一种基于WIA-PA与4G双无线技术的振动监测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于WIA

【技术实现步骤摘要】
一种基于WIA
‑
PA与4G双无线技术的振动监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及振动监测
，具体是涉及大型旋转型机械设备的振动监测系统。

技术介绍

[0002]对大型旋转型机械设备而言，绝大多数故障都是与机械运动或振动密切联系的，振动监测具有直接、实时和故障类型覆盖范围广的特点。因此，振动监测是针对旋转型机械设备的各种预测性维修技术中的核心部分，其它预测性维修技术：如红外热像、油液分析、电气诊断等则是振动监测技术的有效补充。
[0003]大型旋转型机械设备，其故障频率在1Khz以上的占大部分，若要覆盖旋转型机械设备95％以上的故障需要10kHz频响范围的加速度传感器，这样对于采样率和AD精度都需要高规格才能满足这样的频率范围，同样对于大数据量的网络传输和实时性都有一定的要求。
[0004]目前，振动监测设备主要有两种方案，一种是有源供电振动实时监测方案；另一种则是电池供电无线监测方案。第一种方案的优势在于，实时监测旋转型机械设备的振动数据，通过大数据进行故障分析和趋势性分析可有效监测旋转型机械设备的健康状况，对大型关键机组类设备起到一定程度的预警作用；其缺点在于，价格高昂，连续采集产生非常巨大的数据量，后台分析需要专业人士值班监测，给出诊断结论，并且现场安装复杂，增加供电线缆及数据传输线缆。第二种方案的优势在于，价格低，体积小，便于安装，采取低功耗数据采集方式，通过优化无线网络等方式提高其续航时长，可大面积应用于各类旋转机组上；其缺点也非常明显，那就是要考虑低功耗方面，所以无法进行实时数据传输，仅能定时采集，定时发送常规数据，大数据请求发送，其他时间休眠方式来进行。这样监测的效果并不理想，不能真实反映机组的健康状况，会产生延迟、偏差、漏判等状况。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对上述问题，提出一种基于WIA
‑
PA与4G双无线技术的振动监测系统，该系统可提供宽带频响测试范围，解决大数据、长波形持续实时传输需求，提供无源供电解决方案。
[0006]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于WIA
‑
PA与4G双无线技术的振动监测方法，包括以下步骤：
[0007]监测系统启动：网关和监测设备上电启动，进入WIA
‑
PA网络模式，设置常规数据发送间隔，其余时间进入休眠状态；
[0008]组建星型网络：多个振动监测设备可作为WIA
‑
PA网络子节点与网关进行组网，网关广播发送时间戳与安装在待测旋转型机械设备驱动轴上的振动监测设备子节点进行时钟同步，子节点入网时自动分配时隙；
[0009]振动数据监测：根据工作模式判断是否进行WIA
‑
PA网络模式下常规振动数据监测
或4G网络模式下长波形密集振动数据监测，以及故障等级分类；或在常规振动数据监测过程中按照故障等级自动转换为4G网络模式下长波形密集振动数据监测。
[0010]WIA
‑
PA网络模式下常规振动数据监测过程中，实时采集振动监测设备上传的振动速度有效值、位移峰值、加速度峰值，参考中石化大型旋转型机械设备的振动烈度标准等级设置、及其报警阈值范围。
[0011]所述在WIA
‑
PA网络模式下常规振动数据监测过程中按照故障等级自动转换为4G网络模式下长波形密集振动数据监测为：当故障等级达到预先设置的参数时，切换工作模式为4G网络模式的数据采集，获取长波形大数据。
[0012]一种基于WIA
‑
PA与4G双无线技术的振动监测系统，包括：
[0013]上位控制层的上位机、服务器，上位机中存储有程序，当加载程序时执行如上任意一项所述的方法步骤，实现对采集振动监测数据进行故障等级评定和预警，以及判别是否转换WIA
‑
PA或4G网络模式进行振动监测；
[0014]数据通信层的网关，用于连接物理采集层与上位控制层，上传振动监测数据给服务器、上位机；
[0015]物理采集层的振动监测设备，用于采集振动监测数据。
[0016]所述振动监测设备安装在待测旋转型机械设备驱动轴上，包括：
[0017]电源系统单元，包括充电锂电池、振动发电电路，所述振动发电电路包括发电模组、调理电路、电压转换电路，发电模组安装在待测旋转型机械设备轴位置，获取电能后经过电压等级转换后给锂电池充电；
[0018]振动感知单元，为振动传感器，采集三个方向上的振动数据；
[0019]信号处理单元，用于对锂电池的输出电能进行降压管理，对采集的三个方向的振动数据进行处理得到振动特征值发送给无线网络单元；
[0020]无线网络单元，用于转发数据给上位机。
[0021]所述振动传感器为：压电加速度传感器采集主轴(Z轴)振动数据，两个双轴MEMS加速度传感器采集前端分轴(X、Y轴)振动数据。
