GfM 公司的 Peakanalyzer 是一套可以普遍適用于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)振動(dòng)診斷的系統(tǒng)，而且它在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的使用已經(jīng)非常成熟。原始數(shù)據(jù)由一臺(tái)Beckhoff嵌入式PC CX5020和狀態(tài)監(jiān)測(cè)EtherCAT模塊EL3632完成處理和采集。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)風(fēng)機(jī)的傳動(dòng)鏈甚至風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的高精度可靠診斷。

GfM 工程師正在進(jìn)行與 Peakanalyzer 連接的加速度傳感器測(cè)試

總部位于柏林的GfM（Gesellschaft für MaschinendiagnosembH）公司主營(yíng)業(yè)務(wù)是滾動(dòng)軸承上安裝的齒輪裝置的振動(dòng)診斷。該公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼總經(jīng)理 Dr. Rainer Wirth 這樣解釋道：“我們的研發(fā)工作始終專注于診斷流程的自動(dòng)化，因?yàn)檫@對(duì)于診斷技術(shù)的推廣至關(guān)重要。GfM 積極推動(dòng)診斷服務(wù)和設(shè)備開(kāi)發(fā)的融合，這樣實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以直接反饋到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中。”

Peakanalyzer則是一款承載了這種設(shè)計(jì)思想優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品，它具有多達(dá)32 個(gè)測(cè)量點(diǎn)專為全自動(dòng)、高級(jí)振動(dòng)診斷而設(shè)計(jì)。另有最多 32 個(gè)慢速通道用于處理較慢的過(guò)程變量（1 kHz）。該款設(shè)備的核心是Beckhoff基于 PC 的控制技術(shù)，它完美結(jié)合了科技自動(dòng)化理念，將諸如狀態(tài)監(jiān)測(cè)等超越標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化要求的測(cè)量功能整合于一體。這樣，Peakanalyzer 能夠通過(guò)重新采樣變速驅(qū)動(dòng)診斷數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行階次分析，以及通過(guò) DVS 分析來(lái)自動(dòng)識(shí)別重要的譜頻，監(jiān)測(cè)特性值并觸發(fā)數(shù)據(jù)采集。

這種多用途診斷設(shè)備的典型應(yīng)用領(lǐng)域包括價(jià)格昂貴且低冗余設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)，如針對(duì)建材行業(yè)的鋼鐵廠、輸送系統(tǒng)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（可靠性在此類應(yīng)用中關(guān)鍵要求）或纜車中與安全相關(guān)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。Peakanalyzer也常常用于維護(hù)人員難以輕易到達(dá)的設(shè)備中，因?yàn)樵谶@些設(shè)備中基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的提前維護(hù)是必須的。風(fēng)機(jī)就是這種應(yīng)用的典型案例。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組特殊且全面的狀態(tài)監(jiān)測(cè)

為了監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，一個(gè) 8 通道Peakanalyzer設(shè)備用于監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的傳動(dòng)鏈，同時(shí)，還可以額外增加兩個(gè)通道監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)螺栓是否松動(dòng)。診斷裝置位于風(fēng)機(jī)的機(jī)艙中，可以將其安裝在控制柜內(nèi)或者其他防護(hù)等級(jí)較高的箱體內(nèi)。8 個(gè) IEPE 加速度傳感器對(duì)傳動(dòng)鏈進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分別為：1 個(gè)傳感器用于主軸承，2 個(gè)用于發(fā)電機(jī)，5 個(gè)用于齒輪裝置。系統(tǒng)通過(guò)這些數(shù)據(jù)對(duì)傳動(dòng)鏈進(jìn)行分析。需要時(shí)，也可以將 Peakanalyzer 連接到現(xiàn)有的通訊結(jié)構(gòu)中，如機(jī)艙中的局域網(wǎng)接口，VPN 等，或者可以通過(guò)無(wú)線通訊、光纖（塔筒）、GHSDSL（系統(tǒng)之間的銅纜）以及通過(guò) DSL 建立與互聯(lián)網(wǎng)的通訊。

GfM軟件工程師 Christian Reinke解釋了PC 控制技術(shù)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)：“Beckhoff的模塊化控制系統(tǒng)是一款可自由編程的開(kāi)放式系統(tǒng)，可在全球范圍內(nèi)供貨并提供備件更換，從而讓我們能夠提供定制化、經(jīng)濟(jì)高效且可靈活擴(kuò)展的診斷解決方案。更重要的是，分布式解決方案可以方便地通過(guò)EtherCAT端子模塊 I/O 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。借助 EtherCAT 高性能的通訊特征， Peakanalyzer 可提供多達(dá) 32 個(gè)輸入通道，從而提高了應(yīng)用的靈活性。通過(guò) EtherCAT 端子模塊 EL3632 和 EL3702 的超采樣功能，甚至還可以實(shí)現(xiàn)比總線周期更短的高速采樣率，而這也是 Peakanalyzer 能夠支持如此精確的振動(dòng)記錄和分析的原因所在。”

