shí)間內(nèi)輸送的油量?常用單位有L/S?
2、揚(yáng)程：又稱壓頭，是單位質(zhì)量流體經(jīng)過(guò)油泵后其能量的增加值?從離心式輸油泵的外在表現(xiàn)來(lái)理解，泵的揚(yáng)程是油的重力勢(shì)能的提高、油壓的提高以及在輸送油的過(guò)程中克服管路阻力做工之和?常用單位有MH20柱、MM汞柱等?也有時(shí)將離心式輸油泵揚(yáng)程表示為泵出口的壓力值，常用單位是KPA，MPA。
3、軸功率：泵的輸入功率，油泵從電動(dòng)機(jī)處獲得的功率?常用單位為KW?
4、有效功率：泵的輸出功率，即單位時(shí)間內(nèi)離心泵中流過(guò)的油在該段時(shí)間內(nèi)獲得的能量?
5、效率：泵的有效功率與軸功率的比值，它表示的是泵對(duì)電動(dòng)機(jī)所給予的能量的利用率?小型油泵的效率一般為50%~70%，大型油泵可達(dá)90%?
2.4 輸油泵的常見(jiàn)故障
輸油泵的常見(jiàn)故障來(lái)源一般在一些敏感部件，比如軸承。軸承的損壞或者失效會(huì)直接造成輸油泵的故障。常見(jiàn)的輸油泵軸承有滑動(dòng)軸承和止推軸承。
輸油泵軸承的常見(jiàn)故障主要有磨損、疲勞、斷裂、腐蝕、膠合，造成各種故障的原因不盡相同。
1、磨損
軸承的封裝并不是絕對(duì)的嚴(yán)密，會(huì)有很多縫隙，一些沙礫、污垢等異物經(jīng)縫隙進(jìn)入，便會(huì)造成保持架、軸承滾道、滾動(dòng)體等在表面發(fā)生磨損。如圖2.2。
圖2.2 軸承磨損
2、疲勞
軸承表面由于長(zhǎng)期摩擦產(chǎn)生凹坑，直至產(chǎn)生大片的缺陷，最終造成滾道及滾動(dòng)體產(chǎn)生發(fā)生損傷。疲勞的產(chǎn)生有很多原因，其中比較常見(jiàn)的兩種原因是工作應(yīng)力作用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)和封裝過(guò)于粗糙。如圖2.3。
圖2.3 軸承疲勞
3、斷裂
斷裂主要指的是軸承套破裂。原因可能是鍛造缺陷，或者熱處理不當(dāng)或者一些其他原因。斷裂軸承如圖2.4。
圖2.4 軸承斷裂
4、腐蝕
潤(rùn)滑油在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生氧化進(jìn)而產(chǎn)生一些酸性物質(zhì)，這些酸性物質(zhì)會(huì)造成軸承的腐蝕。還有一些腐蝕方式會(huì)有些特殊，如：氧氣會(huì)對(duì)錫銻合金材料的軸承造成腐蝕、硫會(huì)對(duì)含銀和銅的軸瓦材料造成腐蝕、油會(huì)對(duì)銅鉛合金造成腐蝕等。如圖2.5。
圖2.5 軸承腐蝕
3 輸油泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)硬件系統(tǒng)的搭建
3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
無(wú)論在哪種虛擬測(cè)試系統(tǒng)，都是將硬件設(shè)備搭載到PC端平臺(tái)，加上應(yīng)用軟件而構(gòu)成的。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也是由這個(gè)基本機(jī)構(gòu)組成：由傳感器從輸油泵采集基本信號(hào)，然后由傳感器傳至信號(hào)調(diào)理裝置。然后信號(hào)經(jīng)過(guò)硬件設(shè)備，再由PC端進(jìn)入應(yīng)用軟件進(jìn)行信號(hào)分析處理。如圖3.1。
信號(hào)調(diào)理裝置
輸油泵機(jī)組
傳感器
數(shù)據(jù)采集卡
PC
LabVIEW虛擬儀器平臺(tái)
圖3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
3.2 輸油泵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
搭建輸油泵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)首先要考慮監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正確性，準(zhǔn)確性和可靠性，并在此基礎(chǔ)上盡量讓成本降低。
一般來(lái)說(shuō)，旋轉(zhuǎn)類機(jī)械的軸承座的振動(dòng)信號(hào)是對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷最普遍使用的特征值。采集該信號(hào)最常用的是壓電晶體加速度傳感器。該傳感器主要組成部件有壓電晶體，彈簧和重物。壓電晶體加速度傳感器的使用原理是傳感器接收到振動(dòng)信號(hào)后，壓電晶體在受到振動(dòng)的重物作用下產(chǎn)生電荷，且其產(chǎn)生的電荷量與振動(dòng)加速度成正比。在本系統(tǒng)中，可以將壓電晶體加速度傳感器用螺栓安裝在軸承座上使用。壓電晶體實(shí)物圖如圖3.2。
圖3.2 壓電晶體加速度傳感器
在輸油泵故障診斷中軸心軌跡是一個(gè)重要的考量指標(biāo)。而轉(zhuǎn)軸的軸心軌跡可以通過(guò)轉(zhuǎn)軸徑向振動(dòng)的交流分量來(lái)確定。因?yàn)檗D(zhuǎn)軸工作時(shí)是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的，所以對(duì)轉(zhuǎn)軸徑向振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量無(wú)法使用接觸測(cè)量的方式，由此我們可以選用電渦流傳感器，同樣對(duì)軸向位移信號(hào)的采集同樣使用電渦流傳感器。電渦流傳感器的工作原理是利用電渦流效應(yīng)，由磁場(chǎng)和電流的相互作用反映振動(dòng)變化。本系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)采集，可以用電渦流探頭與轉(zhuǎn)軸軸線垂直安裝，本系統(tǒng)中轉(zhuǎn)軸軸向位移信號(hào)采集時(shí)，將一個(gè)厚0.5MM，寬10MM的金屬片安裝于軸端面，這樣采集到的軸向位移信號(hào)是方波，而方波的谷底恰好反映轉(zhuǎn)軸的實(shí)際軸向位移。電渦流傳感器實(shí)物圖如圖3.3。
