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基于柔性测试技术的旋转机械信号处理平台.

供稿:北京泛华恒兴科技有限公司 2013/5/17 16:42:17

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  • 关键词: 柔性测试技术、旋转机械、虚拟仪器技术
  • 摘要:本文中的旋转机械处理平台是基于柔性测试技术对测试系统可靠性、精确性、扩展性、适用性和灵活性五方面的追求,利用PXI系统及相关的分析工具,实现了大吞吐量数据采集及实时数据上传与下载等功能,提高了测试工作的精确性和及时性。实际使用结果表明:该系统具有较强的灵活性和扩展性,运行效率高,能有效的满足旋转机械试验的需求。

一.引言 

随着科学技术与现代化工业的发展,旋转机械正朝着大型化、连续化、高速化、轻型化、集中化、自动化和大功率、大载荷方向发展。其特点为:试验项目多;时间长;测试点多;难度大、成本高(数亿美金);对试验数据的安全及共享性要求更高。为了满足以上特点,需要将分散的试验场站的试验系统纳入统一的数据网络管理系统,因此如何将试验中心或基地获取的试验数据和结果近于实时地传给设计、制造、使用等单位,及如何分析和使用试验数据等就成为新的挑战。


基于柔性测试技术的旋转机械信号处理平台 
应用先进的网络技术构建,不仅充分考虑到测试系统对可靠性、精确性的需求,保证了数据的安全,同时,也针对试验中多测试点、实时传输数据等特点,在测试系统设计时充分保证了系统的扩展性和灵活性。

二.旋转机械信号处理平台架构 
旋转机械信号处理平台包括三个部分:前端数据分系统、中央数据服务分系统和离线分析工作站系统。平台的架构如下图所示

 

• 前端数据分系统即为各分立的场站试验台系统,负责将数据上传到服务器;其可以独立运行,具备数据采集、数据本地备份、在线分析、本地监控等功能。 
• 中央数据服务分系统是整个系统的核心,完成各前端数据分系统上传数据的接收、存储,为各个离线工作站提供数据离线分析、数据检索等服务。 
• 离线分析工作站即为经授权接入中央数据服务分系统的内网终端,包括时域显示、联合时频分析、倍频程分析、阶次分析等16种针对振动信号的分析算法。

三.各分系统说明 
(一)前端数据分系统 
前端数据分系统主要是指场站试验系统,提供平台运作的原始试验数据。 
1.  主要功能: 
•试验数据采集 
•本地数据备份 
•数据上传 
•试验系统状态监控 
•在线数据分析 
•试验系统控制

2.  系统组成:前端数据分系统主要包括数据采集设备、试 
验控制设备、监控主机设备、数据备份设备等。监控主机、数据采集设备和数据备份设备组成局域网,通过TCP/IP进行内外数据交换。


数据采集设备根据信号测试点的数量和采集速率需求,一般配置为多采集器组合,即主采集器加数个辅助采集器,采集通道可以扩充或调整。如有需要,信号需经调理后接入数采设备。

试验控制设备为发动机试车提供燃油、进风、环境等基础条件的控制,属于场站基础设施范畴,需要专业单位承建,在此不再赘述。

监控主机负责资源配置管理,试验监控管理和在线分析等任务,多配置为数个计算机终端,分别负责试验监控、系统管理和在线分析,具备报警功能。 
数据备份设备保存所有数据采集端采集的通道数据,同时将数据上传至中央数据服务系统。 
前端数据分系统结构如下图所示:

(二)中央数据服务器分系统 
中央数据服务器分系统是整个平台的数据集散中心,它通过网络接收前端数据系统的试验数据,进行分类标识存储,同时接收离线分析工作

 

站的数据查询请求,分析离线分析工作站的数据请求参数,将索引出的通道数据分发给各离线分析工
作站。


1.  系统功能 
• 数据存储:按照通讯协议,通过TCP/IP接收各前端数据分系统发送过来的数据,并进行标记存储; 
•数据分发:按照通讯协议,通过TCP/IP分发给各离线分析工作站要求的数据; 
•权限管理:对申请数据查询的客户端进行权限认证。

2.  系统结构中央数据服务系统支持多个前端数据系统和多次试验数据的存储与分发,采用服务器作为中央数 
据服务系统的硬件,当通道数量过多时,可采用服务器群。系统结构如下图所示:

3.  工作原理 
• 数据存储:前端数据系统中的备份系统将数据通过网络传输至中央数据服务系统,并通过流盘技术将数据保存到磁盘阵列中。当成功保存数据后,数采端会删除相应数据文件,避免因网络故障造成数据丢失。 
• 中央数据服务系统的另一个数据操作就是分发数据给各离线分析工作站,验证登录用户的权限,保证数据查询的安全性;根据离线分析工作站提交的索引条件向离线分析工作站分发相应数据。

(三)离线分析工作站系统 
离线分析工作站系统用来查询、分析旋转机械试验的历史数据。

 

 分析功能:

时域显示

联合时频分析

倍频程分析

通道间运算

相位差计算

包络提取

Sound levelmeter

频谱分析

阶次分析

自相关分析

Colormap

Levelmeter

积分

互相关

微分

瀑布图

工作原理:离线分析工作站系统的主要任务是对旋转机 
械信号进行各种分析处理。首先,离线分析工作站向服务器提交检索信息;然后中央数据服务系统根据这些检索信息,将相应数据发送给离线分析工作站;最后离线分析工作站对这些通道数据进行特定的分析与显示。

四.旋转机械信号处理平台特点 
• 配置的灵活性:在上位机上可以配置下位机参与采集的通道,方便用户根据实际情况增加或删除采集通道;并且可以对每个通道分别标定;在离线分析工作站中可以提取任意时间段的任意数据分析。• 
数据安全的可靠性:数据备份端通过网络接收各数据采集器的试验数据,分类表示存储,进行数据备份,同时按照试验数据的时间顺序,将试验试验数据上传至中央服务器;当数据备份系统与中央数据服务系统成功的保存数据后,会通知数采端,数采端将删除相应数据,这样数据的安全就得到了保证,避免因网络故障造成数据丢失。


• 易于维护和扩展性:可以根据采样点的个数任意扩充机箱、板卡;当通道数量增加时,可以采用服务器群作为中央服务器系统的硬件资源;根据需求可以任意添加监控端和离线分析工作站。


大数据量吞吐的能力:支持130个通道,50KS/s的数据同步采集,增加硬件配置可提升吞吐能力。

五.结语 
上述旋转机械信号处理平台能有效地解决目前旋转机械试验面临的挑战。其利用柔性测试技术的核心——虚拟仪器技术为主体的软硬件,结合当前国际测试和网络先进技术所开发的综合试验管理平台,对各试验系统的试验数据进行管理,包括试车数据的采集、存储、在线分析、离线分析等,在保证数据安全的前提下,使多协作单位数据的共享成为可能。

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