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基于ZigBee的轴承寿命测试数据采集和分析系统
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摘要
作为旋转机械中应用最为广泛的零部件之一,轴承的运行状态直接影响着整个系统的稳定性。生产厂家对轴承的质量检测都比较重视,除了常规的生产过程质量检测外,有条件的地方还需要对轴承进行全设计寿命的运行试验,本论文针对的就是这类试验系统。与对滚动轴承运行状态进行现场监控报警的系统不同,本论文涉及到的滚动轴承疲劳寿命测试系统,主要完成对滚动轴承从无损状态一直运转到损坏的整个试验过程中振动和温度的数据采集、传输,对数据进行分析,并提供在整个实验周期内所有采集点数据的数据、图形与声音的再现能力。
     本论文中数据从试验台到监控主机的传输采用Zigbee无线通讯方案实现。借用了其组网和网络自愈机制,并在此基础上完成数据校验重传、对象字典定义等软件机制,简化布线、新测试节点动态加入等工程应用问题,增强了系统的灵活性。为每个试验台搭配了一块基于ARM9的嵌入式终端来完成数据的收集、监测、波形显示和传输控制,终端LCD会实时更新显示采集到的振动和温度数据,当发现数据异常时,终端将输出控制指令直接停止试验,从而避免在长期的寿命周期实验中人工安排的难题;终端将各自测试轴承的振动和温度数据上传到监控主机,上位机程序对接收到的数据进行波形显示、FFT变换、存储,并根据数据异常情况自动或手动下传控制命令到终端来控制试验进程。
     在初步试验中,本系统运行稳定,在ZigBee协议栈及上层重传机制的保障下,系统无线网络能持续稳定完成数据传输任务,保证了采集终端与主控机的交互通讯。上位机程序提供了必要的交互界面,方便查看数据内容以及对终端下传控制指令。上位机程序能对被测轴承的整个寿命周期不同阶段的数据实现分析和存储以及振动声音回放,为人工分析被测轴承的失效过程,以及可能的更深层次理论研究提供数据支持。
As one of the most extensive used machine replacement parts in rotary machines, the running state of rolling bearing influences the stability of the whole system directly. Manufacturers pay great attention on bearing quality inspection. Besides conventional detection of the production process, many manufacturers would take full life running tests on rolling bearings if conditions are met. The system in this paper is designed for these tests. Different from most monitoring systems that monitor the running state of rolling bearings in real time when they are being used, a design of analytic system for fatigue test on rolling bearing is proposed in this paper. The data of the whole process of the fatigue test that causes rolling bearing changes from being fully good to damaged is collected and transferred to the monitor computer, and the program on the monitor computer will analyze and store the data. These works make it possible to reappear the whole change history of data, wave and sound in the test.
     The data transfer work of the system design propose in this paper is based on ZigBee technology. Based on the convenient network self-startup and self-repair mechanism of ZigBee, retransmission mechanism and object dictionary are designed in software which make the wiring work and addition of new test node easy to achieve. All of these make the system more flexible. An embedded system terminal device based on ARM9 is assigned to each test stand to collect and check the data, and also control the transfer process. An LCD shows the vibrate wave and temperature in real time. When anomaly is discovered, the ARM processor will output a control signal to end the test process. Terminal devices upload the vibrating and temperature data of their test stand to the center monitor PC. The program on the center monitor PC figures out the wave based on the received data and its FFT wave also, then these data is stored in files on the hard disk. If needed, control signals are emitted to terminal devices through ZigBee network to control the test process. The network is started in mesh topology, and an upper protocol include auto resend mechanism is designed to ensure stability of wireless network transfer.
     The preliminary test reveals that the system runs steadily. Under the work of ZigBee’s protocol stack and the retransmission mechanism, the wireless network dose a good job on transfer constantly, which provides condition for the communication between the center monitor PC and terminal device. The PC program provides a friendly interface, so it is very convenient to look over data and send control signals to the terminal devices. Data in different periods of the test is stored and can be analyzed, which provides data support to the research on bearing’s failure process and maybe deeper theory research.