圖3.3 電渦流傳感器
輸油泵機(jī)組設(shè)備狀態(tài)的另一個(gè)重要參數(shù)是軸承的溫度。軸承溫度信號(hào)采集常用熱電阻傳感器，常用的熱電阻是Pt100，即0度時(shí)阻值為100歐姆的鉑電阻。熱電阻傳感器的工作原理是基于電阻的熱效應(yīng)，即不同溫度下電阻阻值的變化來(lái)改變電流從而測(cè)量溫度變化。熱電阻封裝有不銹鋼圓套筒形式和有機(jī)薄膜形式。這里選擇不銹鋼封裝形式的，在軸承座上打孔安裝。對(duì)于熱電阻信號(hào)傳輸模塊的選擇，可以選擇美國(guó)NI公司生產(chǎn)的NI-USB 9201，USB模塊支持熱插拔，易于系統(tǒng)的搭建和使用。熱電阻的實(shí)物圖見(jiàn)圖3.4。
圖3.4 Pt100熱電阻
3.3 硬件系統(tǒng)的選型
輸油泵檢測(cè)系統(tǒng)共需要采集四個(gè)振動(dòng)信號(hào)，四個(gè)溫度信號(hào)和一個(gè)軸向位移信號(hào)。本文采用下列設(shè)備建立系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，如圖3.5。
ADAM熱電阻模塊
輸油泵機(jī)組
熱電阻
前置器
電渦流
傳感器
電荷放大器
壓電晶體
傳感器
數(shù)據(jù)采集卡
工業(yè)控制計(jì)算機(jī)
圖3.5 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖
在輸油泵相對(duì)應(yīng)位置安裝熱電阻傳感器，電渦流傳感器和壓電晶體傳感器，各傳感器采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的處理，傳導(dǎo)至數(shù)據(jù)采集卡。
至此，硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)搭建完成。
4 輸油泵信號(hào)分析技術(shù)
4.1 時(shí)域分析技術(shù)
時(shí)域分析
均值：描述信號(hào)的平均變化情況，代表信號(hào)的直流分量。
方差：描述信號(hào)相對(duì)于均值的波動(dòng)情況，反映信號(hào)的動(dòng)態(tài)分量。
波形指標(biāo)K＝有效值/絕對(duì)平均幅值。
峰值指標(biāo)C＝峰值/有效值。
脈沖指標(biāo)I＝峰值/絕對(duì)平均幅度。
裕度指標(biāo)L＝峰值/方根幅值。
時(shí)域分析可以對(duì)輸油泵機(jī)組進(jìn)行總體的定量分析，但無(wú)法做出準(zhǔn)確的定性分析，所以時(shí)域分析一般只用來(lái)作故障初步診斷的方法。
4.2 頻域分析技術(shù)
輸油泵機(jī)組是旋轉(zhuǎn)類機(jī)械的一種，輸油泵機(jī)組的頻率特征對(duì)與輸油泵機(jī)組故障分析具有十分重要的意義。
頻譜分析是將動(dòng)態(tài)信號(hào)在頻域內(nèi)進(jìn)行分析，分析的結(jié)果是以頻率為橫坐標(biāo)，以加速度或者振幅或者功率為縱坐標(biāo)的頻譜圖。頻譜分析是以傅里葉級(jí)數(shù)和傅里葉積分為基礎(chǔ)的。
周期信號(hào)的功率譜為其雙邊幅值頻譜的平方；非周期信號(hào)的功率譜為其幅值譜密度的平方。隨機(jī)信號(hào)屬于時(shí)域無(wú)限信號(hào)，其頻率和幅值為隨機(jī)變量。因而采用具有統(tǒng)計(jì)特性的功率譜估計(jì)進(jìn)行分析。
隨機(jī)信號(hào)的功率譜密度與自相關(guān)函數(shù)為傅立葉變換偶對(duì)，為了方便，也可用在非負(fù)頻率范圍內(nèi)定義的單邊功率譜密度代替雙邊功率譜密度。
4.3 小波分析技術(shù)
小波變換的概念最早是在1974年，由法國(guó)工程師J.Morlet在提出的，但是當(dāng)時(shí)因?yàn)樵跀?shù)學(xué)上未被證實(shí)，所以不為人們所接收。歷史上有很多這種由于思維太過(guò)先進(jìn)超出當(dāng)時(shí)人們認(rèn)知油平的創(chuàng)新思想無(wú)法被盡快接受的例子。后來(lái)隨著越來(lái)越多的理論基礎(chǔ)的出現(xiàn)，小波分析逐漸進(jìn)入人們視線并開(kāi)始蓬勃發(fā)展。
小波變換與傳統(tǒng)的傅立葉變換不同，它是一個(gè)時(shí)間和頻率的局域變換，它可以通過(guò)對(duì)信號(hào)的分解來(lái)精確提取所需信號(hào)，進(jìn)而解決了之前單純依靠傅立葉變換無(wú)法解決的許多問(wèn)題。小波分析的應(yīng)用與理論相結(jié)合，對(duì)現(xiàn)今的信號(hào)處理起到了非常重要的作用。尤其在工業(yè)實(shí)踐中，許多的信號(hào)都很隨機(jī)很不穩(wěn)定，依靠傳統(tǒng)傅立葉變換就無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確有效地進(jìn)行信號(hào)分析，此時(shí)小波分析就呈現(xiàn)了它作為信號(hào)分析工具的優(yōu)勢(shì)。
小波變換與傳統(tǒng)的傅里葉變換和短時(shí)傅里葉的相同之處在于它們進(jìn)行信號(hào)的數(shù)學(xué)變換時(shí)采用的是相同的數(shù)學(xué)工具，不同之處在于基本函數(shù)的結(jié)構(gòu)不同。傅立葉變換分解信號(hào)方式?jīng)Q定了傅立葉變換中無(wú)法體現(xiàn)頻率隨時(shí)間的變化特性，而短時(shí)傅立葉變換在解決傅立葉變換的缺陷的同時(shí)，又造成了分辨率的無(wú)法“隨機(jī)應(yīng)變”。然而相對(duì)一個(gè)實(shí)際信號(hào)而言，低頻信號(hào)總是有比較長(zhǎng)的周期，相對(duì)的高頻信號(hào)周期則較短。小波變換的基本小波函數(shù)為
