转炉轴承运行状态对比监测系统主要用来采集被测设备的振动信号、位移增量信号、电流及电压信号.并对信号进行处理和分析.该系统设计包括量测设备及传感器的合理选用、系统的合理组合及抗干扰措施的采用.量测设备包括工控机、采集卡、电荷放大器、双路稳压流跟踪电源;传感器包括振动传感器、位移传感器、电流及电压传感器等.监测系统中还包括了从PLC总线中提供的转速及倾角信号.从而完整地体现出被测物特征变化.
1 监测系统硬件组成
1.1 监测系统的主要仪器
1)工控机：系统采用IPC-810工控机.该产品设计有符合EIARS-310C标准19″上架型.防止插卡振动装置并支持ATX母板.产品具有在恶劣环境下运行状态稳定的特点.
2)采集卡：系统采用PCI 9114(DG)采集卡.该卡采用32-bit PCI-Bus.数据存储带宽宽;A/ D模块设计采用16位32采样通道、单通道高频采样可到100KHz和板载A/D1K WORDS FIFO内存.板卡采用多功能A/D触发器模式:软件触发器和时间触发器.可以更好支持DMA通道采样方式.能更好发挥稳定量测的效能.
3)电荷放大器：本系统选用YE5853A型电荷放大器.它是一种多通道组合式电荷放大器.它和压电加速度传感器连接组成测试系统可对振动、冲击等物理参数进行测量，广泛应用于机械制造、动力制造、航空航海、建筑、化爆等部门.
该放大器具有连续可调的传感器灵敏度调节器，可适合不同灵敏度的压电传感器，以得到归一化的输出，有7档接近10dB的量程供切换，从而可提高信噪比，获得最佳测试结果.它采用多通道内插式结构，每台仪器可包含1~6个测量通道，多点测试尤为稳定可靠.
4)双路跟踪稳流稳压电源：在霍尔类型传感器中，其双路驱动电源的选用对信号抗干扰程序十分重要，本系统采用DH1718E双路跟踪稳流稳压电源，具有恒压、恒流工作功能，且这两种模式可随负载变化而进行自动转换.另外DH1718E具有串联主从工作功能，在跟踪状态下，保证从路的输出电压能随主路而精确变化.这对于需要对称且可输出(0~32)V,(0~2) A的传感器尤为重要.串联工作或串联跟踪工作时可输出(0~ 64) V, (0~2) A或(0~士32) V, (0~2) A的单极性或双极性电源.每一路输出均有一块数显表作输出参数的指示.该电源具有使用方便有效，允许短路，短路时电流恒定的特点.面板上每一路的输出端都有一接地接线柱，可以使本电源方便的拉入用户的系统地电位.全部输出功率大于124 W .
5)数字式高精度双路直流电源：作为位移传感器和电量隔离传感器的驱动电源，对输出功率的稳定性要求十分严格，要保证传感器工作稳定，排除自干扰信号，要求输出电源十分纯净.在本系统中传感器驱动电源采用的是GPC3030D数字式高精度双路直流电源.
1.2 量测系统中的传感器
1)振动传感器：本系统采用CA-YD系列压电式加速度计.分别使用CA-YD-103和CA- YD-107两种.配接合适的仪器可扩展测量速度、位移等物理参数.具有无源、频响宽、灵敏度高、体积小、外壳坚固和抗干扰能力强等优点.
加速度计采用PZT材料.利用晶体材料在承受一定方向的应力或形变时.其极化面会产生与应力相应的电荷.在电元件表面产后的电荷正比于使用力.因此有Q=d×F.加速度计的电荷灵敏度则是加速度计输出的电荷量与其输入的加速度值之比.电荷量的单位取PC.加速度单位为m/s2.频率响应一般为谐振频率的1/3~1/5.加速度计频响在1/3谐振频率时.频响与参考灵敏度偏差≤1dB（误差10%）.频响在1/ 5谐振频率时.频响与参考灵敏度≤0.5 dB(误差5%).
在监测系统中振动传感器的布点示意如图1所示.可以比较准确地反映被测物振动信号特征.
2)位移传感器：本系统采用德国P+ F公司UB500~18GM 75-U-V15超声波位移传感器.符合各类先进标准:IEC. EN. DIN和EMC(国际电磁兼容性测试标准).具备极好的抗干扰能力.在监测系统中位移传感器的布点示意如图2所示.以获得被测物间相对位移信号特征.
3)电流传感器：本系统采用HDC1000EK系列霍尔可拆卸电流传感器. HDC1000EK系列霍尔可拆卸电流传感器是应用霍尔效应原理的新一代电流传感器.能在电隔离条件下测量直流、交流、脉冲以及各种不规则波形的电流.
4)电压传感器：本系统采用WB系列交直流通用电压传感器/变送器WBV122型号.该电压传感器采用线性光电隔离.频响宽、精度高;响应直流交流30kHz.最高定做100kHz;平均值变换可测量直流和正统波形;真有效值变换可测量各种波形电压.精度高;线性测量范围:0%~120%标称输入;输入阻抗:Vx≤1V时.Ri≥MΩ. Vx>1V时. Ri=Vx×10kΩ/V;过载能力:2倍标称输入值.可持续;隔离电压>1.5V;平均无故障工作时间>30000h;输入输出隔离电容:6Pf(1kHz);共模抑制比:160dB(50Hz);额定环境温度:(0~50)℃.
1.3 量测系统中辅助信号的测量
转速和倾角信号是由转炉电控制部分中的现场总线直接输出的.在转炉系统中.倾翻间中驱动主轴进行旋转的主电机安装有测速电机和倾角传感器.两个信号反馈给现场总线.总线输出的倾角信号经PLC总线控制软件(STEP7)进行二次转换后.直接输出给本量测系统的A/D模块.转速信号由电量隔离器WBV122隔离转换后输出.这两个信号由于其转换速率非常快(PLC总线为1MHz.电量隔离器无延时).所以与其他信号完全同步.
2 系统框图
新型转炉轴承运行状态对比监测系统的设计框架如图3所示.
测试系统基本原理是由振动传感器、位移传感器和PLC现场总线中提供的旋转主轴驱动电机电流信号、电压信号、倾角信号及转速信号，振动传感器经电荷放大器放大后输入A/D采集模块交由工控机控制采集和存储;位移传感器经由双稳双路精密电源驱动后得到信号送入A/D模块;从测试现场的PLC总线中将4种信号由隔离传感器转换后送入A/D模块.
其中振动传感器侧端与顶端两类共计12个信号，位移传感器侧端与顶端安置共计4个，PLC总线中电流信号两个电机共计2个，电压信号两个电机共计2个，加上倾角信号及转速信号总计信号源为22个，信号同时同步触发由采集软件采集并存储，同时提供同步通讯网络传输给终端计算机进行分析.
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