基于振动、温度和声信号的旋转机械综合监测系统

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1、基于振动、温度和声信号的旋转机械综合监测系统摘要旋转机械在工作过程中其物理参数如振动、温度和噪声等会发生变化，传统的监测方法是基于单一信号如振动信号或者声信号。但在诊断精度等方面还有不足。本文提出基于振动、温度和声信号的综合监测方法。实验结果表明，基于振动、温度和声信号的综合监测方法，能够有效提高故障诊断的精度，并能够实时监测旋转机械的工作状态以及故障预警。关键词：DSPUSB数据采集旋转机械状态监测COMPREHENSIVEMONITORSYSTEMFORROTATINGMACHINERYBASEDONVIBRATION,TEMPERATUREANDNOISEAbs

2、tractThephysicalparameters，suchasvibration,temperatureandnoisewillbechangedintheworkingrotatingmachinery.Thetraditionalmonitoringmethodisbasedonsimplesignalssuchasvibration,ornoise.However,thereissomedifficultyinprecisediagnosis.Theunionmonitoringmethodbasedonvibration,temperatureandnoi

3、seisproposedinthispaper,andtheexperimentalresultsshowthattheproposedmethodisabletonotonlyimprovetheprecisionoffaultdiagnosiswithgreatefficiency,butalsotomonitorthereal-timeconditionsofrotatingmachineryandfaultprediction.Keywords：DSP,USB,DataAcquisition,RotatingMachinery,ConditionMonitor

4、ing0引言随着USB接口技术的飞速发展，它已经广泛应用于各行各业中。因此，将USB接口技术应用机械设备的状态参数采集和故障诊断中必然会成为一种趋势。机械设备在长期运行中可能会出现机械、电气等方面的故障,伴随这些故障必然产生振动、噪声、温度、压力等物理参数的变化,我们可以借此来判断机械设备的工作状态并对其进行状态监测和故障诊断[1]夏庆观.数控机床故障诊断[M].北京:机械工业出版社,2004.。高速数据采集系统一般由DSP芯片和高速总线搭建而成，目前常用的方法有4种：基于PCI总线的数据采集系统、基于PLD的高速数据采集系统、基于DSP和USB接口的数据采集系统以及

5、基于USB和串行A/D转换的数据采集系统[2]刘泽西，程晶晶，孔力.基于USB2.0接口的高速实时数据采集系统[J].测控技术，2007，（2）:34-37。由于实时状态监测大容量数据高速传输的需要，基于DSP的数据采集便成了首选。DSP采用了多总线的哈佛结构、专用的硬件乘法器、多级流水线操作和专用的DSP指令等方法使其获得了高速并行处理能力,能够实时地完成复杂的控制算法。而USB总线技术具有速度快(USB协议2.0支持最高传输速度可达480Mbps)、支持热插拔和扩展方便(USB上最多可以连接127个外部设备)即插即用等优点[3]戴小俊，丁铁夫，郑喜凤.基于USB和

6、DSP的数据采集系统的设计[J].电子技术应用，2007，（1）:84-863][4]WuX.HighSpeedDataAcquisitionSystemUsingUSBInterface[J].JournalofElectronicMeasurementandInstrument,2004,(2):1151-1155.[5]刘宁艳，路宏敏，刘科祥.基于DSP的高速数据采集系统的研制[J].电子设计应用，2004，（1）:46-48.。本文在以上各种方法的基础上，确定了基于DSP和USB接口的机械状态监测系统的方案。1系统硬件设计机械状态监测系统一般由数据采集、数据处

7、理和故障预警三部分组成。数据采集的硬件主要由1片DSP芯片、1片CPLD、4片AD转换器和USB芯片构成。其系统结构如图1所示。AD7899DSP*CPLDUSBPC图1系统结构图DSP芯片采用TI的TMS320VC5509[6]TMS320C55xDSPCPUReferenceGuide.TexasInstrumentsInc.,2004.。它是TI公司生产的第三代高性能低功耗DSP芯片。CPLD芯片采用ALTERA公司的EPM3256，用来作为数据输入输出的缓冲和控制。DSP与CPLD之间的通信采用多通道缓冲串口DMA方式。具体流程如图2所示[7