（4.1）
相應(yīng)的積分小波變換為
（4.2）
盡管小波分析有許多優(yōu)點(diǎn)，但是它的數(shù)學(xué)實(shí)現(xiàn)不能直接做到。首先是基本小波的選擇問(wèn)題。小波變換可以有無(wú)限的基本小波可以選擇，但是只有能用得到的小波系數(shù)恢復(fù)原始信號(hào)時(shí)，才是有價(jià)值的小波。為了重建原來(lái)的信號(hào)，基本小波的選擇不能是任意的，正是因此選擇合適的基本小波就是小波變換最大的問(wèn)題。其次過(guò)多的待分析級(jí)數(shù)會(huì)造成計(jì)算困難。于是Mallat提出了多分辨率信號(hào)分解的理論與算法。它不直接計(jì)算積分表達(dá)式，而是將信號(hào)進(jìn)行逐級(jí)分解。分解過(guò)程如圖4.1。
圖4.1 小波分解樹(shù)狀圖
圖4.1中，S即為原始信號(hào)，S經(jīng)過(guò)分解得到低頻信號(hào)和高頻信號(hào)，再由低頻信號(hào)分解出更低頻信號(hào)和次高頻信號(hào)，再由新得到的低頻信號(hào)再分解，依此繼續(xù)。
信號(hào)可以被分解，同樣也可以被合成，由分解信號(hào)合成原信號(hào)的過(guò)程稱為小波重構(gòu)，數(shù)學(xué)上表現(xiàn)為小波的逆變換。
NI公司提供的在LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)小波變換的工具是外掛的LabVIEW Advanced Signal Processing Toolkit商品軟件。Advanced Signal Processing Toolkit安裝后，在LabVIEW函數(shù)選板的“附加工具包”子選板中增加一個(gè)Wavelet Analysis子選板，其中包含Continuous Wavelet(連續(xù)小波)、DiscreteWavelet（離散小波）、Packet Wavelet（小波包）、Feature Extraction（特性提取）和Utilities（實(shí)用）等幾個(gè)用于小波分析的子選板。
小波去噪
噪聲干擾對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)很難被避免，噪聲對(duì)系統(tǒng)性能和信號(hào)分析都會(huì)帶來(lái)極大的負(fù)面影響。雖然LabVIEW自帶濾波功能，但是經(jīng)典濾波方法的準(zhǔn)確性并不十分好，就是說(shuō)采用經(jīng)典的濾波方法很有可能會(huì)削減正常信號(hào)。于是我們?cè)谛盘?hào)降噪中引進(jìn)了小波變換，于是小波濾波和小波包濾波技術(shù)誕生了。
我們可以采用Mallat提出的信號(hào)多分辨率分解與重構(gòu)算法，將原始信號(hào)進(jìn)行多級(jí)分解，不斷的對(duì)分解后的低頻信號(hào)進(jìn)行分解，當(dāng)分解的層級(jí)足夠多的時(shí)候，去除噪聲成分所占頻帶，然后將信號(hào)進(jìn)行信號(hào)重構(gòu)，這樣就在不影響所需信號(hào)的情況下完美達(dá)到降噪的目的。這樣的降噪方式可以極大提高降噪精度，極大減小噪聲干擾的影響，對(duì)信號(hào)分析具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。
5 運(yùn)用LabVIEW實(shí)現(xiàn)輸油泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)的研發(fā)
5.1 軟件設(shè)計(jì)的原則與依據(jù)
軟件是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。軟件是硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特定功能的必要基礎(chǔ)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功與否取決于軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
1、正確性
正確性是軟件設(shè)計(jì)最基本的要求，設(shè)計(jì)出的軟件要按照設(shè)計(jì)者的
意圖去實(shí)現(xiàn)既定的功能。
2、穩(wěn)定性
輸油油泵安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要在一段時(shí)間內(nèi)不間斷對(duì)油泵狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)并分析，因此，較高的穩(wěn)定性可以保證系統(tǒng)的正常使用。
3、可維護(hù)性好實(shí)際工況復(fù)雜且多樣，因此系統(tǒng)的軟件也要進(jìn)行完善和升級(jí)，以滿足測(cè)量要求的目的。
4、開(kāi)發(fā)難度低
實(shí)驗(yàn)成本要低且功能完善，盡量降低開(kāi)發(fā)成本是開(kāi)發(fā)人員能力的硬性要求。
5.2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軟件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖5.1
頻譜分析
信號(hào)處理
信號(hào)采集
信息顯示
小波分析
時(shí)域分析
圖5.1 軟件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
