行業：機械設備
應用需求：機器狀態監測（Machine Condition Monitoring）是現代機械設備維護的重要手段，在設備運行過程中，對于每一個狀態進行持續的監控，它一般通過振動、壓力、溫度、應變等信號的采集和數據分析，了解長時間運行的機械設備的狀態，一方面可以預防災難式故障，另一方面可以有針對性制定維護計劃，進而還可為提高機器運行效率提供參考。由此可見，機器狀態監控可幫助企業消除計劃外的儲運損耗、優化機器性能、縮短返修時間并降低維護成本。因此，各種機器狀態監控的系統已經廣泛應用于電力、船舶、冶金、制造等領域。
面臨的挑戰：能耗分項監測系統必須能實時、準確地獲取能耗數據，并“無縫”接入現場的信息展示系統中。系統的現場安裝必須在場館落成之后進行，不能對已建成的電氣線路和建筑結構造成任何影響當然也不能接入銀行的內部網絡。此外，系統的待測線路位于不同機房的兩個配電箱中，需要完成分布式采集。
解決方案：構建機器狀態監控系統有特定的要求：適應現場惡劣環境、豐富靈活的傳感器/ 數采接口、信號處理的專業軟件以及實時性可靠性等要求。
具體實現方法 本系統由旋轉機械平臺、傳感器、CompactRIO和PDA四大部分組成。CompactRIO主要負責信號采集和處理工作，并附加一個GSM Modem，可以發送短信。手持PDA運行人機界面，提供數據查看和控制指令。整個系統的構成如圖1所示 1. 監控對象和傳感器 監控對象我們選用Spectraquest 公司的軸承平衡故障仿真器。這個仿真器用于演示和研究運行中軸承故障和非平衡狀態。仿真器有一個交流電機驅動旋轉設備，交流電機的變頻器提供一個面板，用戶可以通過面板上的按鈕和旋鈕改變電機的轉速。旋轉設備內置一個光電傳感器，可提供電機的轉速信號。轉軸上安裝了兩個鋁制飛輪，在每個飛輪上有大小兩圈等間隔的孔，用于安裝配重。通過在不同位置安裝配重來實現不平衡的旋轉效果。整個旋轉機構外套有一個玻璃罩子，用以保護使用者。 本系統主要監控旋轉機械設備的動態特性，因此需要測量軸承振動、軸心偏移以及轉速信號。振動信號采用4個IEPE振動傳感器，分別測量軸前后段水平和垂直兩個方向的振動，安裝在軸承座上，如圖2左所示。IEPE 是振動傳感器的一個工業標準，核心由兩部分組成：感受力的壓電材料和放大信號的集成電路。這種傳感器具有靈敏、動態范圍大、信噪比高、信號調理方便等特點。這里選用的振動傳感器是上海北智技術有限公司的14115 型工業測振傳感器，測量范圍是250 g，靈敏度是100 mv/g。我們使用電渦流式位移傳感器測量轉軸偏移，這種傳感器通過電磁感應效應測量被測金屬導體距探頭的距離。轉軸恰好是金屬體，同時位移傳感器是非接觸式的，測量時不會影響轉軸本身的運動。在垂直于軸線的平面放置一個支架，如圖2右所示，與垂直方向夾角分別是45度和-45度安放兩個位移傳感器，這樣可以測量軸心偏移。這里選用的位移傳感器是北京京儀北方儀器儀表有限公司的ϕ8 mm 探頭的電渦流傳感器。量程是2 mm，靈敏度8mv/um。傳感器的輸出電壓很小，產品中包括了配套的前置放大器，前置放大器需要提供-12和+12V 的直流供電。 轉速信號是由故障仿真器自帶的光電傳感器提供，每轉一圈就會有一個脈沖信號。信號脈沖高電平為5 V。 2. 系統的設計平臺配置（NI CompactRIO 的選型） NI CompactRIO 平臺提供了豐富的數據采集模塊。振動傳感器選擇的是IEPE 的加速度傳感器，系統使用NI 9234 同步動態信號采集卡，NI 9234 作為4 通道C 系列同步動態信號采集模塊，可連接IEPE 與非IEPE 傳感器，進行高精度振動/ 音頻信號測量。NI 9234具有102 dB動態范圍，對IEPE加速度傳感器提供信號調理和交流耦合的功能。采集通道還提供自動調節采樣率的內置抗混疊濾波器，同時以每通道高達51.2 kHz 的速率對信號進行數字化。 對于位移信號和轉速信號選擇NI 9239 采集卡，NI 9239 模塊包括4 條同步采樣的模擬輸入通道，每通道是24 位模數轉換器。轉速傳感器給出的是脈沖信號，我們把它當作模擬信號采集后在FPGA 上提取轉速/ 周期信號。 傳感器和信號采集卡如下表對應：
