便携式水泵稳定性状态监测系统的研究与设计

科技情报开发与经济SCI-TECHINFORMATIONDEVELOPMENT＆ECONOMY2012年第22卷第18期水泵是工农业生产、居民生活中的重要设备，其运行稳定性对水泵的使用寿命以及设备和人员安全具有重要影响［1］。国内外很早就开始了对水泵运行状态的研究，并提出来一系列理论来解释水泵运行故障及其对应原因。不少研究机构陆续开发出了一些用于水泵运行稳定性状态监测的系统［2－4］，这些系统内容丰富、功能强大，但是还存在系统复杂、成本高昂以及拆装不便等不足。本文拟基于LabVIEW平台［5］，研究并设计出一种水泵稳定性状态监测系统，在保证数据采集、信号处理、状态监测等重要功能的前提下，实现系统的便携化和低成本化。1监测物理量确定反映水泵运行稳定性状态的物理量包括支承部分的振动、转动部分的摆度、泵内压力脉动、水泵汽蚀引起的振动、水泵扬程和功率的波动以及机组内部不正常噪声等，它们都能表现为一定形式的振动。目前，振动与压力脉动的测量技术已相对成熟，且最容易直接获得，因而本研究采用振动与压力脉动作为衡量水泵稳定性的主要物理量。考虑到水泵能量输入和转速变化对水泵振动频率的影响，也将水泵配套电机功率、水泵流量、水泵转速作为重要的监测物理量。2便携式水泵稳定性状态监测系统设计2.1系统功能本系统主要功能为：采集水泵运行中的振动与压力脉动信息并分析，获知水泵所处的稳定性状态，为水泵的维护提供依据。要求系统具有便携性、成本较低、拆装简便等特点。2.2系统硬件组成本系统由传感器、信号调理器、数据采集卡和便携式计算机组成（见图1）。其中，测量轴摆度使用ZH20008mm电涡流位移传感器，其频率响应范围0kHz～3kHz；测量壳体及基座使用CS－LAS－03磁吸式加速度传感器，其测量范围±10g；测量压力脉动使用PTX5072压力变送器，量程25kPa～250kPa；测流量使用DCT1158C经济型外夹式超声波流量计，流速范围为0m/s～5m/s；信号调理器为NI公司的SCXI－1102C；数据采集卡为NI公司的DAQPad－6016，16路模拟量输入，单通道最大采样率200kS/s，16bits，USB接口；便携式计算机可采用普通商用笔记本电脑，运行WindowsXP操作系统。2.3系统软件部分便携式水泵稳定性状态监测系统的软件部分有参数设置、信号采集与分析、数据回放、状态显示及报表输出5个主要模块。系统软件结构见图2。2.3.1参数设置用户可根据测试需要选择采样通道数，设置采样通道名称、文章编号:1005－6033（2012）18－0127-02收稿日期:2012－06－07便携式水泵稳定性状态监测系统的研究与设计*诸力鹏，刘忠，刘定伟，李军伟（长沙理工大学能源与动力工程学院，湖南长沙，410004）摘要：研究并设计了一种基于LabVIEW的便携式水泵稳定性状态监测系统，通过合理的结构搭配和硬件选择，实现了数据采集、信号处理、状态监测等核心功能，指出开发的系统具有成本低和便携式的优点。关键词：水泵；稳定性状态监测系统；LabVIEW；核心功能中图分类号：TH3文献标识码：A────────────────*基金项目：2010年湖南省大学生研究性学习与创新性实验计划项目（201008）。电涡流位移传感器加速度传感器压力变送器超声波流量计功率变送器光电转速计信号调理器USB数据采集卡便携式计算机被测水泵设置通道名称编号选择采样率选择启用状态便携式水泵稳定性状态评估系统频域分析时域分析实时采集数据采集分析波形操作选择分析通道选择分析数据段波形曲线显示数值显示输出监测及分析结果参数设置历史数据回放状态显示报表输出图1硬件系统构成图2系统软件结构127通道号、采样频率、采样数、采样电信号范围、标定系数等。2.3.2数据采集与分析实时采集振动、摆度、压力脉动及流量、转速等被测量的当前状态，对获取的信号进行数字滤波、时域参数计算和频域参数计算，并根据用户需要选择是否保存采集到的数据。其中，振动及摆度信号使用仪表盘形式，压力脉动使用柱状图形式，并且在图形显示旁添加数值显示控件，以显示其具体数值。该模块将每个通道的数据转换为波形信号并显示出来，并过快速傅里叶变换（FFT）分析信号特征，使用户既能观察各通道当前数值，也能查看最近一段时间内的变化。系统以数据文件的形式保存采集到的数据，文件用生成时的具体时间命名。2.3.3历史数据回放历史数据回放界面能显示较长时间段内的数据及其特征参数，用户可根据数据文件名称表示的时间选择需要打开的文件。文件打开后可根据需要选择具体通道，并能够对显示的波形信息进行放大、查找等操作。2.3.4状态显示状态显示包含数值显示、时域波形显示和频域波形显示3种主要形式，在数值显示部分还增设了预警功能。将实时值与设定的预警值进行比较，显示当前的