风机故障诊断监测系统软件设计

邓玉萍，田继宏，孔祥瑞

(1.鞍山师范学院 物理科学与技术学院,辽宁 鞍山 114007；2.鞍山师范学院 数学与信息科学学院,辽宁 鞍山 114007；3.大连交通大学，辽宁 大连 116028)

风机故障诊断监测系统软件设计

邓玉萍1，田继宏2，孔祥瑞3

(1.鞍山师范学院 物理科学与技术学院,辽宁 鞍山 114007；2.鞍山师范学院 数学与信息科学学院,辽宁 鞍山 114007；3.大连交通大学，辽宁 大连 116028)

利用单片机控制技术、A/D转换技术及数字滤波技术，对风机故障诊断监测系统的软件部分进行了设计.系统实现了对信号时域指标的计算和实时在线监测，使系统的抗干扰能力和准确性等方面有了很大的提高，达到风机设备故障诊断监测的目的.

故障诊断；在线监测；单片机；动平衡

鞍钢集团物业公司是一家集物业管理和民用供暖于一体的综合公司，公司的引风机自投产使用以来，出现故障的主要原因是由于引风机中叶片磨损导致振动逐渐加大,引起动平衡被破坏[1].风机出现故障时，整个锅炉系统处于停车状态，不能保证正常生产.通过对风机的故障诊断及叶轮平衡问题的研究，可以有效提高对风机系统的监测能力，及时发现风机转子的早期故障；可以确定风机运转过程中的振动危险点，进行振动幅值超值报警；可以减少维修时间，降低设备事故发生率，保证生产正常运行.

1 故障诊断监测系统的硬件组成

硬件是软件赖以实现的基础，合理的选择系统硬件，达到所要求的性能是非常重要的.风机系统硬件组成如图1所示[2].

图1 风机系统硬件组成框图

2 故障诊断监测系统控制部分软件设计

该系统选用了AT89S51单片机作为CPU控制单元.诊断监测系统的应用软件由4个程序模块组成:主程序模块；中断程序模块；A/D转换及滤波模块；相位角、振动幅值及动平衡偏移量计算子程序模块[3].

2.1 主程序模块

主要完成AT89S51单片机硬件系统I/O口的初始化、存储器单元清零等工作.控制运算主程序流程图如图2所示.

2.2 中断程序

测量相位角的大小和振动幅值的最大值，并将相位角和振动幅值存入相应的存储器单元，供LED显示之用，当振动幅值超出设定值时发出声光报警信号.

2.3 A/D转换及滤波

A/D转换的任务是完成电压读取，将此电压滤波后存入计算机的相应单元内.A/D转换电路选用ADC0809集成电路，该电路与单片机组成接口电路，这已经是一个非常成熟的技术，并得到了广泛的应用.由于采样信号常受现场周围设备电源等的随机干扰，传感器本身的不稳定而引起失真，为了提高采样的可靠性，减少虚假信号的影响，通过现场试验比较采用程序判断滤波.其工作原理是：根据现场试验确定两次采样允许的最大偏差ΔX.若先后两次采样的信号相减数值大于ΔX，表明输入的是干扰信号，应该去掉而用上次采样值.若小于或等于ΔX表明此信号为有用的信号，本次采样值有效.数/模转换器ADC0809数据采样子程序流程图如图3所示.

图2 控制运算主程序流程图

图3 ADC0809数据采样子程序流程图

图4 转子相位角、振幅计算子程序流程图

2.4 相位角、振动幅值及动平衡偏移量计算子程序

该子程序模块主要完成相位角、振动幅值及动平衡偏移量的计算任务，为LED显示提供相应的显示数据值.转子相位角、振幅计算子程序流程图如图4所示.动平衡偏移量计算子程序主要完成偏移量计算，首先从存储器读入转子的幅值和相位，分别计算转子初始状态的振幅值和试加配重后的转子振幅值，将结果分别存入存储器RAM单元中，最后计算两者的差，也就是动平衡偏移量存入存储器RAM单元44H内.

数据显示子程序由6位LED数码发光二极管组成，完成振动与相位数值的显示，数据显示子程序流程图如图5所示.各类按键完成系统复位、瞬时值和最大值的转换显示功能.电源电路为各个工作部分提供相应的工作电压.各类接口板与单片机之间的信号线均被采取屏蔽措施，防止其它信号干扰.闪光报警器是用来对现场振动接点信号进行监测，当振动幅值超出设定值时发出声光报警信号[4].

图5 数据显示子程序流程图

2.5 存储器地址空间设计

存储器地址空间分配如表1所示.

表1 存储器地址空间分配

3 结论

在线监测诊断系统把在现场采集到的风机振动信号输入到硬件电路存储器中，通过软件程序进行智能分析，得出了风机不平衡的参数.现场应用与理论分析结果基本一致，而且经设备检修的实践证明结果正确.实践证明本系统能够胜任日常风机在线诊断的职责，确保风机正常运行.

[1] 张健.机械故障诊断技术[M].北京:机械工业出版社,2008.

[2] 陈维山.机电系统计算机控制技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2010.

[3] 蔡振江.单片机原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2011.

[4] 张安华.机电设备状态监测与故障诊断技术[M].西安:西北工业大学出版社，1995.

(责任编辑：张冬冬)

Software design of the fan fault diagnosis monitoring system

DENG Yuping1，TIAN Jihong1，KONG Xiangrui2

(1.SchoolofPhysicalScienceandTechnology，AnshanNormalUniversity,AnshanLiaoning114007,China；2.SchoolofMathematicsandInformationScience，AnshanNormalUniversity,AnshanLiaoning114007,China；3.DalianJiaotongUniversity,LiaoningDalian116028,China)

By utilizing the single chip microcomputer control technology,A/D conversion technology and digital filtering technology,the paper designs the software of the fan fault diagnosis monitoring system.The system realizes the calculation of signal index in time domain and the real-time online monitoring，which improves the anti-jamming capability,accuracy etc.and achieves the expected goal of monitoring the fan fault diagnosis.

fault diagnosis；online monitoring;single chip；dynamic balance

2016-09-12

邓玉萍(1965-)，女，辽宁辽阳人，鞍山师范学院物理科学与技术学院高级实验师.

TP27

A

1008-2441(2016)06-0035-03