技术Peakanalyzer智能化状态监测系统

Posted 2021-04-26 风电控

摘要：

德国GfM公司的Peakanalyzer 是一套适用于各类旋转机械设备的成熟可靠的全自动振动诊断的状态监测系统。软件运行于 Beckhoff 控制器平台，可以根据需要项目技术特点进行模块化或分布式方案配置。在TwinCAT 3 系统上执行单独的任务。控制中的过程变量数据可直接连接到Peakanalyzer。该集成化解决方案还可将诊断结果直接反馈给控制系统，而无需额外的现场总线。控制系统和Peakanalyzer的测量数据可以相同的系统时间戳保存，易于此后的数据分析。

总部位于柏林的 GfM（Gesellschaft für MaschinendiagnosembH）公司主
营业务是滚动轴承以及齿轮装置的振动诊断。该公司联合创始人兼总经理 Dr. Rainer Wirth 这样解释道：“我们的研发工作始终专注于诊断流程的自动化，因为这对于诊断技术的推广至关重要。GfM 积极推动诊断服务和设备开发的融合，这样实践经验可以直接反馈到产品开发中。”

Peakanalyzer 是一款承载了这种设计思想优势的产品，它具有多达32个测量点专为全自动、高级振动诊断而设计。另有最多 32 个慢速通道用于处理较慢的过程变量（1 kHz）。该设备应用Beckhoff PC 控制技术，完美结合了科技自动化理念，将诸如状态监测等超越标准自动化要求的测量功能整合于一体。Peakanalyzer通过重采样的方式对变速传动的诊断数据进行阶次分析，并通过DVS 分析来自动识别显著性谱频分量，实现振动分析的自动化。

这种多用途诊断设备的典型应用领域包括价格昂贵且低冗余设计的传动系统，如针对建材行业的钢铁厂、输送系统中的传动机构（可靠性在此类应用中非常关键）或缆车中与安全相关的驱动机构。Peakanalyzer 也常常用于维护人员难以轻易到达的设备中，因为在这些设备中基于状态监测的提前维护是必须的。风力发电机组就是这种应用的典型案例。

采用一个 8 通道 Peakanalyzer 设备可以用于监测风力发电机组的传动链。诊断装置位于风机的机舱中，可以将其安装在控制柜内或者其他防护等级较高的箱体内。8 个 IEPE 加速度传感器对传动链进行数据采集，分别为：1 个传感器用于主轴承， 2 个用于发电机， 5 个用于齿轮箱。系统通过这些传感器采集对传动链进行分析。可以将 Peakanalyzer 连接到现有的通讯结构中，如机舱中的局域网接口， VPN 等，或者可以通过无线通讯、光纤（塔筒）以及通过 DSL 建立与互联网的通讯。

GfM 软件工程师 Christian Reinke 解释了 PC 控制技术带来的优势：“Beckhoff 的模块化控制系统是一款可自由编程的开放式系统，可在全球范围内供货并提供备件更换，从而让我们能够提供定制化、经济高效且可灵活扩展的诊断解决方案。更重要的是，分布式解决方案可以方便地通过 EtherCAT 端子模块 I/O 系统实现。借助 EtherCAT 高性能的通讯特征， Peakanalyzer 可提供多达 32 个输入通道，从而提高了应用的灵活性。通过 EtherCAT 端子模块 EL3632 和 EL3702 的超采样功能，甚至还可以实现比总线周期更短的高速采样率，而这也是 Peakanalyzer够支持如此精确的振动记录和分析的原因所在。” 

TwinCAT 软件帮助嵌入式控制器实现测量数据采集和缓存。然后，数据通过 ADS（TwinCAT内部通讯协议）传输给 GfM 专有的分析软件，以进行进一步处理。Christian Reinke 继续说道：“其优势在于 PLC可以直接实现配置更改，即所有的通讯都基于一款通用 PLC，即使需要具有不同数量通道和端子模块类型的不同系统配置，也只需要在软件配置中加以区别即可。”远程访问也是可行的，将 GFM 应用程序安装在嵌入式控制器中，就可以通过 TCP/IP 与网络上的另一台计算机中的配置和评估软件进行通讯了。 

两通道 EtherCAT 模块 EL3632 是 Peakanalyzer 不可或缺的组成部分，它可以精确记录传动链监测的传感器数据，据 GfM 联合创始人 Axel Haubold 所述：“我们的高级振动监测系统实现的一个关键是以 50 kHz 的采样率采集 IEPE 传感器信号，另外一个关键是 1 Hz 和 1 kHz 之间的宽采样范围，这样，设备就可以同时测量低频率振动（例如塔筒振荡）和高频率振动（例如风力发电机的振动）。为了获得高质量的包络信号，以检测滚动轴承及齿轮损坏情况，所有通道几乎都以 50 kHz 的频率进行测量。在风电行业， 0.1 至 10 Hz 模式也额外用于记录符合 VDI3834 的特性值。另外一个优点是，特别是在调试期间， EL3632 状态监控模块能够提供断线检测功能。”

Peakanalyzer 的 I/O 系列可以根据客户要求通过 添 加 接 口 的 方 式 进 行 完 善。Christian Reinke 详细阐述道 ：“在这里，我们受益于种类丰富的模块化EtherCAT I/O 系统解决方案。例如，通过脉冲测量端子模块 EL5151 的增量编码器接口，能够以每转多个非等距脉冲的方式进行非常精确的速度测量。具有超采样功能的模拟量输入端子模块 EL3702 非常适合于感应式位移传感器用于监测慢速运动的滚动轴承。”

数字量输入端子模块 EL1002 用于触发测量，数字量输出端子模块 EL2004 用于发送特性值和过程参数报警信号。重要的过程变量，例如功率、风速和扭矩，可以作为模拟量电压信号（±10V）或电流信号（0 - 20 mA）通过模块 EL3702 或 EL3742 采集进入诊断系统中。此外，XFC （极速控制）载荷分析模块 EL3356-0010 可用于扭矩测量，而高精度PT100 输入端子模块 EL3202-0010 可以用于温度测量。 

Peakanalyzer 基于通用的自动化组件，根据项目需求灵活配置，采用可靠成熟的专业诊断算法实现了各类机械设备的齿轮和轴承等传动部件的全自动化故障诊断。 

应用领域：

Ø 风力发电机组的传动链

Ø 水电厂和火电厂的齿轮箱

Ø 露天采矿机械的传动装置

Ø 水泥厂磨机和窑炉的传动装置

Ø 混凝土输送泵

Ø 船舶的传动装置

Ø 纺织机械和铣床

Ø 索道的传动装置

Ø 木工机械

Ø 风机的传动装置

Ø 挖掘机传动装置

Ø 化工行业搅拌机和挤出机

Ø 辊磨机、钢厂和码头的起重机

Ø 船式起重机

Ø 造纸机械、压光机

Ø 闸门传动装置、船升降机

关于德国 GfM 和海息通自动化：

德国 GfM 公司是诊断工业齿轮箱和滚动轴承的专家。除了振动诊断和扭矩分析服务外，还开发和销售用于离线机器诊断测量仪器和在线状态监视系统。由于德国 GfM 公司的独立性质，确保诊断报告具有中立特征。

海息通自动化作为德国 GfM 公司在中国市场的合作伙伴，致力于为国内各行业的旋转机械提供可靠稳定、自动化、智能化的状态监测系统。

更多信息欢迎访问 www.highsyst.com

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