康晓村
高炉鼓风机组运行状况直接影响高炉的冶炼，而机组的事故停机将直接造成高炉生产中断。为此，在高炉鼓风机组配备相应的在线式故障诊断系统是非常必要的。
本文介绍的高炉汽轮鼓风机组机械故障在线诊断系统，是运用美国NATIONALINSTRUMENTS公司的虚拟仪表软件和相关硬件产品，在分析研究现有的各种可靠、实用的故障诊断技术的基础上，运用实时连续的振动波形分析、轴心轨迹分析、幅值谱分析和功率谱分析技术，并很好地实现了与原有的机组计算机及PLC控制系统的软硬件兼容，整体性强，操作简便。
一、诊断系统的硬件设计
唐钢高炉鼓风机组轴系的振动信号、键相器信号、转速信号、轴位移信号和轴承温度信号由美国BENTLY公司产品3300系列仪表进行采集、转换、显示和报警，并有4～20mA标准输出信号和报警接点信号送往PLC控制系统，它包括传感器系统和盘装二次表。
BENTLY3300系列仪表提供专门用于故障诊断的未经滤波的信号输出端子，端子型式为BNC接头。
BENTLY仪表的输出信号至诊断系统的连接方式设计成由两端带有BNC接头的同轴电缆承担，具有抗干扰能力强、信号衰减损失小的优点。
高炉鼓风机组的控制系统由ABPLC可编程控制系统和上位机组成。上位机操作站和管理站采用P1工控计算机，WINDOWS95系统平台，RSVEIW32工控软件完成流程图画面、工况点监视画面、控制分组画面、历史趋势记录画面以及报表、报警打印的功能。
该系统采用管理站作为诊断系统的硬件平台。数据采集卡直接插在管理站主机板的PCI插槽，数据采集卡的接口通过专用电缆和自制的BNC一端子板接线盒相连，接线盒和BENTLY仪表通过自制的两端带有BNC接头的同轴电缆相连。
数据采集卡采用美国NATIONALINSTRUMENTS公司E系列多功能数据采集卡NI6070E（PCI一MIO一16E一1），主要性能指标如下。
总线：PCI
模拟输入：16路单端或8路双端
分辨率：12位
采样速率：1.25MS/s
输入范围：±0.05±10V
模拟输出：2路
分辨率：12位
输出速率：1MS/s
输出范围：士10V
数字I/O：8路，输入与输出选择可编程控制
计数／计时器：2路，24位
外部触发：支持模拟方式和数字方式
经过现场实际使用，完全能够胜任诊断系统各项功能的实现。
二、诊断系统的软件编程
本软件的系统平台采用WINDOWS95，开发环境采用美国NI公司产品LabVIEW6.01。
系统平台采用WIDOWS95是为了兼容原有控制系统的软件环境；开发环境采用美国IabVIEW软件是因为它简单易学，功能强大，可以大大缩短研发周期。LabVIEW使用“所见即所得”的可视化技术建立人机界面，提供了大量的仪器面板中的控制对象，如表头、旋钮、图表等；用户还可以通过控制编辑器将现有的控制对象修改成适合自己工作领域的控制对象；使用图标表示功能模块，使用图标间的连线表示各功能模块间的数据传递，使用大多数工程师和科学家所熟悉的数据流程图式的语言书写程序源代码，这样使得编程过程与思维过程非常近似；继承了传统的编程语言中的结构化和模块化编程的优点，这对于建立复杂应用、提高代码的可重用性来说是至关重要的；采用编译方式运行犯位应用程序，解决了图形化编程平台运行程序速度慢的问题；支持多种操作系统平台，如Windows95/98/2000/NT、PowerMacintosh、HP–UX、SunSPARC等；在以上任何一个平台上开发的LabVIEW应用程序都可以直接移植到其它平台上；提供了大量的函数库供用户直接调用，从基本的数学函数、字符串处理函数、数组运算函数和文件I/O函数到高级的数字信号处理函数和数值分析函数，从底层的VXI仪器、数据采集板和总线接口硬件的驱动程序到世界各大仪器厂商的GPIB仪器的驱动程序IabVIEW都有现成的模块帮助用户方便迅速组建自己的应用系统。目前，LAVIEW已经成为数据采集、检测、数据分析等方面的领先开发平台，在世界范围内拥有众多的用户，并成功地构造了各种应用系统。
基于IabVIEW的本软件包括的功能模块，主要有主控模块、数据采集模块、数据预处理模块、幅域分析模块、时域分析模块、幅值谱分析模块、功率谱分析模块和数据存储与打印模块。
主控模块的设计主要是提供用户进入各种分析界面的途径，力求画面简洁清晰，使用户一目了然。主控模块的调用由机组控制系统的RSVEIW上位机软件在流程图画面设置相应按钮，由RSVEIW软件与WINDOWS95应用程序的接口功能模块实现。
数据的预处理主要包括将采集的电信号转化为物理单位及预验数据，零均值化处理，也叫中心化处理，消除趋势项。数据的检验包括：平稳性检验，各态历经性检验，并通过对信号加窗处理减少频谱泄漏对频谱分析的影响。尤其当采样为非整周期采样时，加窗处理可以显著增加频谱的主瓣特征。
轴心轨迹是轴心相对于轴承座的运动轨迹，它反映了转子瞬间的涡动状况。对轴心轨迹形状的观察有利于了解和掌握转子的运动状况。为此在时域分析模块中还设计了转子的轴心轨迹图。
频域分析是机械故障诊断中用最广泛的信号处理方法之一，本系统设置有幅值谱分析模块和功率谱分析模块。
数据存储与打印模块在后台运行，通过分析界面上的PRINT菜单选择打印到文件还是打印机。
三、实验验证
2000年10月开始，备用风机工程开工，在新老厂房接跨施工中，5#机组的各轴承处的轴振动出现大幅上升，尤其是汽轮机前后径向轴承处，危及安全运行。经对各处振动进行频谱分析，发现除工频和2倍频等成分外，高频分量增多，幅值高于工频幅值，最高幅值在9倍频附近，稳定性差，且轴心轨迹很乱。
该机组汽轮机采用杭州汽轮机厂NK/63/80/32型多级冷凝式工业汽轮机，工作转速4050r/min。通过综合分析，并结合传统的检测手段，及运行经验综合判断，是由于接跨施工，拆掉老厂房东墙后，冷空气吹袭汽轮机使转子中心与轴封中心改变，发生间歇性转子与轴封碰摩所致。采取措施在老厂房已拆东墙处架设临时隔离墙，机组运行正常。
在1#TRT发电机组解体大修后试车过程中，由于机组振动超标不能定速正常运行，运用本系统对机组的振动进行了频谱分析。经分析由2倍频和3倍频的分量判断为轴系不对中，且由4倍频和5倍频及很乱的轴心轨迹判断有可能支撑松动。停机检查结果，轴系对中严重改变，水平定位销松动。此机组的最终检修结果为，由于本次解体大修前的严重轴承烧毁事故，已造成转子弯曲，不平衡加剧，因而试车过程中的剧烈振动造成支撑松动，轴系对中清况恶化。经转子返厂检修，重新做动平衡后，运行正常。
通过实际验证，证明本机械故障在线诊断系统是行之有效的，对正确判断机组的实际运转状态有很大帮助。