基于虚拟仪器的水电机组振动状态监测系统的研究与开发

论文摘要

本文以水轮发电机组振动为研究对象,详细分析了振动监测的研究现状及发展趋势。通过分析、整理、归纳水轮发电机组振动理论,水轮发电机组的振源以及振动信号的分析与数字信号处理技术,为振动状态监测系统设计奠定了基础。选用虚拟仪器为水电机组状态监测的开发平台。通过分析虚拟仪器技术的优势,结合水电机组振动监测系统的需求,提出了较详细的系统设计思想及实现方法,研究了模块化软、硬件及其功能结构的构造方法,完成了基于虚拟仪器的水轮发电机组振动在线监测系统。系统软件部分共分为数据采集、在线数据分析、机组振动试验、数据库管理、历史报表、远程通讯六大模块,以实现对水电机组振动的实时数字化采集、监测、分析、存储、试验及远程诊断功能。软件中研究了信号时域、频域分析以及图像控件在LabVIEW的实现方法,并将功率谱、轴心轨迹等图以三维效果图显示出来,使数据分析的结果更加直观化。另外数据库管理模块关系到整个系统数据的可行性与稳定性,而这些数据是掌握和判断机组运行状态的重要依据,因而本文对此模块做了进一步更为详细的设计。在开发过程中本人对同步采样、周期数组、数据表单制定、数据存储、压缩、筛选、报表生成、远程通信等问题提出了可行的解决方案。本系统具有友好的人机界面、高速稳定处理单元、强大的数据分析处理功能、海量数据库存储、开发周期短、易于维护和扩展性好等特点。通过试验表明,该系统具有很高的可靠性和稳定性,具备良好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本课题的意义与目的
• 1.2 监测诊断技术的国内外发展现状
• 1.2.1 监测诊断技术的发展历程
• 1.2.2 振动监测诊断技术的发展现状
• 1.3 状态监测与故障诊断系统的发展趋势
• 1.4 本文的主要工作
• 2 水力机组振动机理、监测对象及监测方法
• 2.1 水轮发电机组振动机理
• 2.2 水轮发电机组振动监测对象
• 2.3 水轮发电机组振动监测方法
• 2.3.1 大轴状态监测
• 2.3.2 机壳振动监测
• 2.3.3 相位监测
• 2.3.4 转速监测
• 2.3.5 轴心轨迹与轴心位置的测量
• 3 振动信号的分析与数字信号处理技术
• 3.1 时域信号分析
• 3.1.1 波形分析
• 3.1.2 指标因数
• 3.1.3 统计分析方法
• 3.1.4 相关分析
• 3.2 频域信号分析
• 3.2.1 快速傅立叶幅值谱分析
• 3.2.2 小波加窗函数分析
• 3.2.3 功率谱分析
• 3.2.4 极坐标图分析
• 3.2.5 瀑布图分析
• 4 系统总体结构设计
• 4.1 系统需求分析
• 4.2 系统设计思想
• 4.3 开发平台选择
• 4.3.1 虚拟仪器技术概述
• 4.3.2 LabVIEW开发平台介绍
• 4.3.3 虚拟仪器与传统仪器相比较的优势
• 4.3.4 虚拟仪器在水轮机振动测试的应用
• 5 水轮发电机组振动监测系统的硬件设计
• 5.1 振动监测标准及振动监测的测点选择
• 5.1.1 水轮机组的振动标准
• 5.1.2 振动监测及测点的选择与布置
• 5.1.3 硬件总体布局
• 5.2 传感器的选择
• 5.2.1 电涡流传感器
• 5.2.2 振动速度传感器
• 5.2.3 压力及脉动和差压传感器
• 5.3 信号调理
• 5.4 信号采集卡
• 5.5 控制机系统
• 6 水轮发电机组振动监测系统的软件设计与开发
• 6.1 数据采集模块
• 6.2 在线数据分析模块
• 6.3 机组振动试验模块
• 6.4 数据库管理模块
• 6.4.1 水电机组状态监测数据库的设计特点
• 6.4.2 水电机组状态监测数据库设计原则
• 6.4.3 数据库表单设计
• 6.4.4 LabVIEW数据库的实现方法
• 6.5 历史报表模块
• 6.6 远程通讯模块
• 7 模型机组振动应用结果
• 7.1 机组参数
• 7.2 测点的总体配置
• 7.2.1 试验设备
• 7.2.2 测点布置
• 7.2.3 试验项目、测试数据和结果分析
• 8 结论与展望
• 8.1 总结
• 8.2 发展与展望
• 致谢
• 参考文献