一種在線主動動平衡測控裝置及測控方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種在線主動動平衡測控裝置及測控方法，包括上位機以及嵌入式測控裝置，所述嵌入式測控裝置包括背板總線模塊以及與背板總線模塊相連的數據處理與控制模塊、模擬信號調理與輸出模塊以及配電電源模塊，模擬信號調理與輸出模塊的輸入端連接有傳感器適配模塊，傳感器與傳感器適配模塊相連，模擬信號調理與輸出模塊的輸出端連接有驅動放大單元，上位機通過網絡與數據處理與控制模塊相連，本發明專利技術的動平衡測控裝置特點是集監測與控制一體化、功能模塊化、可用于遠程監測與控制場合，可以實現對轉子不平衡振動的在線實時測控，配以相應的動平衡頭即可實現轉子系統的減振，從而提高機器的運行質量和壽命。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于旋轉機械自動動平衡領域，涉及，具體涉及一種基于功能模塊化的可重構的轉子在線自動平衡測控裝置及測控方法。
技術介紹
旋轉機械的不平衡振動一直是影響機器運行質量的主要原因之一。由于誘發轉子不平衡的因素很多，如轉子本身的設計與加工缺陷、轉子的裝配與安裝精度和轉子工作過程中的磨損與變形，這些因素都會使旋轉機械的質量不平衡問題不可避免。在線自動平衡是降低不平衡的一種新的技術手段，為了實現旋轉機械的在線自動動平衡，不僅需要對其運行狀態進行實時監測，更重要的是進行不平衡主動控制。目前國內外對動平衡狀態的監測與主動控制已開展了廣泛的研究，并形成了一些 技術，如中國專利申請“磨床砂輪動態平衡測控系統”(CN1405541A，申請日期2002. 11. 21)采用DSP芯片TMS320F240設計，實現對磨床砂輪動態平衡的監測與控制。其主要特點是采用F240芯片設計，其組成的測控系統雖然具有一定的監測與控制功能，但由于不能進行數據的浮點型運算且芯片運算速度低，因此在高速磨削機床的高實時性、高精度的要求方面具有一定的不足，并且不能實現在線實時測控功能。中國專利申請“一種機床功能部件可重構監測系統及其方法”(CN102073304A，申請日期2011.01. 17)是基于“嵌入式監測單元+傳感器信號調理模塊”硬件架構的機床功能部件可重構監測硬件裝置，其能夠實現機床轉動狀態的在線監測，且具有較高的監測精度，但由于沒有相應的控制信號輸出功能，因此不能實現旋轉機械動平衡的自動控制。同樣，在國內很多研究中，一些系統能夠實現動平衡狀態的監測功能或者控制功能而不能將監測與控制集成在一個裝置中，這就給動平衡的測控帶來了一定的難度，因此需要設計一種既能夠實現旋轉機械運行狀態的實時監測又能夠實現對不平衡量的主動控制的測控方案。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供。為達到上述目的，本專利技術采用了以下技術方案一種在線主動動平衡測控裝置，包括上位機以及嵌入式測控裝置，所述嵌入式測控裝置包括背板總線模塊以及與背板總線模塊相連的數據處理與控制模塊、模擬信號調理與輸出模塊和配電電源模塊，模擬信號調理與輸出模塊的輸入端連接有傳感器適配模塊，傳感器與傳感器適配模塊相連，模擬信號調理與輸出模塊的輸出端連接有驅動放大單元，上位機通過網絡與數據處理與控制模塊相連。所述上位機裝有動平衡監測與控制軟件，動平衡監測與控制軟件包括動平衡遠程監測與控制主模塊和動平衡狀態實時顯示模塊。所述數據處理與控制模塊包括DSP處理芯片、FPGA處理器、網絡處理芯片、SDRAM存儲芯片、FLASH存儲芯片、ADC模數轉換芯片、DAC數模轉換芯片、USB串口、計數器接口和脈沖編碼器，DSP處理芯片分別與網絡處理芯片、SDRAM存儲芯片、FLASH存儲芯片和FPGA處理器相連，ADC模數轉換芯片的輸出端、DAC數模轉換芯片的輸入端、USB串口、計數器接口和脈沖編碼器分別與FPGA處理器相連；背板總線模塊分別與FPGA處理器的FILTERCLK輸出端，DAC數模轉換芯片的輸出端，ADC模數轉換芯片的輸入端以及DSP處理芯片與FPGA處理器的供電端連接。所述模擬信號調理與輸出模塊由多路并行的信號隔離放大濾波電路與多路并行輸出通道組成，信號隔離放大濾波電路包括依次連接的信號隔離放大器、可編程增益放大器、可編程低通濾波器和阻抗匹配電路，信號隔離放大器與傳感器適配模塊相連，阻抗匹配電路與背板總線模塊相連；多路并行輸出通道的一端與背板總線模塊相連，另一端與驅動放大單元相連,驅動放大單元和轉子的動平衡頭線圈相連。