軟件系統(tǒng)前面板如圖5.2。
圖5.2 輸油泵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前面板
輸油泵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)程序框圖如圖5.3。
圖5.3 輸油泵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)程序框圖
功能模塊：主要的功能模塊有信號(hào)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置，信號(hào)采集模塊，信號(hào)顯示模塊和信號(hào)處理模塊。信號(hào)測(cè)點(diǎn)設(shè)置主要實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)測(cè)點(diǎn)的配置方案，信號(hào)采集模塊主要完成信號(hào)的模擬輸入，信號(hào)顯示模塊則是以波形圖或者波形圖表的方式進(jìn)行信號(hào)的顯示，以完成后期的信號(hào)時(shí)域分析，信號(hào)處理模塊主要完成信號(hào)的頻域分析和小波分析。
5.3 功能模塊設(shè)計(jì)
1、信號(hào)測(cè)點(diǎn)設(shè)置
信號(hào)測(cè)點(diǎn)設(shè)置要完成信號(hào)測(cè)點(diǎn)的安排。本系統(tǒng)中將在油泵兩軸承和電機(jī)兩軸承安裝壓電晶體傳感器和溫度傳感器，在輸油泵軸安裝電渦流傳感器檢測(cè)位移信號(hào)。信號(hào)測(cè)點(diǎn)模擬見(jiàn)圖5.4。
圖5.4 信號(hào)測(cè)點(diǎn)分布
由圖5.4可以直觀地看出，在輸油泵每一側(cè)的軸承分別安裝有一個(gè)溫度傳感器和一個(gè)位移傳感器，電機(jī)的每一側(cè)軸承也安裝有一個(gè)溫度傳感器和一個(gè)位移傳感器。在油泵軸上，安裝有一個(gè)位移傳感器用來(lái)監(jiān)測(cè)油泵軸的位移量，而電機(jī)轉(zhuǎn)子上安裝溫度傳感器用來(lái)監(jiān)測(cè)電機(jī)溫度變化。
2、信號(hào)采集
采用USB總線設(shè)備的數(shù)據(jù)采集模塊。
由傳感器采集的是模擬信號(hào)，需要經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，再將數(shù)字信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)。本文中信號(hào)的采集采用模擬輸入的方式，模擬信號(hào)由DAQ采集助手采集。本文中采集卡為NI USB-9201模擬信號(hào)輸入，一共有八個(gè)通道，采樣率設(shè)置為2kHz，采樣長(zhǎng)度為1k。振動(dòng)信號(hào)和溫度信號(hào)分別用兩個(gè)采集助手。因?yàn)榘藗€(gè)通道并不全部需要，所以刪除沒(méi)有使用到的通道。
選用的DAQ采集助手有兩個(gè)，一個(gè)用于采集振動(dòng)和位移信號(hào)，另一個(gè)用于采集溫度信號(hào)。DAQ采集助手如圖5.5所示。
圖5.5 DAQ采集助手
DAQ采集助手的參數(shù)設(shè)置見(jiàn)圖5.6。
圖5.6 DAQ采集助手參數(shù)設(shè)置
在此界面里的通道設(shè)置里刪除不需要的通道，采樣模式設(shè)為連續(xù)采樣，待讀取采樣設(shè)置2k，采樣率設(shè)置為2kHz。
信號(hào)采集模塊還需要一個(gè)采集起始和結(jié)束的按鈕。采集起始按鈕是以DAQ采集助手為內(nèi)容的一個(gè)條件結(jié)構(gòu)，外加一個(gè)按鈕控件。采集起始按鈕和程序結(jié)束按鈕前面板見(jiàn)圖5.7。
圖5.7 信號(hào)采集起始和結(jié)束的按鈕前面板
此模塊功能為單擊采集按鈕時(shí)，兩個(gè)DAQ采集助手分別開(kāi)始模擬采集振動(dòng)位移信號(hào)和溫度信號(hào)，再次單擊采集按鈕則采集暫停。另一個(gè)退出按鈕則控制整個(gè)程序的起停，程序運(yùn)行之后，單擊退出按鈕則程序退出。
信號(hào)采集按鈕的程序框圖見(jiàn)圖5.8。
圖5.8 信號(hào)采集起始和結(jié)束的按鈕的程序框圖
將兩個(gè)采集助手放入一個(gè)條件結(jié)構(gòu)循環(huán)，由條件結(jié)構(gòu)引出一個(gè)控制按鈕控件，控制按鈕標(biāo)簽設(shè)置為“采集”。
信號(hào)采集模塊至此搭建完成。
3、采集信號(hào)顯示
信息顯示包括三部分，振動(dòng)信號(hào)的波形圖，位移信號(hào)的波形圖表和溫度信號(hào)的波形圖表。
振動(dòng)信號(hào)的波形圖前面板見(jiàn)圖5.9。
圖5.9 振動(dòng)信號(hào)的波形圖
由DAQ采集助手采集的振動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)波形圖顯示控件實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的波形圖顯示。振動(dòng)信號(hào)波形圖輸出的程序框圖見(jiàn)圖5.10。
圖5.10 振動(dòng)信號(hào)波形圖程序框圖
位移信號(hào)波形圖表前面板為圖5.11。
圖5.11 位移信號(hào)波形圖表前面板
位移信號(hào)的顯示類似于振動(dòng)信號(hào)的顯示，但是位移信號(hào)采用波形圖表的方式顯示出來(lái)。對(duì)于實(shí)際分析來(lái)說(shuō)，波形圖接收的是一個(gè)數(shù)組，是同時(shí)將要顯示的點(diǎn)顯示出來(lái)，而波形圖表接收的是一個(gè)數(shù)值，它在具有波形圖功能的同時(shí)，還可以進(jìn)行逐點(diǎn)的顯示分析，具有緩存歷史數(shù)據(jù)的功能，波形圖表更適合實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。
