摘 要： 目前遠(yuǎn)程監(jiān)控軟硬件產(chǎn)品由于成本原因主要應(yīng)用于大中型離心壓縮機(jī)及電廠關(guān)鍵設(shè)備，而在這些設(shè)備之外的輔助設(shè)備（如大機(jī)號(hào)風(fēng)機(jī)等）中的應(yīng)用還很少，關(guān)鍵技術(shù)尚未公開(kāi)。在此針對(duì)這種現(xiàn)狀，從設(shè)備整體安全和經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)，結(jié)合虛擬儀器技術(shù)、測(cè)試技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等技術(shù)，提出以較低成本構(gòu)建風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行工況狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的新思路，完成了系統(tǒng)的硬件構(gòu)建，開(kāi)發(fā)了一套風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行和運(yùn)行工況狀態(tài)參數(shù)的自動(dòng)采集、自動(dòng)存儲(chǔ)、記錄曲線的實(shí)時(shí)顯示、歷史記錄按時(shí)間或工況的查詢以及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)還具有良好的通用性和擴(kuò)展性，通過(guò)配置可用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。

關(guān)鍵詞： 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)； 風(fēng)機(jī)； 虛擬儀器； 數(shù)據(jù)庫(kù)

中圖分類號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）02?0153?03

壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械是電力、冶金、石化等行業(yè)生產(chǎn)所需的關(guān)鍵設(shè)備，為保證這些設(shè)備能夠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，需要對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便于制訂合理的維修計(jì)劃，同時(shí)，可獲得實(shí)時(shí)的工況狀態(tài)參數(shù)，這在設(shè)備的高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、檢驗(yàn)、選型、改造以及新產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)中都有重要的意義[1]。

虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器相比有開(kāi)發(fā)更新周期短、維護(hù)費(fèi)用低、靈活性好、復(fù)用性好、功能可自定義、易與其他設(shè)備連接等優(yōu)點(diǎn)[2]。將虛擬儀器技術(shù)引入遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要方向[3?4]，故本文基于虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)考慮了風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行工況狀態(tài)兩方面的監(jiān)測(cè)。測(cè)量的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后可得到風(fēng)機(jī)等設(shè)備的性能參數(shù)，并實(shí)時(shí)顯示性能參數(shù)及反映設(shè)備運(yùn)行工況的參數(shù)曲線。實(shí)現(xiàn)本地監(jiān)測(cè)后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)將測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行安全可靠的傳輸，最終實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)。

1 風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)架

風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括以下幾個(gè)部分：信號(hào)采集部分、數(shù)據(jù)處理部分、本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、本地瀏覽子系統(tǒng)和遠(yuǎn)程瀏覽子系統(tǒng)。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的硬件設(shè)備包括各種傳感器、前置器、配電器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)。此外，系統(tǒng)中還設(shè)置支持外部數(shù)據(jù)的接口和遠(yuǎn)程故障診斷接口。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)分為現(xiàn)場(chǎng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械、信號(hào)采集設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站、本地服務(wù)器及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端等五個(gè)層次。

系統(tǒng)中安全運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)信號(hào)主要是振動(dòng)量和軸心軌跡[6?8]，這些數(shù)據(jù)高速采集，稱之為高速信號(hào)；工況狀態(tài)的監(jiān)測(cè)包括大氣壓力、大氣溫度、大氣濕度、流量計(jì)喉部差壓、風(fēng)機(jī)壓力等參數(shù)，這些數(shù)據(jù)不需要高速采集，稱之為低速信號(hào)。系統(tǒng)首先完成高、低速信號(hào)的測(cè)量，高速信號(hào)要進(jìn)行濾波、信號(hào)調(diào)理、軸心軌跡合成、頻譜分析等處理，低速信號(hào)計(jì)算得到風(fēng)機(jī)的流量、全壓、靜壓、軸效率等參數(shù)。同時(shí)將采集和處理后的數(shù)據(jù)存入本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的安全狀態(tài)和運(yùn)行工況，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

本系統(tǒng)選擇技術(shù)上已經(jīng)很成熟且交互性強(qiáng)的C/S結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)采集軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)選用虛擬儀器領(lǐng)域中最具有代表性的圖形化編程開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW[9?10]；考慮到數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的兼容性、易用性、性價(jià)比，以及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特征，選擇MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)。

