唐贵基等
摘要介绍一种以虚拟仪器形式开发的状态监刚与故障诊断系统，该系统是在LabVIEVX工作平台上设计的。PC机和数据采集卡（USB2002）的数据传输是通过通用串行总线（USB）实现的。介绍了系统的软硬件的具体设计过程。进行的系统功能测试，证明该系统在分析结果和可靠性方面明显优于传统仪器，在旋转机械状态监测与故障诊断方面具有较高的使用价值。
虚拟仪器（VI）是随着计算机技术、现代测量技术发展而姜展起来的新型高科技产品，代表着当今仪器发展的新方向。虚拟仪器的概念是由美国国家仪器（NationalInstruments，简称NI公司首先提出，是在通用计算机平台上，用户根据自己的需求球定义和设计测试功能的仪器系统，体现出了“软件就是仪器，仪器就是软件”的观点。与传统仪器相比，虚拟仪器在智能化F3度、处理能力、性能价格比、可操作性等方面都有明显的技术伏势。虚拟仪器最核心的技术是软件的开发。
一、系统的构成
该系统是由硬件平台和应用软件两大部分构成，硬件是系统的骨架，软件是系统的灵魂，硬件在软件的支配下实现如下九种功能模块：信号发生模块，信号采集模块，数据存储与读取模块，时域分析模块，频谱分析模块，模态分析模块，动平衡模块，故障诊断和开停机曲线模块。
硬件平台采用的是PC一DAQ系统（以数据采集卡、信号调理电路及计算机为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统），其中PC是硬件的核心，数据采集卡是北京阿尔泰公司生产的USB2002外置数据采集卡。此外，系统还配备了一个输出为24V和5V恒压源，为传感器提供必要的电压和电流。硬件结构如图1所示。
二、系统软科的设计
开发虚拟仪器必须有合适的软件工具。目前的虚拍仪器软件开发工具有如下两种。一种是文本式编程语言，如VisualC＋＋、VisualBasic等；另一种是图形化编程语言，如IabVIEW、HPVEE等。本系统设计所涉及的是IabVIEW虚拟仪器编程语言。系统软件有应用程序和UO接口仪器驱动程序两部分。应用程序包含两个方面功能的程序，即实现虚拟面板功能的软件程序和定义测试功能的流程图软件程序；I/0接口仪器驱动程序完成特定外部硬件设备的扩展、驱动和通信，该部分程序是由采集卡自带的，在具体编程时只需调用即可。
1．LabVIEW简介
实验室虚拟仪器工作平台（LaboratoryVirtualInstrumentEngi－neeringWorkbench，IabVIEW）是美国NI公司（NationalInstrumentCompany）推出的一种基于G语言（GraphicsLanguage，图形化编程语言）的虚拟仪器软件开发工具。用LabVIEW设计的虚拟仪器可以脱离LabVIEV开发环境，用户最终看到的是和实际硬件仪器相似的操作面板，同时LabVIEW还为虚拟仪器设计者提供了一个便捷、轻松的设计环境。设计者利用它可以像搭积木一样，轻松组建一个测量系统以及构造自己的仪器面板，而无需进行任何烦琐的程序代码的编写。
2．系统功能模块的前面板设计
功能模块的前面板就是系统的操作界面。信号发生模块、时域分析模块、频谱分析模块、模态分析模块、故障诊断模块和开停机曲线模块之间的切换是通过旋钮实现的。信号采集模块、数据存储与读取模块和动平衡模块的选择与否是通过布尔控件真假的切换来实现的。在故障诊断模块中调用了MATLAB的神经网络工具箱。在时域分析模块、频谱分析模块和模态分析模块的前面板上设置了两个WaveformGraph控件显示波形。上面的WaveformGraph用来显示实际采集到的振动信号，下面的WaveformGraph用来显示该信号进行了相应的变化之后的结果，具体进行哪种变化是通过操作前面板上的布尔控件来实现的。在LabVIEW中WaveformGraph有很强图形显示功能，通过PlotLegend可以实现线型、颜色、数据点的表示方法等的选择，这样就可以在同一个Graph上以不同的颜色和线型同时显示多路信号。通过CursorLegend的游标功能可以实现对数据点的读数功能，用户可以从波形图上获得一些峰值点的幅值、相位以及它们对应的频率等的直观信息。通过GraphPalette可以实现图形的整体移动，在波形显示区域内波形局部的横向、纵向缩放和波形的整体缩放，这样用户就可以对感兴趣的波形段进行细微的观察。整个系统的操作界面如图2所示。