位移信號(hào)波形圖表程序框圖為圖5.12。
圖5.12 位移信號(hào)波形圖表程序框圖
位移信號(hào)的采集后的顯示程序和振動(dòng)信號(hào)的過(guò)程大體一致。
溫度信號(hào)波形圖表前面板如圖5.13。
圖5.13 溫度信號(hào)波形圖表前面板
因?yàn)椴杉盘?hào)中所采集的均是采集助手空采的正弦信號(hào)，在系統(tǒng)正常運(yùn)行下溫度信號(hào)顯示的均為正弦波形。
溫度信號(hào)波形圖表程序框圖如圖5.14。
圖5.14 溫度信號(hào)波形圖表程序框圖
4、信號(hào)處理
信號(hào)處理模塊包括通道選擇、信號(hào)處理選擇和頻譜分析、小波分析。
通道選擇功能可以選擇對(duì)哪一個(gè)軸承進(jìn)行觀察分析，信號(hào)處理選擇可以選擇對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析或者小波分析。在小波分析里，依然包括功能選擇和小波分析圖。小波里的功能選擇包括觀察細(xì)節(jié)和重構(gòu)信號(hào)，分解層數(shù)，濾除成分和基本小波的選擇。通過(guò)觀察細(xì)節(jié)和重構(gòu)信號(hào)可以弄清低頻信號(hào)和高頻信號(hào)，分解層數(shù)決定信號(hào)分解的級(jí)數(shù)，并且可以了解分解后的信號(hào)特征和重構(gòu)信號(hào)特征，通過(guò)濾除成分可以清晰了解濾除的高頻新號(hào)特征?；拘〔ǖ倪x擇可以直觀觀察到各級(jí)母小波的信號(hào)特征。
通道選擇前面板形式見(jiàn)圖5.15。
圖5.15 通道選擇前面板
在圖5.15所示的通道選擇面板中，可以通過(guò)單擊選擇的方式來(lái)選擇要觀察分析的軸承振動(dòng)信號(hào)。
信號(hào)處理選擇前面板見(jiàn)圖5.16。
圖5.16 信號(hào)處理選擇前面板
在該面板中，可以通過(guò)單擊選擇的方式來(lái)選擇分析項(xiàng)目，分析項(xiàng)目分為小波變換分析和頻譜分析。
頻譜分析前面板見(jiàn)圖5.17。
圖5.17 頻譜分析前面板
該頻譜分析前面板顯示的是橫坐標(biāo)為頻率，縱坐標(biāo)為能量（振幅）的頻譜圖。
頻譜分析程序框圖見(jiàn)圖5.18。
圖5.18 頻譜分析程序框圖
頻譜分析子程序框圖見(jiàn)圖5.19。
圖5.19 頻譜分析子程序框圖
小波分析的功能前面板見(jiàn)圖5.20。
圖5.20 小波分析功能面板
該面板體現(xiàn)了小波分析的結(jié)構(gòu)層次。功能選擇中可以運(yùn)用單擊選擇的方式選擇觀察細(xì)節(jié)操作或者重構(gòu)信號(hào)操作，分解層數(shù)面板可以選擇需要觀察分析的小波分解不同層級(jí)信號(hào)特征，本文中設(shè)置最高分解層數(shù)為5層。濾除成分面板中，可以選擇重構(gòu)信號(hào)中不同層級(jí)濾除的成分。基本小波面板可以選擇不同的基本小波。
小波分析中基本小波顯示前面板見(jiàn)圖5.21。
圖5.21 基本小波
小波分析前面板見(jiàn)圖5.22。
圖5.22 小波分析前面板
在圖5.22中現(xiàn)實(shí)的波形中，紅色的即為高頻信號(hào)，白色的為低頻信號(hào)。
小波去噪的程序框圖如圖5.23。
圖5.23 小波去噪程序框圖
小波分析的程序框圖如圖5.24。
圖5.24 小波分析的程序框圖
在程序模擬中，以信號(hào)測(cè)點(diǎn)模擬和DAQ信號(hào)采集模擬實(shí)際的輸油泵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)，在模擬硬件和軟件結(jié)合的情況下，完成系統(tǒng)的總體搭建。
6 結(jié)論
對(duì)輸油泵機(jī)組的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，了解和掌握設(shè)備在使用過(guò)程中的工作狀態(tài)，盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障及其產(chǎn)生原因并能預(yù)報(bào)故障發(fā)展趨勢(shì)極其有利于有效地管理和使用這些生產(chǎn)設(shè)備。基于LabVIEW平臺(tái)的輸油泵檢測(cè)系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的方式，運(yùn)用多種分析方法，可以及時(shí)且準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)輸油泵機(jī)組地故障，并找出故障電，診斷故障原因，并提出診斷方案。
該系統(tǒng)較為完美地解決了人工巡檢的種種弊端，又較為高效地實(shí)現(xiàn)了輸油泵的在線監(jiān)測(cè)功能。它是計(jì)算機(jī)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的一次完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了低成本和高性能的恰當(dāng)?shù)娜诤?。該系統(tǒng)優(yōu)越性顯而易見(jiàn)，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程也對(duì)我們今后發(fā)展提供了新鮮而又強(qiáng)大的動(dòng)力。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 王洋. 基于虛擬儀器技術(shù)的輸油泵遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]. 淮海工學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2008, 17(3):18-21.
