本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种旋转机械故障监测系统及其监测方法。
背景技术
旋转机械是施工过程中常见的作业设备。大型、高速、复杂是旋转机械的发展方向，旋转机械大多属于动力设备，长期处于高速运转状态，保证这类设备的正常运行是非常重要的，由于各种因素，如温度、湿度、摩擦等都会对旋转机械产生不同程度的影响，从而出现各种故障，影响机器的功能。
主轴(转轴、旋转轴)是旋转机械重要的旋转部件，随着机械的运转，主轴会产生振动。主轴的振动信号中蕴含了判断各类运行状态的信息，当主轴的振动过大时，容易造成主轴和轴承之间的间隙变大，从而发生松动。目前，对于旋转机械振动信号的检测装置，仅仅对振动信号进行采集，无法准确判断主轴和轴承之间是否发生松动，或者仅仅通过设置一阈值，若振动信号大于该阈值则判断主轴和轴承之间发生松动，由于主轴和轴承的材料各异，且机器运行环境不同，此类检测装置无法准确检测主轴和轴承之间发生松动。
技术实现要素：
为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种旋转机械故障监测系统及其监测方法，以解决旋转机械的振动信号检测无法准确判断其主轴和轴承之间是否发生松动的问题。
为实现上述目的，提供一种旋转机械故障监测系统，包括：
工控机；
用于获取旋转机械的转轴的实时振动频率的振动传感器，联接于所述工控机；
用于获取所述转轴的实时转速的转速传感器，联接于所述工控机；
用于基于预设的参照频率和参照转速比较判断所述实时振动频率和所述实时转速是否异常的判断模块，所述判断模块联接于所述工控机、所述振动传感器和所述转速传感器；
用于基于所述判断模块判断所述实时振动频率和所述实时转速为异常时发出警报的报警装置，所述报警装置联接于所述工控机；
用于获取所述转轴的实时位移量的位移传感器，联接于所述工控机；以及
用于根据所述实时位移量生成振动图象的图象生成模块，所述图象生成模块联接于所述位移传感器和所述工控机；
用于显示所述振动图象的显示模块，所述显示模块联接于所述工控机。
进一步的，所述位移传感器为光栅式传感器。
进一步的，所述工控机联接有通信模块，所述通信模块连接有远程终端。
进一步的，所述显示模块为液晶显示器。
进一步的，还包括支承架，所述支承架具有一立柱，所述立柱的中部连接有第一测试臂，所述位移传感器安装于所述第一测试臂上且对准于所述转轴和所述转轴的轴承的连接处。
进一步的，所述立柱的顶部连接有第二测试臂，所述转速传感器和所述振动传感器安装于所述第二测试臂上且分别对准于所述转轴的圆周面。
本发明提供一种旋转机械故障监测系统的监测方法，包括以下步骤：
振动传感器采集转轴的实时振动频率、生成携带所述实时振动频率的第一信号并对外发送；
转速传感器采集所述转轴的实时转速、生成携带所述实时转速的第二信号并对外发送；
判断模块接收所述第一信号和所述第二信号，分别将所述第一信号中的实时振动频率与参照频率比对、将所述第二信号中的实时转速与参照转速比对；
当所述实时振动频率大于所述参照频率且所述实时转速大于所述参照转速时，所述判断模块生成第三信号并对外发送；
所述工控机接收所述第三信号并开启位移传感器、报警装置；
所述位移传感器采集所述转轴的实时位移量、生成携带所述实时位移量的第四信号并对外发送；
图象生成模块接收所述第四信号、根据所述第四信号中的实时位移量及接收所述第四信号的时间形成振动图象、生成携带所述振动图象的第五信号并对外发送；
所述工控机接收所述第五信号并将所述第五信号中的振动图象通过显示模块进行显示。
本发明的有益效果在于，本发明实施例的旋转机械故障监测系统利用实时转速、实时振动频率与参照频率、参照转速比对，初步筛选旋转机械的转轴的故障真伪，当实时振动频率超过参照频率、同时实时转速也超过参照转速时，工控机通过报警装置报警、同时开启位移传感器采集转轴的位移量、并通过图象生成模块生成转轴的振动图象，操作人员根据振动图象最终准确判断旋转机械的转轴是否发生松动。