所述傳感器包括轉速傳感器和振動加速度傳感器。一種在線主動動平衡測控方法，包括以下步驟 I)將轉速傳感器安裝在機器的殼體上，轉速傳感器的探頭對準轉子的軸頸，將加速度振動傳感器直接安裝在支承轉子的軸承外殼上；2)開啟嵌入式測控裝置并初始化系統，在上位機上啟動動平衡監測與控制軟件，初始化網絡并實現網絡連接，然后通過上位機更新嵌入式測控裝置中的動平衡程序，并將配置參數下載到嵌入式測控裝置；3)啟動帶有動平衡頭的轉子，將傳感器采集到的振動信號和轉速信號通過模擬信號調理與輸出模塊送入數據處理與控制模塊進行信號的處理與分析；4)嵌入式測控裝置將信號處理與分析得到的特征信息通過網絡傳輸給上位機的動平衡監測與控制軟件并自動診斷是否需要動平衡，然后動平衡監測與控制軟件對不平衡信息進行在線顯示；5)若需要動平衡，通過上位機的動平衡監測與控制軟件將動平衡設置為自動平衡模式并將這一設置結果下載到嵌入式測控裝置的數據處理與控制模塊中，在數據處理與控制模塊中通過動平衡控制算法計算輸出脈沖信號的個數；6)將脈沖信號通過模擬信號調理與輸出模塊送至驅動放大單元放大后傳輸給動平衡頭的線圈，驅動動平衡頭轉動，實現自動平衡。所述信號處理與分析包括以下步驟將傳感器采集到的信號變換成離散的數字信號，然后通過快速傅立葉變換將數字信號從時域信號變成頻域信號，從頻域信號獲得最大頻域幅值及與最大頻域幅值對應的頻率大小，通過最大頻域幅值計算出不平衡量，當采用整周期采樣時，計算出不平衡量的相位。所述動平衡控制算法包括坐標尋優法和影響系數法，通過上位機的動平衡監測與控制軟件選擇坐標尋優法或者影響系數法進行動平衡控制，同時在線設定不平衡量的門限值從而使嵌入式測控裝置能夠自動實現轉子不平衡控制。所述坐標尋優法包括平衡相位過程和平衡幅值過程，首先動平衡頭的兩個配重盤沿順時針方向同向轉動，在轉動過程中檢測不平衡量是否減小，若不平衡量未減小，則調整兩個配重盤沿逆時針方向同時轉動，當檢測到的不平衡量達到最小時，兩配重盤相迎轉動并判斷不平衡量增大還是減小，若不平衡量減小則繼續相迎轉動，若不平衡量增大則將兩配重盤相背轉動，直到監測的不平衡量減小到可以接受的范圍。本專利技術的有益效果在于在線主動動平衡測控裝置主要針對安裝有電磁動平衡頭的旋轉機械實現其運行狀態的在線監測與不平衡的主動控制，其主要是通過嵌入式測控裝置與上位機的實時通信保證了其在線遠程測控的功能，具有較高的實時性和監測控制精度，并能實現遠程主動控制。使用本專利技術的測控裝置以及測控方法可以對旋轉機械的轉子質量分布不均問題進行有效的監測并對安裝有電磁動平衡頭的轉子進行有效的不平衡量控制，進而能夠明顯降低旋轉機械的不平衡振動，這有利于提高旋轉機械的運行質量、效率和壽命。本專利技術開發了基于功能模塊化的可重構在線動平衡測控裝置，該測控裝置基于功能模塊化的硬件架構和參數可組態的軟件架構，實現了對轉子動平衡狀態的實時監測和對轉子不平衡的在線主動控制。附圖說明 圖I是本專利技術轉子在線主動動平衡系統整體結構設計圖。圖2是本專利技術功能模塊化的可重構動平衡測控裝置總體方案圖。圖3是本專利技術基于網絡的數據處理與控制模塊總體結構圖。圖4是本專利技術模擬信號調理與輸出模塊的原理圖。圖5是本專利技術動平衡監測與控制流程圖。圖6是本專利技術動平衡測控裝置總體軟件流程圖。圖7是本專利技術動平衡量監測流程圖。圖8是本專利技術動平衡控制流程圖。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。參見圖1，本專利技術包括上位機以及通過網絡與上位機連接的嵌入式測控單元，所述上位機主要實現動平衡監測與控制軟件的運行、修改和結果顯示，所述嵌入式測控單元主要完成振動和轉速信本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種在線主動動平衡測控裝置，其特征在于：包括上位機以及嵌入式測控裝置，所述嵌入式測控裝置包括背板總線模塊以及與背板總線模塊相連的數據處理與控制模塊、模擬信號調理與輸出模塊和配電電源模塊，模擬信號調理與輸出模塊的輸入端連接有傳感器適配模塊，傳感器與傳感器適配模塊相連，模擬信號調理與輸出模塊的輸出端連接有驅動放大單元，上位機通過網絡與數據處理與控制模塊相連。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：景敏卿，樊紅衛，尹明泉，劉恒，智靜娟，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：