引文
[1]周瑞峰,张志新,王亮.滚动轴承故障智能诊断技术的研究[J].化工装备技术. 2009,30(2): 41-44.
    [2]仇学青,张鑫.滚动轴承故障诊断研究的国内现状与发展方向[J].煤矿机械. 2007,28(6):6-8.
    [3]刘夏.滚动轴承故障诊断的信号采集与处理系统[D].南昌大学信息工程学院,2006.
    [4]田振华,王卓马,春艳.滚动轴承的状态监测系统[J].吉林工学院学报. 2001,22(4):8-10.
    [5]张国远,朱善安.滚动轴承的自动监测及故障诊断系统[J].轴承. 2005(1):32-34.
    [6]武和雷,朱善安,林瑞仲,郑剑锋.滚动轴承故障诊断虚拟仪器系统[J].轴承. 2002(12):34-39.
    [7]王卓,田振华,赵丁选.滚动轴承的振动监测与故障诊断系统研究[J].机电工程. 2001,18(6):52-54.
    [8]刘永斌,刘志刚等.基于嵌入式传感器的滚动轴承状态监测系统的研究[J].机械制造. 2003,41(472):55-57.
    [9]刘军.故障诊断方法研究及软件开发[D].大连理工大学,2000.
    [10]高保禄,冯秀芳,等.基于无线传感器网络数据融合的滚动轴承故障诊断[J].中北大学学报. 2010,31(3):248-252.
    [11]吕琛,宋希庚,邹积斌.振动、噪声信号的阶比分析与DSP实现[J].数据采集与处理. 2001,16(4):478-482.
    [12]苏宝定.滚动轴承振动检测与智能诊断系统研究[D].大连理工大学,2008.
    [13]单明芳.基于DSP的滚动轴承振动信号采集系统的研制[D].东北大学,2005.
    [14]刘传明,赵学智,黄礼荣,李兴林.滚动轴承振动信号采集与数据处理系统[J].轴承. 2000(6):26-30.
    [15]吴晨霞.基于ZigBee技术的轴承温度监控系统[D].大连理工大学,2009.
    [16]姜玉龙,汪庆年,刘夏,武和雷.基于DSP的滚动轴承故障诊断系统的设计[J].南昌大学学报. 2007,37:263-268.
    [17]刘亚娟,乔亚敏.基于软件共振解调分析的滚动轴承故障诊断系统开发[J].仪器仪表与检测技术. 2004,23(11):64-66.
    [18]陈爱戎.基于Fourier变换的滑动轴承故障诊断技术[J].轴承. 2009(6):56-60.
    [19]马家驹,梁文梅.滚动轴承振动统计特性分析[J].轴承. 1994(1):33-37.
    [20]刘宗政,陈恳,陈振华,陈雁,黄元林.滚动轴承的振动特性分析及典型故障诊断[J].机械设计与制造. 2009(3):103-105.
    [21]李百栋.滚动轴承故障诊断技术与应用[J].设备管理与维修. 2007(5):43-45.
    [22]牛竣峰,郑斌,侯文.基于小波包分析的滚动轴承故障诊断方法的研究[J].机械工程与自动化.2009(3):107-109.
    [23]杨振友,彭涛.基于振动信号分析和支持向量机的滚动轴承故障诊断[J].湖南工业大学学报. 2009,23(1):96-99.
    [24]胡继昌.滚动轴承故障诊断技术研究现状及发展趋势研究[J].大众科学. 2008(16):25-29.
    [25]高红斌.滚动轴承故障包络信号分析及物理模拟[J].机械工程与自动化. 2008(2):91-97.
    [26]王智堂.滚动轴承故障判断及分析[J].风机技术. 2008(4):79-82.
    [27]李龙.滚动轴承故障诊断[J].中小企业管理与科技. 2007(9):79.
    [28]张国新,朱家俊.滚动轴承早期故障诊断的时域新方法[J].江西理工大学学报. 2009,30(2):32-34.
    [29]王太勇,等.一种改进BP算法在滚动轴承故障诊断中的应用[J].中国机械工程.2001(10):1179-1181.