[0022]所述信号处理单元包括：
[0023]AD模块，用于对采集的振动数据进行AD数模转换，输出模拟量数据；
[0024]ARM单片机模块，包括：a.对三个方向的模拟数据进行分类；b.对数据进行滤波去噪、提取振动特征值；c.将数据打包封装成无线网络单元协议格式输出；
[0025]PMU电源管理模块，连接锂电池获取电能，用于通过电压转换芯片向振动监测设备的其他器件提供不同等级电源；
[0026]存储模块，用于存储数据。
[0027]所述振动特征值包括：振动速度有效值、位移峰值、加速度峰值。
[0028]所述无线网络单元包括：
[0029]WIA
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PA模块，用于提供2.4G网络进行组网以及常规数据的收发；
[0030]4G模块，用于提供4G网络，进行长波形、大数据连续实时传输。
[0031]所述常规数据：需要连续在两个时隙内发送两包报文，报文内容包括3组X、Y、Z三个方向的9个振动特征值数据；
[0032]长波形大数据：连续采集大于等于2M长波形大数据，包括采集点位置当前时段振
动速度、位移和加速度的多组连续数据波形。
[0033]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0034]本专利技术振动监测设备选择WIA
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PA无线2.4G与无线4G双结合，提供了一种宽带频响测试范围，解决大数据、长波形持续实时传输需求，和无源供电的解决方案，有效实现了旋转型机械设备故障精密分析和诊断的功能。采用WIA
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PA网络具有数据传输安全、可靠、功耗低等优点，通过定时采集振动数据特征值并上传，适合作为旋转型机械设备的故障预警。而4G网络具有大数据量传输、低延迟等优点，可将连续采集的振动数据实时上传，适合作为旋转型机械设备的故障诊断。所以本专利技术不仅可以在技术上使得WIA
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PA与4G互相弥补，同时在应用上更为简洁、易用。
附图说明
[0035]图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于WIA
‑
PA与4G双无线技术的振动监测方法，其特征在于，包括以下步骤：监测系统启动：网关和监测设备上电启动，进入WIA
‑
PA网络模式，设置常规数据发送间隔，其余时间进入休眠状态；组建星型网络：多个振动监测设备可作为WIA
‑
PA网络子节点与网关进行组网，网关广播发送时间戳与安装在待测旋转型机械设备驱动轴上的振动监测设备子节点进行时钟同步，子节点入网时自动分配时隙；振动数据监测：根据工作模式判断是否进行WIA
‑
PA网络模式下常规振动数据监测或4G网络模式下长波形密集振动数据监测，以及故障等级分类；或在常规振动数据监测过程中按照故障等级自动转换为4G网络模式下长波形密集振动数据监测。2.根据权利要求1所述的一种基于WIA
‑
PA与4G双无线技术的振动监测系统，其特征在于，WIA
‑
PA网络模式下常规振动数据监测过程中，实时采集振动监测设备上传的振动速度有效值、位移峰值、加速度峰值，参考中石化大型旋转型机械设备的振动烈度标准等级设置、及其报警阈值范围。3.根据权利要求1所述的一种基于WIA
‑
PA与4G双无线技术的振动监测系统，其特征在于，所述在WIA
‑
PA网络模式下常规振动数据监测过程中按照故障等级自动转换为4G网络模式下长波形密集振动数据监测为：当故障等级达到预先设置的参数时，切换工作模式为4G网络模式的数据采集，获取长波形大数据。4.一种基于WIA
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PA与4G双无线技术的振动监测系统，其特征在于，包括：上位控制层的上位机、服务器，上位机中存储有程序，当加载程序时执行如权利要求1
‑
3任意一项所述的方法步骤，实现对采集振动监测数据进行故障等级评定和预警，以及判别是否转换WIA
‑
PA或4G网络模式进行振动监测；数据通信层的网关，用于连接物理采集层与上位控制层，上传振动监测数据给服务器、上位机；物理采集层的振动监测设备，用于采集振动监测数据。5.根据权利要求4所述的一种基于WIA
‑
PA与4G双无线技术的振动监测系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秋新，谷继，张俊健，阎申，修宏博，王钊，刘朋，
申请(专利权)人：沈阳中科奥维科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：