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)包括兩部分，一部分是由本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)（用LabVIEW程序?qū)崿F(xiàn)）直接采集得到的數(shù)據(jù)；另一部分是由其他系統(tǒng)（外部系統(tǒng)）采集得到的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過(guò)本系統(tǒng)中的LabVIEW接口程序和VC接口程序接收存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)如圖2所示。

LabVIEW中ADO（ActiveX Data Object）通過(guò)ODBC（Open Database Connectivity）這一公共接口訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)[5]。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件組成

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件由計(jì)算機(jī)、采集卡、傳感器、變送器、前置器和配電器等構(gòu)成。為了降低系統(tǒng)成本，使用了具有便攜性的研華USB?4716采集卡，采樣速率可達(dá)200 kS/s。傳感器的選擇由系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的參數(shù)決定。大氣壓力的測(cè)量采用100 kPa的絕壓壓力變送器，輸出4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，通過(guò)配電器上的標(biāo)準(zhǔn)電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，送入采集卡。大氣溫度和大氣濕度的測(cè)量采用溫濕度傳感器，輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后送入采集卡。風(fēng)機(jī)壓力、流量計(jì)喉部的壓差等的測(cè)量根據(jù)壓差范圍的大小，選擇相應(yīng)量程的差壓變送器。轉(zhuǎn)速使用光電傳感器測(cè)量，輸出信號(hào)接采集卡的頻率信號(hào)輸入端子CNT0?CLK，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率計(jì)算轉(zhuǎn)速。風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸振動(dòng)測(cè)量選用SE08電渦流傳感器。測(cè)量時(shí)，在垂直于轉(zhuǎn)軸（或轉(zhuǎn)子）旋轉(zhuǎn)軸線的同一橫向平面內(nèi)水平和垂直兩個(gè)方向各安裝一個(gè)電渦流傳感器，通過(guò)兩個(gè)探頭來(lái)測(cè)量徑向的振動(dòng)位移，從而可以獲得軸心軌跡圖、頻譜圖等圖譜，以進(jìn)行簡(jiǎn)單的故障診斷[11?12]。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，電渦流傳感器配合前置器可以將振動(dòng)位移的變化量轉(zhuǎn)換為-5～5 V的電壓信號(hào)，該信號(hào)送入采集卡后可由LabVIEW平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的軟件采集并進(jìn)行處理。電機(jī)功率、電機(jī)效率的測(cè)量則是通過(guò)測(cè)功儀測(cè)量得到的。

3 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件

風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)使用圖形化編程平臺(tái)LabVIEW及Visual C++編程平臺(tái)。LabVIEW語(yǔ)言具有編程簡(jiǎn)單、直觀、開(kāi)發(fā)效率高等特點(diǎn)，Visual C++具有編程靈活、代碼執(zhí)行速度快，人機(jī)界面處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。本系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)將兩者結(jié)合，包括數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、本地瀏覽界面、本地查詢界面以及遠(yuǎn)程瀏覽等人機(jī)交互界面。此外，考慮到系統(tǒng)接收外部數(shù)據(jù)的需求，設(shè)置了外部數(shù)據(jù)接口。

本地實(shí)時(shí)監(jiān)視和歷史數(shù)據(jù)查詢均是在Visual C++軟件平臺(tái)上編程實(shí)現(xiàn)的。本地實(shí)時(shí)監(jiān)視的內(nèi)容包括風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)值及曲線、振動(dòng)部分軸心軌跡圖、振動(dòng)位移曲線、振動(dòng)加速度曲線以及振動(dòng)頻譜圖等，歷史查詢可選擇按時(shí)間和工況號(hào)進(jìn)行查詢。整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件框架圖如圖3所示。本系統(tǒng)用LabVIEW編程實(shí)現(xiàn)的高、低速數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)界面如圖4所示。高速數(shù)據(jù)采用中斷觸發(fā)的采集方式。在程序運(yùn)行前要先設(shè)置觸發(fā)源（包括內(nèi)部觸發(fā)和外部觸發(fā)）、采樣通道數(shù)、起始通道、采樣長(zhǎng)度、增益列表、循環(huán)模式、計(jì)數(shù)器通道、濾波器的階數(shù)及低截止頻率等參數(shù)。采用中斷觸發(fā)方式實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集時(shí)用到以下幾個(gè)關(guān)鍵子VI：DeviceOpen.vi，EnableEvent.vi，AllocDSPBuf.vi，MultiChannelINTSetup.vi，WaitFastAIOEvent.vi，BufferChangeHandler.vi，ClearOverHandler.vi，F(xiàn)AIStop.vi，F(xiàn)reeFAIBuffer.vi，DeviceClose.vi，CounterFreqStart.vi，CounterFreqRead.vi，CounterReset.vi等。