TwinCAT 軟件幫助 CX5020 嵌入式控制器實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)采集和緩存。然后，數(shù)據(jù)通過(guò) ADS（TwinCAT內(nèi)部通訊協(xié)議）傳輸給GfM 專有的分析軟件，以進(jìn)行進(jìn)一步處理。Christian Reinke繼續(xù)說(shuō)道：“其優(yōu)勢(shì)在于PLC可以直接實(shí)現(xiàn)配置更改，即所有的通訊都基于一款通用 PLC，即使需要具有不同數(shù)量通道和端子模塊類型的不同系統(tǒng)配置，也只需要在軟件配置中加以區(qū)別即可。”遠(yuǎn)程訪問(wèn)也是可行的，將GFM.NET 應(yīng)用程序安裝在嵌入式控制器中，就可以通過(guò)TCP/IP與網(wǎng)絡(luò)上的另一臺(tái)計(jì)算機(jī)中的配置和測(cè)評(píng)軟件進(jìn)行通訊了。

Kai Uchtmann、Dr. Rainer Wirth 和 Axel Haubold（從左至右）自 1985 年以來(lái)就一直從事機(jī)器診斷工作，并于 1999 年成立GfM公司

必不可少的 I/O 設(shè)備—狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊

兩通道 EtherCAT 模塊 EL3632 是 Peakanalyzer 不可或缺的組成部分，它可以精確記錄傳動(dòng)鏈監(jiān)測(cè)的傳感器數(shù)據(jù)，據(jù) GfM 聯(lián)合創(chuàng)始人兼總經(jīng)理 Axel Haubold 所述：“我們的高級(jí)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)關(guān)鍵是以 50 kHz 的采樣率采集 IEPE 傳感器信號(hào)，另外一個(gè)關(guān)鍵是 1 Hz 和 1 kHz 之間的寬采樣范圍，這樣，設(shè)備就可以同時(shí)測(cè)量低頻率振動(dòng)（例如塔筒振蕩）和高頻率振動(dòng)（例如風(fēng)力發(fā)電機(jī)的振動(dòng)）。為了獲得高質(zhì)量的包絡(luò)信號(hào)，以檢測(cè)滾動(dòng)軸承及齒輪損壞情況，所有通道幾乎都以 50 kHz 的頻率進(jìn)行測(cè)量。在風(fēng)電行業(yè)，0.1 至 10 Hz 模式也額外用于記錄符合 VDI3834 的特性值。另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，特別是在調(diào)試期間，EL3632 狀態(tài)監(jiān)控模塊能夠提供斷線檢測(cè)功能。”

Peakanalyzer的 I/O 系列可以根據(jù)客戶要求通過(guò)添加接口的方式進(jìn)行完善。Christian Reinke詳細(xì)闡述道：“在這里，我們受益于種類豐富的模塊化EtherCAT I /O 系統(tǒng)解決方案。例如，通過(guò)脈沖測(cè)量端子模塊EL5151的增量編碼器接口，能夠以每轉(zhuǎn)多個(gè)非等距脈沖的方式進(jìn)行非常精確的速度測(cè)量。具有超采樣功能的模擬量輸入端子模塊 EL3702 非常適合于監(jiān)測(cè)慢速移動(dòng)滾子軸承的感應(yīng)式位移傳感器，以記錄振動(dòng)情況。”

數(shù)字量輸入端子模塊 EL1002 用于觸發(fā)測(cè)量，數(shù)字量輸出端子模塊 EL2004 用于發(fā)送特性值和過(guò)程參數(shù)報(bào)警信號(hào)。重要的過(guò)程變量，例如功率、風(fēng)速和扭矩，可以作為模擬量電壓信號(hào)（±10V）或電流信號(hào)（0 - 20 mA）通過(guò)模塊EL3702 或 EL3742采集進(jìn)入診斷系統(tǒng)中。此外，XFC(極速控制)載荷分析模塊EL3356-0010 可用于扭矩測(cè)量，而高精度PT100 輸入端子模塊EL3202-0010可以用于溫度測(cè)量。

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