[2] 周見(jiàn)行, 李存兵, 季行建,等. 基于虛擬儀器技術(shù)輸油泵遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]. 浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 37(4):469-472.
[3] 湯寶平, 李碧蓉, 文代剛,等. 輸油泵機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版, 1999, 18(3):115-120.
[4] 徐聰, 湯寶平, 姚金寶. 輸油泵機(jī)組遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 30(7):30-33.
[5] 梁瑞年, 郭麗芳, 石博強(qiáng),等. 基于虛擬儀器的輸油泵監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)[J]. 微計(jì)算機(jī)信息, 2005, 21(6):119-120.
[6] 田壘, 劉軍輝, 孫向東,等. 狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)在輸油泵機(jī)組中的應(yīng)用[J]. 當(dāng)代化工, 2015(3):567-569.
[7] 王新龍. 輸油泵故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D]. 青島科技大學(xué), 2015.
[8] 祖楠. 離心輸油泵在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)[J]. 油氣田地面工程, 2010, 29(10):66-67.
[9] Jun Su,Xiao Jing Li.Development and Application of Virtual Instrumetation Platform Based on Labview[J].Advanced Materials Research,2012,1823(529).
[10] 季濤. 油泵安全監(jiān)測(cè)與故障診斷的研究[D]. 哈爾濱理工大學(xué), 2013.
[11] 梁瑞年. 輸油泵安全監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)研究[D]. 北京科技大學(xué), 2005.
[12] Krzysztof J. Kaliński,Cezary Buchholz.HILS for the Design of Three-Wheeled Mobile Platform Motion Surveillance System with a Use of Energy Performance Index[J].Solid State Phenomena,2013,2287(198).
[13] 楊宇，于德介.基于LabVIEW虛擬儀器平臺(tái)的測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[J]湖南大學(xué)，2002.
[14] 湯寶平，秦樹(shù)人，譚善文.虛擬式小波變換信號(hào)分析儀的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J]重慶大學(xué) 2000.
[15] Shi Feng Yang,Ya Juan Liu. Research of the Harmful Gas Detection and Control System in Dairy[J]. Applied Mechanics and Materials,2013,2560(347).
[16] 蔣先堯,王維斌,余東亮,林嵩. 輸油泵機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J]， 機(jī)電信息， 2011(27)
[17] 董澤亮. 淺談狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)在直升機(jī)旋翼中的應(yīng)用[J]，科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì). 2010(01).
[18] 孫偉,張軍博,謝孝宏.大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)[J]. 油氣儲(chǔ)運(yùn), 2008(03).
[19] 王本漢,李保國(guó).輸油泵機(jī)組故障診斷專家系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J]. 油氣儲(chǔ)運(yùn), 2003(10).
[20] 叢萬(wàn)生,張鵬飛,林智敏,于興軍.鉆機(jī)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)研究[J],石油機(jī)械,2012(09).