運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)中，信號(hào)的變化較慢，是低速信號(hào)，因此可以用普通的定時(shí)觸發(fā)采集方式進(jìn)行信號(hào)的采集，可設(shè)定觸發(fā)時(shí)間間隔為0.5 s，1 s，10 s，30 s等。數(shù)據(jù)采集時(shí)要先配置好起始通道、通道數(shù)、工況編號(hào)等參數(shù)方可進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中用到的主要VI有：MAIConfig.vi，MAIVoltageIn.vi，DeviceClose.vi。風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中測(cè)量大氣壓力、溫度、濕度、流量計(jì)喉部壓差、風(fēng)機(jī)壓力等參數(shù)的最終目的是獲得容積流量、全壓、靜壓、軸效率、軸靜效率等反映風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況性能的參數(shù)。因?yàn)檫@些信號(hào)變化比較慢，故在Visual C++中編程處理即可。

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和接口控制，要保證數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的實(shí)時(shí)、有效的傳輸。本文既要實(shí)現(xiàn)對(duì)本系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，還要實(shí)現(xiàn)接收和存儲(chǔ)外部系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)的功能。該系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)通過(guò)LabVIEW接口程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)，外部數(shù)據(jù)則通過(guò)VC接口程序?qū)?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)。整個(gè)系統(tǒng)中用到了低速測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表、風(fēng)機(jī)幾何參數(shù)表、高速測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表、用戶管理表這四個(gè)基本表。高速信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，且還要存儲(chǔ)采集時(shí)的日期、時(shí)間及時(shí)間差等數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)。為保證存儲(chǔ)速度，本系統(tǒng)中先將每一次觸發(fā)采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到一個(gè)本地LVM文件中，然后將LVM文件存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。低速信號(hào)數(shù)據(jù)是按1 s為觸發(fā)時(shí)間間隔采集的，采集速度較慢，因而可以在每次采集后將數(shù)據(jù)直接存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。要實(shí)現(xiàn)MySQL的遠(yuǎn)程訪問(wèn)，首先要在MySQL中對(duì)用戶進(jìn)行授權(quán)。用戶在獲得訪問(wèn)權(quán)限后，便可用該密碼和用戶名登陸并訪問(wèn)MySQL服務(wù)器，執(zhí)行所獲得的讀、寫、查詢等操作。為了使用戶能夠較方便地訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，并保證訪問(wèn)的安全性，設(shè)置了用戶登錄界面、軟件系統(tǒng)的用戶管理窗口、以及數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)設(shè)置窗口。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總貌圖窗口如圖5所示，窗口中間是通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，圖中用一些小窗口顯示出了大氣壓力、大氣溫度、大氣濕度、壓差、靜壓、流量等測(cè)量參數(shù)或計(jì)算結(jié)果的實(shí)時(shí)值以及當(dāng)前時(shí)間。從這個(gè)窗口可以直接監(jiān)視系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行參數(shù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文采用計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡及壓力、溫濕度、電渦流、光電傳感器等常規(guī)器件構(gòu)建了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件，并使用Visual C++和LabVIEW開(kāi)發(fā)了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件。在LabVIEW下根據(jù)安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)部分屬于高速信號(hào)、運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)部分屬于低速信號(hào)的特點(diǎn)，分別采用中斷觸發(fā)和定時(shí)觸發(fā)的采集方式，實(shí)現(xiàn)高速、低速信號(hào)的采集，協(xié)調(diào)解決了采集速度與存儲(chǔ)容量的問(wèn)題。然后，對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行分析處理，并存儲(chǔ)到本地MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)。在VC平臺(tái)上開(kāi)發(fā)了人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行工況狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)開(kāi)放了外部數(shù)據(jù)接口，以支持多種數(shù)據(jù)來(lái)源。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)，達(dá)到了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的目的。本系統(tǒng)達(dá)到了以較低成本構(gòu)建遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的目標(biāo)，并在試驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，取得了良好的效果，因此，采用該系統(tǒng)可以將遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)推廣到中小型壓縮機(jī)或大型風(fēng)機(jī)以及一些關(guān)鍵設(shè)備之外的輔助設(shè)備。

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