附图说明
图1为本发明实施例的旋转机械故障监测系统的结构示意图。
图2为本发明实施例的旋转机械故障监测系统的模块示意图。
图3为本发明实施例的旋转机械故障监测系统的图像处理装置的模块示意图。
图4为本发明实施例的旋转机械故障监测系统的信号处理器的示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
图1为本发明实施例的旋转机械故障监测系统的结构示意图、图2为本发明实施例的旋转机械故障监测系统的模块示意图、图3为本发明实施例的旋转机械故障监测系统的图像处理装置的模块示意图、图4为本发明实施例的旋转机械故障监测系统的信号处理器的示意图。
参照图1至图4所示，本发明提供了一种旋转机械故障监测系统，包括：振动传感器1、转速传感器2、判断模块3、工控机4、位移传感器5、图象生成模块6、显示模块7和报警装置8。
振动传感器1、转速传感器2和位移传感器5通过支承架安装在旋转机械的转轴a的一端。振动传感器1对准于旋转机械的转轴a。转轴a穿设于旋转机械的轴承b中。转速传感器2对准于转轴a。位移传感器5对准转轴a和轴承b的连接处。
振动传感器1用于获取旋转机械的转轴a的实时振动频率。振动传感器1联接于工控机4。转速传感器2用于获取转轴a的实时转速。转速传感器2联接于工控机4。判断模块3用于基于判断模块中预设的参照频率和参照转速比较判断所述实时振动频率和所述实时转速是否异常。判断模块3联接于工控机4、振动传感器1和转速传感器2。报警装置8用于基于判断模块3判断所述实时振动频率和所述实时转速为异常时发出警报。报警装置8联接于工控机。位移传感器5用于获取转轴a的实时位移量。位移传感器5联接于工控机4。图象生成模块6用于根据实时位移量生成转轴a的振动图象。图象生成模块6联接于位移传感器5和工控机4。显示模块7用于显示振动图象。显示模块7联接于工控机4。
具体的，振动传感器1获取旋转机械的转轴a的实时振动频率并发送到判断模块3。转速传感器2获取转轴a的实时转速并发生到判断模块3。判断模块3中预设有参照频率(转轴a的正常振动频率范围)和参照转速(转轴a的正常振动转速范围)。当实时振动频率超出参照频率，同时实时转速超出参照转速时，判断模块3向工控机4发送报警信号，工控机4接收报警信号并通过报警装置8发起声光报警，同时，工控机4开启位移传感器5以采集转轴a的实时位移量。图象生成模块6根据位移传感器5发送的转轴a的实时位移量和接收实时位移量时的采集时间形成转轴a的振动图象(x轴为时间t，y轴为位移量y)。振动图象，也叫振动曲线，即转轴a的位移-时间图象。振动图象表示转轴a的位移随时间变化规律，振动图象可以显示转轴a在任一时刻相对于平衡位置的位移，还可以表示出振幅和周期。施工人员可以根据振动图象准确判断旋转机械是否发故障，排除故障误报现象。
本发明实施例的旋转机械故障监测系统利用实时转速、实时振动频率与参照频率、参照转速比对，初步筛选旋转机械的转轴的故障真伪，当实时振动频率超过参照频率、同时实时转速也超过参照转速时，工控机通过报警装置报警、同时开启位移传感器采集转轴的位移量、并通过图象生成模块生成转轴的振动图象，操作人员根据振动图象最终准确判断旋转机械的转轴是否发生松动。
具体的，支承架包括立柱、第一测试臂和第二测试臂。第一测试臂和第二测试臂分别连接于立柱上，第一测试臂位于第二测试臂的下方。位移传感器5安装于水平设置的第一测试臂上。振动传感器1、转速传感器2分别安装于第二测试臂上。
立柱的一侧形成有滑槽(附图中未显示)，第一测试臂和第二测试臂的第一端分别滑设于滑槽中。导轨上设置有定位块，定位块用于锁定第一测试臂和第二测试臂以固定第一测试臂和第二测试臂的位置。
作为一种较佳的实施方式，位移传感器5为光栅式传感器。
工控机4连接有通信模块9，通信模块通信连接有远程终端10。