附錄1：外文翻譯
基于虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，測(cè)量和
太陽(yáng)能光伏組件監(jiān)控平臺(tái)
摘要
該工作使用LabVIEW實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏組件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。 已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一個(gè)圖形程序來(lái)獲得太陽(yáng)能光伏組件的效率和填充因子。 一個(gè)前面板設(shè)計(jì)，顯示所有采集的數(shù)據(jù)，如:電壓,電流，太陽(yáng)輻射，環(huán)境溫度 溫度，濕度，電流與電壓和功率對(duì)電壓圖，這使得它非常有用對(duì)于了解太陽(yáng)能光伏組件的性能。數(shù)據(jù)采集和對(duì)不同等級(jí)的太陽(yáng)能電池板進(jìn)行監(jiān)控。該工具是實(shí)驗(yàn)室在不同太陽(yáng)能光伏組件實(shí)驗(yàn)室中獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的有效平臺(tái)。
關(guān)鍵詞：光伏 儀器 LabVIEW軟件 特點(diǎn) 傳感器
1 引言
太陽(yáng)能可以是主要的電力來(lái)源，可以被光伏系統(tǒng)所利用。這顯示著它貢獻(xiàn)了可持續(xù)能源供應(yīng)。 由于這些優(yōu)點(diǎn)，太陽(yáng)能已經(jīng)成為一種有吸引力的新興技術(shù)，維護(hù)方便，降低太陽(yáng)能電池板成本，安裝簡(jiǎn)單，太陽(yáng)能已經(jīng)成為一種有吸引力的新興技術(shù)。 有幾種監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的方法前正在用于獲取和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),也用于災(zāi)害管理系統(tǒng)。工作提供實(shí)驗(yàn)測(cè)試設(shè)備系統(tǒng)，并開(kāi)發(fā)監(jiān)測(cè)測(cè)量氣象參數(shù)的性能LabVIEW前面板。環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)在較低的控制條件下進(jìn)行控制。該參考文獻(xiàn)作者 提供的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)實(shí)時(shí)參數(shù)較少。 在本文[4,9-12]中，使用LabVIEW在太陽(yáng)能模擬器中測(cè)量I-V和P-V特性。 它解釋了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，以收集數(shù)據(jù)和評(píng)估電網(wǎng)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的性能。光伏電池的輸出功率和能量依賴太陽(yáng)輻射。我們提出了電子學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)為學(xué)生提供一個(gè)平臺(tái)，包括理論和實(shí)踐時(shí)儀器實(shí)驗(yàn)。研究人員[14]使用基于MATLAB的建模與仿真方案研究光伏陣列由于部分遮蔽而導(dǎo)致的非均勻絕緣.的I-V和P-V特性.
這項(xiàng)工作主要集中在測(cè)量參數(shù)上,如; 電壓，電流，溫度，太陽(yáng)能輻射和濕度等具有太陽(yáng)能光伏組件的實(shí)時(shí)特性。本研究的目的是開(kāi)發(fā)一個(gè)平臺(tái)一個(gè)研究光伏組件實(shí)時(shí)性能的教育工具。 提出了基于LabVIEW的虛擬儀器系統(tǒng)可以根據(jù)工程師的需要進(jìn)行擴(kuò)展，和研究。 這項(xiàng)工作是在不同的部分進(jìn)行的,從光伏電池的引進(jìn)開(kāi)始; 第2節(jié)描述測(cè)量系統(tǒng); 第3節(jié)討論結(jié)果; 和第4節(jié)結(jié)論。
2 光伏電池I-V表征理論
PV電池可以與電流源并聯(lián)建模二極管。 當(dāng)沒(méi)有光存在以產(chǎn)生任何電流時(shí)，電池的行為像二極管。 隨著入射光強(qiáng)度的增加，光伏電池產(chǎn)生電流[14]。 在一個(gè)理想單元格，總電流'I'等于當(dāng)前產(chǎn)生的Iph通過(guò)由二極管電流ID減去的光電效應(yīng)，根據(jù)等式：
（1）
（2）
I1
跨分流電阻的漏電流
Io
反向飽和電流
Ph
光電流
V
二極管電壓（伏特）
K
玻爾茲曼常數(shù)
Q
電子充電
DAQ
數(shù)據(jù)采集單位
Vm
最大電壓（伏特）
Im
最大電流（Amp。）
Voc
開(kāi)路電壓（Volt）
Isc
短路電流（Amp。）
R
分流電阻（歐姆）
Rs
系列電阻（歐姆）
N
理想因素
T
溫度（K）
FF
填充因子
Pmax
最大功率
Mp
最大功率電流
Vmp
最大功率電壓
SPV
太陽(yáng)能光伏
Pt
太陽(yáng)能電池的總電流
V
電壓（伏特）（V）
I
電流（A）
VI
虛擬儀器
2.1 短路電流（ISC）
短路電流ISC對(duì)應(yīng)于短路端子短路時(shí)的阻抗?fàn)顟B(tài)低電平等于0。
(3)
ISC發(fā)生在正向偏置掃描的開(kāi)始處，是功率象限中的最大電流值。 對(duì)于理想的電池，這個(gè)最大電流值是產(chǎn)生的總電流太陽(yáng)能電池通過(guò)光子激發(fā)。 ISC = IMAX =正向偏置的Iph。
2.2 開(kāi)路電壓（VOC）
當(dāng)沒(méi)有電流通過(guò)電池時(shí)，產(chǎn)生開(kāi)路電壓。
(4)
2.3 填充因子（FF）
填充因子（FF）本質(zhì)上是衡量質(zhì)量的量度太陽(yáng)能電池。 通過(guò)比較最大功率來(lái)計(jì)算在開(kāi)路時(shí)輸出的理論功率電壓和短路電流在一起。
(5)
典型填充因子范圍為0.5至0.82。 它通常以百分比表示.
