振动筛形态监测系统软件设计分析

摘要：为了有效降低工业生产中振动筛故障的发生，本文利用对振动筛原始振动信号进行数字信号分析及处理，获得振动形态。主要完成振动筛振动形态监测软件设计部分，该系统能够实现在监测过程中记录振动数据，实时计算出振动筛工作过程中的重要参数，结合振动形态的变化趋势和用户经验数值设定报警机制。从而判断振动设备是否故障，为企业节约生产成本。

关键词：振动筛监测；数字信号处理；振动形态

1绪论

1.1振动筛故障监测发展现状

振动筛是利用筛体的振动特性完成对材料的选别、分级、脱介和脱水等工艺环节的一种振动机械设备，广泛应用于冶金、煤炭、矿山、建材、水利、高速公路建设中[1-2]。由于振动筛是利用振动破坏力进行工作的产品，所以其故障频率高于一般的动力机械产品。振动筛作为生产工艺的重要环节，出现故障会导致整个生产系统停止运行[3-4]。目前在很多大型企业中，振动筛设备的日常维护工作都缺乏必要的检测手段和设备[5]，无法对设备的故障进行有效的检测，故而寻求一种的合理有效的监测方法是相当必要和迫切的。

1.2本文研究的目的和意义

本项目研究设计的振动筛振动形态监测系统主要满足企业对振动筛设备日常监测的需求。系统在监测过程中记录振动数据、绘制振动曲线，实时计算出振动筛工作过程中的重要参数，如筛箱振幅、横向摆动、振动方向角等，同时结合振动形态的变化趋势和用户经验数值设定报警机制，从而判断振动设备是否故障，在出现故障隐患时及时通知用户。通过该系统，用户可直观的观测出振动筛振动形态的变化，精确的读出测量参数，及时的获知故障信息，避免振动设备发生事故，挽回因振动设备故障产生的经济损失。如果所设计的振动筛振动形态监测系统推广应用于该类设备的运行监测中，将有效降低工业生产中振动筛故障的发生。

2研究内容、关键技术和研发目标

2.1研究主要内容

本项目主要设计实现振动筛振动形态监测系统，项目设计分为两部分内容，一部分是硬件系统的设计，解决如何在强干扰的环境下准确获取较弱的振动信号，经硬件电路有效的送入计算机数据采集系统中的问题；另一部分是软件系统的设计，解决如何对原始的振动信号进行数字信号分析及处理，获得振动形态，实现多种功能要求。

2.1.1硬件系统设计为了能准确的反映振动设备较小的振动形态，应选择灵敏度较高的加速度传感器，在应用加速度传感器对振动筛X，Y，Z三轴方向分别进行测量时，设备本身的振动会产生很强的噪声干扰，这使得从传感器信号中获取有用的振动信号变得极为困难，为了避免将噪声信号放大，必须在信号放大前，抑制或消除噪声信号，根据振动筛的振动频率特性对信号进行带通滤波处理，提取有效的振动信号。所以设计有效的滤波放大器电路是此次硬件系统设计的关键。

2.1.2软件系统设计采集得到的振动原始信号是一种叠加噪声的信号，通过信号分析技术，还原振动形态，计算振动参数，绘制出振动曲线和振动合成运动轨迹，通过振动数据应能进行时域及频域的处理，所有处理功能都可供在线事后分析使用。如何还原振动形态，计算出振动信号参数是此次软件系统设计的关键。

3软件系统设计

3.1关键技术

3.1.1系统实时性振动设备智能监测系统是实时在线监测振动筛的运行情况，对系统的实时性要求较高，在软件结构框架设计中，应合理安排每个系统周期内所完成的任务，包括采集、计算、显示、存储等任务。

3.1.2振动形态的还原首先对振动原始信号进行频谱分析，其次运用信号分析技术对信号进行曲线拟合，再根据拟合得到的曲线计算振动参数，最后通过振动参数还原显示振动形态。

3.1.3系统的实用性为了使系统能更好的为用户使用，系统的设计应充分考虑到用户的使用习惯、应用术语、行业背景等内容。系统的界面设计、功能结构、逻辑顺序应充分调研后再进行设计。

3.1.4故障诊断为了诊断振动筛故障，应运用本系统实际测量多种振动筛，获得大量样本数据，仔细归纳分析，结合用户经验，得出判定依据，系统允许用户灵活修改判定参量及判定逻辑，使系统适用不同振动设备。

3.2软件系统方案

软件结构如图1所示。系统软件采用LabWindows/CVI作为开发平台，LabWindows/CVI是NationalInstruments公司(美国国家仪器公司，简称NI公司)推出的交互式C语言开发平台。LabWindows/CVI将功能强大、使用灵活的C语言平台与用于数据采集分析和显示的测控专业工具有机地结合起来，利用它的集成化开发环境、交互式编程方法、函数面板和丰富的库函数大大增强了C语言的功能，为熟悉C语言的开发设计人员编写检测系统、自动测试环境、数据采集系统、过程监控系统等应用软件提供了一个理想的软件开发环境。

3.3系统软件的主要功能

系统软件的主要功能包括：振动数据信号采集、信号分析和处理、振动参数和曲线的显示、数据文件的存储和信号的复现、用户参数设定。

3.3.1系统实时采集模块系统实时采集模块主要实现振动数据信号的实时采集，能够控制调节数据采集卡的采样通道、采样频率、硬件增益等。采集过程中系统实时采集模块会协调调用其他四个模块，完成振动参数的计算、振动曲线的显示以及振动筛运行状态的分析。

3.3.2信号分析处理模块信号分析处理模块主要是对振动信号进行频谱分析、幅值的特征值求取、加窗等。其信号分析处理流程如图2所示。

3.3.3系统数据管理模块系统数据管理模块主要完成监测数据的存储、读取、管理等功能。

3.3.4用户参数设定模块用户参数设定模块主要用于用户参数门限的设定、振动通道的选择、振动参数显示要求等功能。

3.3.5用户界面显示模块用户界面显示模块用于管理信号波形的实时显示窗口，频谱分析显示窗口、振动参数结果显示窗口等界面功能。

4振动数据监测结果

振动筛振动形态监测系统具有信号检测精度高、抗干扰性强、用户使用方便、系统功能丰富等诸多国内领先优点。

5结论推广应用前景

本设计的振动筛振动形态监测系统，能够满足企业对振动筛设备日常监测的需求，设计的系统可以监测振动筛在使用过程中的振动形态，精确计算振动筛的振幅、横向摆动、振动方向角等重要参数，如果振动形态异常或振动参数超标，将判断振动设备故障，可及时报警通知用户。所设计的振动筛振动形态监测系统可以推广应用于该类设备的运行监测中，振动筛振动形态监测系统具有信号检测精度高、抗干扰性强、用户使用方便、系统功能丰富等诸多国内领先优点。

参考文献

[1]朱清慧.大型振动筛DZK2466侧帮裂纹故障诊断系统研究[D].中国矿业大学,2012年.

[4]朱清慧.大型振动筛DZK2466侧帮裂纹故障诊断系统研究[D].中国矿业大学,2012年.

[5]姚正华.基于STM的便携式振动信号检测仪器的研究[J].仪器仪表与检测技术,2011,30（2）45-46.

作者：朱春燕 刘文泉 单位：西安工商学院