其中，振动传感器和转速传感器采用非接触式测量传感器。振动传感器可以为激光多普勒测振传感器，旋转机械的转轴a的振动信号由激光多普勒测振传感器进行非接触式测量。转速传感器可以为光电测速传感器，旋转机械的转轴a上贴一条白纸条，在旋转机械的转轴a转动时，用光电测速传感器对准白纸条，轴转动一周，就会产生一个脉冲，光电测速传感器就能测试旋转机械的转轴a的转速信号。
作为一种较佳的实施方式，图像处理装置、工控机、通信模块安装于工控机的机箱内，报警装置以及显示模块安装于工控机的机箱上。
作为一种较佳的实施方式，图象生成模块形成的振动图象通过图像处理装置的优化处理后发送至工控机。
在本实施例中，图像处理装置包括依次连接的图像增强模块、图像平滑模块以及图像去噪模块。
具体地，图像增强模块对振动图象进行图像增强处理，图像平滑模块对图像增强模块处理后的图像进行图像平滑处理，图像去噪模块对图像平滑模块处理后的图像进行去噪处理。
其中，图象生成模块的输出端与图像增强模块的输入端连接，图像去噪模块的输出端与工控机的输入端连接。
图像处理装置对形成的振动图象分别进行图像增强、图像平滑、图像去噪处理，可高效、快速的提取图象生成模块的图像信息，可提高对旋转机械轴和轴承连接处的图像信息的辨识精度，有效地减少误判情况发生。
在本实施例中，显示模块用于显示振动传感器采集的实时振动频率、转速传感器采集的实时转速和经过图像处理装置处理后的图象信号(优化后的振动图象)。
通信模块9用于将振动传感器采集的实时振动频率、转速传感器采集的实时转速信号和经过图像处理装置处理后的图像信号传输至远程终端10(远程终端单元)。
在本实施例中，如图4所示，振动传感器采集的实时振动频率、转速传感器采集的实时转速信号经过信号处理器进行放大处理后发送至判断模块3。具体的，信号处理器包括信号放大器和模数转换器。
其中，振动传感器1的输出端和转速传感器2的输出端均与信号放大器的输入端连接，信号放大器的输出端与模数转换器的输入端连接，模数转换器的输出端与判断模块3的输入端连接。振动传感器和转速传感器输出的电压信号为较为微弱的电压信号，而模数转换器的输入电压一般为5v左右，因此，需要使用信号放大器对振动传感器和转速传感器输出的电压信号进行电压放大处理。
具体地，工控机包括fpga芯片。
具体地，通信模块为无线通讯装置。
具体地，报警装置为无声光报警器。
具体地，显示模块为液晶显示器。
具体地，远程终端(远程终端单元)为手机或平板电脑。
本发明实施例的旋转机械故障监测系统，通过振动传感器检测旋转机械的转轴的振动信号，通过转速传感器用于检测旋转机械的转轴的转速信号，当振动信号超过预设阈值时触发位移传感器采集旋转机械的转轴和轴承连接处的振动图象，以此最终判断旋转机械的转轴和轴承之间是否发生松动，并能够将采集的振动信号、转速信号以及振动图象传输至远程终端上，施工人员或操作人员能够实时知晓施工过程中旋转机械的转轴的运行状态，若出现故障则可及时进行维护，有效保障了施工安全和施工效率。
本发明提供了一种旋转机械故障监测系统的监测方法，包括以下步骤：
s1：振动传感器1采集转轴a的实时振动频率、生成携带实时振动频率的第一信号并对外发送。
s2：转速传感器2采集转轴a的实时转速、生成携带实时转速的第二信号并对外发送。
s3：判断模块3接收第一信号和第二信号，并分别将第一信号中的实时振动频率与参照频率比对、第二信号中的实时转速与参照转速比对。
s4：当实时振动频率大于参照频率且实时转速大于参照转速时，判断模块3生成第三信号并对外发送。
s5：工控机4接收第三信号并开启位移传感器5、报警装置8。
s6：位移传感器5实时采集转轴a的位移量、生成携带位移量的第四信号并对外发送。
s7：图象生成模块6接收第四信号、根据第四信号中的位移量及接收第四信号的时间形成振动图象、生成携带振动图象的第五信号并对外发送。
s8：工控机4接收第五信号并将第五信号中的振动图象通过显示模块7进行显示。
s9：通信模块9将工控机4接收振动图象发送至远程终端10。
需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为保护范围。