    [30]于善平,刘晓东,管莉娜.变工况滚动轴承故障诊断方法研究[J].大连民族学院学报. 2008,10(1):27-30.
    [31]李阳,郭瑜,毕新强,郑华文.连续小波变换的滚动轴承故障诊断[J].机械与电子. 2009(5):46-49.
    [32]李辉,郑海起,唐力伟.阶次倒谱在轴承故障诊断中的应用[J].数据采集与处理. 2006,21(4):454-458.
    [33]宋文健.阶比分析方法的研究[D].燕山大学,2006.
    [34]夏瑞花,谢志明,吴董军,刘辉.滚动轴承振动监测与故障诊断的几种方法[J].机械研究与应用. 2006,19(1):53-54.
    [35] FUKUI K, PUKUNAGA S, TANIMOTO K. ZigBee technology for low-cost and low-power radio communication systems[J]. Journal Institute of Electronics Information and Communication Engineers,2005,88(1):40-45.
    [36]沈晓昱,李文军,孙斌.基于ZigBee的工业仪表无线数据采集系统的设计[J].工业控制计算机. 2009,22(11):1-5.
    [37]魏全瑞,韩九强.基于ZigBee的工业控制网络模型[J].数学的实践与认识. 2008,38(15):174-180.
    [38]伍琛尧,刘建煌.基于ZigBee的工业设备监控系统[J].计算机与数字工程. 2007,35(9):155:159.
    [39]卢放鸣.基于ZigBee的工业无线通信[J].仪器仪表学报. 2008,29(8):421-426.
    [40] CiA. CiA Draft Standard 301 CANopen Application Layer and Communication Profile[S]. 2002.
    [41]曹庆年,赵博,孟开元. CANopen协议在工业控制网络中的应用[J].西安石油大学学报. 2009,24(4):75-78.
    [42]顾嫣,张凤登,刘荣鹏. CANopen现场总线设备通信协议测试系统[J].计算机应用. 2008,28:113-115.
    [43]徐喆,闫士珍,宋威.基于散列表的CANopen对象字典的设计[J].计算机工程. 2009,35(8):44-46.
    [44]黎丹,陈特放.机车轴承故障诊断中振动信号采集的研究[J].国外电子元器件. 2007(1):35-39.
    [45]戴静君,刘丽华,薛庆齐,孟波.滚动轴承故障诊断中振动信号的采集[J].北京石油化工学院学报.2008,16(2):23-26.
    [46]赵联春,马家驹,曹志飞,刘雪峰,刘朝晖.传感器安装方式对轴承振动测量特性的影响[J].轴承. 2003(1):26-28.
    [47]陶磊,薛涛,孙建召,王建梅,黄庆学.大型轧机轴承温度测试方法的研究[J].山西冶金. 2009(5):8-11.
    [48]井娥林,曾光宇,王晓霞,刘霞.热电偶在轴承热处理连续网带炉自动控制中的应用[J].科技情报开发与经济. 2005,15(21):173-175.
    [49]虞致国,徐健健. MAX6675的原理及应用[J].国外电子元器件. 2002(12):41-43.
    [50] XBee/XBee-PRO OEM RF Modules Product Manual v1.xAx - 802.15.4 Protocol. 2007.
    [51]缪赘,马瑶珠,龚雅萍,李静敏. FFT谱上频率的位置对加窗泄漏影响的研究[J].浙江海洋学院学报. 2001,20(2):123-126.
    [52]彭仕玉,李宏民,张国云. DFT频谱分析中时域加窗的研究[J].湖南理工学院学报. 2010,23(2):26-29.
    [53]王颀,赵世刚,张春寿. WAV文件的结构剖析[J].济南教育学院学报. 2000(3):29-31.
    [54]禹德伟,宋剑虹.轴承振动加速度和异常声检测新方法[J].轴承, 2002(7):35-37.
    [55]龙伟,周瑞研.无线通信系统误码率分析[J].大气与环境光学学报, 2007, 5(9):396-400.

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