2.4 效率（η）
(6)
P作為事件輻照度的乘積光，以瓦特/ m2測(cè)量，具有太陽(yáng)能電池的表面積（M2）。 Pout是太陽(yáng)能電池的電輸出。
3 擬設(shè)的系統(tǒng)
3.1 框圖
圖1示出了開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)的塊表示。獨(dú)立的太陽(yáng)能光伏組件在開(kāi)放的環(huán)境條件下保持在外面。 數(shù)據(jù)采集，存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換NI DAQ模塊和LabVIEW軟件。 NI DAQ可以處理信號(hào)高達(dá)11 V，幾毫安。將太陽(yáng)能光伏組件的電壓和電流信號(hào)保持在輸入的安全范圍內(nèi)到DAQ，開(kāi)發(fā)了用作信號(hào)調(diào)理的電路單元。然后這些信號(hào)由DAQ單元處理。LabVIEW的該系統(tǒng)使用軟件將NI DAQ與計(jì)算機(jī)進(jìn)行接口，根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。LabVIEW的軟件由一個(gè)功能工具庫(kù)組成。 功能工具是a部分實(shí)時(shí)模擬。 DAQ卡提供模擬輸入數(shù)字形式，轉(zhuǎn)到LabVIEW軟件的DAQ輔助模塊，用于在計(jì)算機(jī)上存儲(chǔ)和顯示數(shù)據(jù)。
NI-Multisim軟件用于模擬開(kāi)發(fā)的電路根據(jù)要求降低電壓和電流DAQ卡的輸入端子。 Multisim是模擬和電路設(shè)計(jì)軟件，適用于電路分析。
3.2 LabVIEW程序的操作順序
圖2顯示了基于主程序的流程圖用于監(jiān)控太陽(yáng)能光伏組件的LabVIEW軟件。 流圖表顯示了一步一步的過(guò)程。 系統(tǒng)收購(gòu)了傳感器的數(shù)據(jù)，如輻射計(jì)，溫度傳感器和濕度傳感器。數(shù)據(jù)被收集到集群中（功能工具）在LabVIEW前面以表格和圖形的形式顯示面板和太陽(yáng)能光伏組件的I-V特性獲得。 此外，乘以電壓和電流，計(jì)算輸出功率P-V曲線，并獲得其他參數(shù)，如; VM，IM，VOC和ISC。
3.3 完整設(shè)置說(shuō)明
采用單晶光伏模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并以不同的（5瓦）額定值測(cè)試性能光伏組件。圖 3顯示用于測(cè)量的測(cè)溫儀太陽(yáng)輻射計(jì)算太陽(yáng)能模塊的效率。 它可以測(cè)量直接和擴(kuò)散輻射。 NI-USB-6351是數(shù)據(jù)采集設(shè)備，用于接口，通信并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。 虛擬面板使用基于圖形編程的LabVIEW軟件構(gòu)建語(yǔ)言。
太陽(yáng)能光伏組件保持在開(kāi)放環(huán)境中條件。 以上面板為5瓦額定功率（Isc = 0.68 AVoc = 10 V），溫度和濕度傳感器在開(kāi)放環(huán)境下。 太陽(yáng)輻射計(jì)提供了精確的測(cè)量太陽(yáng)輻射。 數(shù)據(jù)來(lái)自氣象站和日射儀。AMT1001是一種電阻式濕度傳感器濕度和LM-35溫度傳感器來(lái)測(cè)量溫度的光伏組件。圖4示出了所提出的系統(tǒng)的硬件設(shè)置，圖5，LabVIEW中的圖形程序?yàn)殚_(kāi)發(fā)設(shè)置
4 結(jié)果
5W光伏組件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控是在能源中心進(jìn)行。 不同參數(shù)成功獲取并顯示在LabVIEW軟件的前面板上如圖1所示。它顯示了不同參數(shù)的存儲(chǔ)以表格形式和圖表包含太陽(yáng)能的特點(diǎn)光伏組件。 PV模塊的效率由...計(jì)算12.23％的LabVIEW和模塊的填充因子為78％（0.78）。圖7示出了I-V和P-V特性的更接近的視圖光伏組件。
5 結(jié)論
開(kāi)發(fā)了基于PC的虛擬平臺(tái)，使用LabVIEW軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)。 在本文中，它不是理論上的工作，而是提供了一種獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并計(jì)算系統(tǒng)各種參數(shù)的實(shí)用方法。 適當(dāng)?shù)仫@示獲得的各種參數(shù)的結(jié)果在LabVIEW的開(kāi)發(fā)前面板上提供了易于訪問(wèn)獲取的數(shù)據(jù)。 這個(gè)系統(tǒng)可以很少的修改輕松用于大型太陽(yáng)能光伏的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控模塊和系統(tǒng)。 開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)可用于工業(yè)應(yīng)用以及教育目的機(jī)構(gòu)。
附錄2：外文原文
致 謝
在此感謝一直陪伴和指導(dǎo)我的導(dǎo)師陳建國(guó)老師的無(wú)私付出。陳老師淵博的專業(yè)知識(shí)，一絲不茍的教學(xué)態(tài)度，誨人不倦的高尚情操是我現(xiàn)今的學(xué)習(xí)生活和未來(lái)的工作生活的指路明燈。
本次論文從選題到開(kāi)題，從研究到完成，每一步都離不開(kāi)陳老師的悉心指導(dǎo)，而且從該論文的完成過(guò)程，我從陳老師身上學(xué)到的嚴(yán)以律己，寬以待人，細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)，精益求精的精神和態(tài)度，在今后的生活中也會(huì)一直深深影響著我。該論文傾注了陳老師大量的心血，也飽含著大學(xué)四年機(jī)械學(xué)院全體老師為教育我們付出的辛勤汗油。
再次對(duì)這次論文中對(duì)我提供過(guò)幫助的老師們和同學(xué)們，也為機(jī)械學(xué)院所有老師們奉上最誠(chéng)摯的謝意，這四年里，這次論文的完成過(guò)程中，感謝您們的授業(yè)解惑，也感謝您們的無(wú)私教導(dǎo)，謝謝。
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