GfM 公司的 Peakanalyzer 是一套可以普遍適用于實現全自動振動診斷的系統(tǒng)，而且它在風力發(fā)電機中的使用已經非常成熟。原始數據由一臺Beckhoff嵌入式PC CX5020和狀態(tài)監(jiān)測EtherCAT模塊EL3632完成處理和采集。該系統(tǒng)可以實現對整個風機的傳動鏈甚至風機基礎的高精度可靠診斷。

GfM 工程師正在進行與 Peakanalyzer 連接的加速度傳感器測試

總部位于柏林的GfM（Gesellschaft für MaschinendiagnosembH）公司主營業(yè)務是滾動軸承上安裝的齒輪裝置的振動診斷。該公司聯合創(chuàng)始人兼總經理 Dr. Rainer Wirth 這樣解釋道：“我們的研發(fā)工作始終專注于診斷流程的自動化，因為這對于診斷技術的推廣至關重要。GfM 積極推動診斷服務和設備開發(fā)的融合，這樣實踐經驗可以直接反饋到產品開發(fā)中。”

Peakanalyzer則是一款承載了這種設計思想優(yōu)勢的產品，它具有多達32 個測量點專為全自動、高級振動診斷而設計。另有最多 32 個慢速通道用于處理較慢的過程變量（1 kHz）。該款設備的核心是Beckhoff基于 PC 的控制技術，它完美結合了科技自動化理念，將諸如狀態(tài)監(jiān)測等超越標準自動化要求的測量功能整合于一體。這樣，Peakanalyzer 能夠通過重新采樣變速驅動診斷數據的方式進行階次分析，以及通過 DVS 分析來自動識別重要的譜頻，監(jiān)測特性值并觸發(fā)數據采集。

這種多用途診斷設備的典型應用領域包括價格昂貴且低冗余設計的傳動系統(tǒng)，如針對建材行業(yè)的鋼鐵廠、輸送系統(tǒng)中的傳動機構（可靠性在此類應用中關鍵要求）或纜車中與安全相關的驅動機構。Peakanalyzer也常常用于維護人員難以輕易到達的設備中，因為在這些設備中基于狀態(tài)監(jiān)測的提前維護是必須的。風機就是這種應用的典型案例。

風力發(fā)電機組特殊且全面的狀態(tài)監(jiān)測

為了監(jiān)測風力發(fā)電機組的傳動機構，一個 8 通道Peakanalyzer設備用于監(jiān)測風力發(fā)電機組的傳動鏈，同時，還可以額外增加兩個通道監(jiān)測風機基礎螺栓是否松動。診斷裝置位于風機的機艙中，可以將其安裝在控制柜內或者其他防護等級較高的箱體內。8 個 IEPE 加速度傳感器對傳動鏈進行數據采集，分別為：1 個傳感器用于主軸承，2 個用于發(fā)電機，5 個用于齒輪裝置。系統(tǒng)通過這些數據對傳動鏈進行分析。需要時，也可以將 Peakanalyzer 連接到現有的通訊結構中，如機艙中的局域網接口，VPN 等，或者可以通過無線通訊、光纖（塔筒）、GHSDSL（系統(tǒng)之間的銅纜）以及通過 DSL 建立與互聯網的通訊。

GfM軟件工程師 Christian Reinke解釋了PC 控制技術帶來的優(yōu)勢：“Beckhoff的模塊化控制系統(tǒng)是一款可自由編程的開放式系統(tǒng)，可在全球范圍內供貨并提供備件更換，從而讓我們能夠提供定制化、經濟高效且可靈活擴展的診斷解決方案。更重要的是，分布式解決方案可以方便地通過EtherCAT端子模塊 I/O 系統(tǒng)實現。借助 EtherCAT 高性能的通訊特征， Peakanalyzer 可提供多達 32 個輸入通道，從而提高了應用的靈活性。通過 EtherCAT 端子模塊 EL3632 和 EL3702 的超采樣功能，甚至還可以實現比總線周期更短的高速采樣率，而這也是 Peakanalyzer 能夠支持如此精確的振動記錄和分析的原因所在。”

TwinCAT 軟件幫助 CX5020 嵌入式控制器實現測量數據采集和緩存。然后，數據通過 ADS（TwinCAT內部通訊協議）傳輸給GfM 專有的分析軟件，以進行進一步處理。Christian Reinke繼續(xù)說道：“其優(yōu)勢在于PLC可以直接實現配置更改，即所有的通訊都基于一款通用 PLC，即使需要具有不同數量通道和端子模塊類型的不同系統(tǒng)配置，也只需要在軟件配置中加以區(qū)別即可。”遠程訪問也是可行的，將GFM.NET 應用程序安裝在嵌入式控制器中，就可以通過TCP/IP與網絡上的另一臺計算機中的配置和測評軟件進行通訊了。

Kai Uchtmann、Dr. Rainer Wirth 和 Axel Haubold（從左至右）自 1985 年以來就一直從事機器診斷工作，并于 1999 年成立GfM公司

必不可少的 I/O 設備—狀態(tài)監(jiān)測模塊

兩通道 EtherCAT 模塊 EL3632 是 Peakanalyzer 不可或缺的組成部分，它可以精確記錄傳動鏈監(jiān)測的傳感器數據，據 GfM 聯合創(chuàng)始人兼總經理 Axel Haubold 所述：“我們的高級振動監(jiān)測系統(tǒng)實現的一個關鍵是以 50 kHz 的采樣率采集 IEPE 傳感器信號，另外一個關鍵是 1 Hz 和 1 kHz 之間的寬采樣范圍，這樣，設備就可以同時測量低頻率振動（例如塔筒振蕩）和高頻率振動（例如風力發(fā)電機的振動）。為了獲得高質量的包絡信號，以檢測滾動軸承及齒輪損壞情況，所有通道幾乎都以 50 kHz 的頻率進行測量。在風電行業(yè)，0.1 至 10 Hz 模式也額外用于記錄符合 VDI3834 的特性值。另外一個優(yōu)點是，特別是在調試期間，EL3632 狀態(tài)監(jiān)控模塊能夠提供斷線檢測功能。”

Peakanalyzer的 I/O 系列可以根據客戶要求通過添加接口的方式進行完善。Christian Reinke詳細闡述道：“在這里，我們受益于種類豐富的模塊化EtherCAT I /O 系統(tǒng)解決方案。例如，通過脈沖測量端子模塊EL5151的增量編碼器接口，能夠以每轉多個非等距脈沖的方式進行非常精確的速度測量。具有超采樣功能的模擬量輸入端子模塊 EL3702 非常適合于監(jiān)測慢速移動滾子軸承的感應式位移傳感器，以記錄振動情況。”

數字量輸入端子模塊 EL1002 用于觸發(fā)測量，數字量輸出端子模塊 EL2004 用于發(fā)送特性值和過程參數報警信號。重要的過程變量，例如功率、風速和扭矩，可以作為模擬量電壓信號（±10V）或電流信號（0 - 20 mA）通過模塊EL3702 或 EL3742采集進入診斷系統(tǒng)中。此外，XFC(極速控制)載荷分析模塊EL3356-0010 可用于扭矩測量，而高精度PT100 輸入端子模塊EL3202-0010可以用于溫度測量。

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