大型旋转机械振动监测故障诊断系统产品技术深度调查

第一节 国内市场最新技术运用状况

一、英华达

（一）EN-8000大型旋转机械振动监测故障诊断系统

EN-8000大型旋转机械振动监测故障诊断系统主要用于对工业领域中的大型旋转机械，如汽轮发电机组、水轮发电机组、压缩机组、烯气轮机、风机、电机和水泵等进行在线振动监测和故障诊断。该系统可自动采集、记录和分析与设备安全有关的主要状态参数，包括振动、转速、轴位移、胀差、偏心等，快速准确地把握机组的运行状态，预测机组故障，有利于提高电厂综合维修水平，确保机组安全稳定地运行。

本系统采用以现场总线CAN为基础的积木式模块化结构设计，替代了传统过时的PC总线式结构，设计新颖，配置灵活，组态方便；分析诊断软件内容丰富，全部实现汉化和WINDOWS界面下的下拉式菜单，且提供在线帮助；数据采集箱采用先进的智能I/0网络，使得单台计算机可与多个采集箱同时进行通讯，监测多台机组的运行状态。本系统还可以通过系统微波或民用电话远距离传输，方便地组成区域性振动监测诊断中心。本系统现已安装在高井发电厂、盘山发电厂、丰满水电厂和沧州化肥厂等企业，运行状态良好，有效地解决了机组振动问题，受到各用户单位的普遍欢迎。

1、EN-8000系统的主要功能

1）实时监测：以示意图、棒表和表格等方式显示波形、频谱或轴心轨迹，并及时进行报警指示；

2）强大的分析功能：包括时域分析(波形、幅值、轴心轨迹)、频域分析(频谱、相位、瀑布图)、变速分析(伯德图、级联图、极坐标图)、趋势分析(相关趋势分极(相关趋势分析、趋势预报)和矢量靶图等；

3）故障诊断专家软件包：可自动诊断分析大型旋转机械常见故障，如不平衡、不对中、轴瓦松动、动静磨擦、油膜震荡、掉叶片、热矢量、电磁不平衡、结构共振、喘振等，给专业技术人员提供强有力的帮助；

4）动平衡计算：单面平衡法、双面平衡法、试重估算和矢量合成等；

5）严格分辩动作顺序：以表格和时序图等方式显示开关量动作过程；

6）事故追忆：记录事故或动作发生前后相关数据以进行追忆分析；

7）数据库管理：系统自动生成各种数据库，包括历史、事故、事件、缓冲及特征等；

8）报表打印：包括定时和自动打印操作记录及重要开关动作信息等；

（二）EN9000大型旋转机械振动监测保护诊断系统

1、适用范围

汽轮机、水轮机、压缩机、风机、电机和水泵等大中型机械设备。

2、特色功能

可靠的转速、轴振、瓦振、轴位移等参数的监测保护功能，模块化的结构，电源双冗余，各模块均支持热插拔。上位机具有灵活的组态、齐全的信号分析和完善的故障诊断专家系统功能。远程诊断分析和WEB服务功能。 

3、产品概述

EN9000是振动在线监测保护系统（TSI）和故障诊断专家系统(TDM+ES)的集成，主要是对电力、石化、冶金等工业领域中的大型机械设备，如汽轮发电机组、水轮发电机组、压缩机组、风机、电机、水泵、齿轮和轴承等进行在线振动监测保护、分析和故障诊断。该系统可自动连续地采集与设备安全有关的主要状态参数，包括键相/转速、轴振、瓦振、摆度、轴位移、胀差、偏心和其它过程量（如温度、压力、负荷等），为设备提供可靠的保护，并可以对设备故障进行分析和诊断。

EN9000硬件系统采用模块化的结构，各子模块均支持热插拔，配置灵活，组态方便，扩展性强，因此能适应多种现场监控的要求。EN9000的主机（TSI）和上位机软件系统(TDM+ES)均具有良好的用户界面，使用方便。上位机软件系统还可以同时和多个EN9000的主机通讯，并可以通过Internet方便地组成远程监测诊断中心。

EN9000系统是我公司自行研发的拥有完全自主知识产权的产品，采用了当前国内外各种先进技术，具有很高的性价比，并具有极强的可靠性、可扩充性和可维护性。 

4、系统组成

EN9000系统由主机（TSI）和上位机系统(TDM+ES)组成。主机（TSI）集成了振动在线监测保护和初步的分析诊断功能，可以独立运行。主机由电源模块、采集保护模块（键相模块、转速模块、振动模块）、缓变量模块、后端子板及框架组成，有8个插槽可用于自由配置测量模块，带触摸屏的3．5”彩色液晶显示。上位机系统(TDM+ES)通过以太网与主机组成局域网，对主机采集的数据进行存储、分析和诊断等，一般建议安装，如果条件不允许，也可以不安装。

5、主机（TSI）系统功能 

直观形象的监测画面。为了解现场设备的状态，N9000主机能直观地显示出当前各采集模块信号的状态监测图（棒图、数字、曲线、波形、频谱和轴心轨迹等）。在不同的显示画面，可以显示通道名称、单位和实时值等。此外在画面上还设有OK、旁路、警告、危险和投保指示灯等，显示的通道、波形数目、频谱上限等参数可以设置。 

6、灵活的系统参数设置 

根据不同监测对象的实际需要，在主机触摸屏和上位机系统上均可直接对保证系统正常工作的各种参数进行设置，设置的内容存储在电子盘中，系统掉电也不会丢失。

7、采集模块监测保护 

电源系统：采用双路符合欧洲标准宽压输入的AC/DC冗余电源，每路电源均自带过流、过压、欠压等保护，均能满足系统正常工作的需要。它是本系统稳定可靠工作的最有力保障。 

各子模块：高度的模块化，均支持实时在线热插拔，保证任意模块模块间的独立，即使在发生故障时仍不影响其它模块的正常运行。 

报警监测保护：当各采集保护模块出现异常时可及时通过指示灯提示报警状态，并对相应通道提供保护，避免系统更进一步的损伤。 

屏幕显示：各采集保护模块上有小液晶能直接显示当前转速和相应振动值以及部分关键内部数据，小液晶背光颜色白、绿、蓝可选。 

输出：各采集保护模块均带有高精度的缓冲和4-20mA电流变送输出，方便用户接入二次仪表、便携式测试系统和DCS系统等。 

8、高度可靠的保护系统 

EN9000保护系统=电源冗余+模块热插拔+功能强大的子模块保护设计 

振动模块：内置先进的微处理器，先进的热插拔保护电路，四通道任意类型振动信号（轴振、瓦振、轴位移、胀差等）输入和缓冲、变送输出，快速采集，自动识别当前传感器工作状态（断路、短路和间隙电压是否合适），直观的显示当前振动数据和内部关键参数，在外部键相信号无效时可自己产生键相信号，提供4组可任意“与”、“或”、“比较”逻辑组态、任意输出延时的常开常闭触点。 

转速模块：内置先进的微处理器，先进的热插拔保护电路，三通道转速信号输入和缓冲、变送输出，转轴齿数软件可任意设置到0~255，自动识别零转速和当前传感器工作状态，直观的显示当前转速数据和内部关键参数，完全独立可靠的三取二逻辑保护，提供1组三取二常开常闭触点和3组对应通道的常开常闭触点，灵活的超速保护功能，满足用户的保护要求。 

键相模块：内置先进的微处理器，先进的热插拔保护电路，单路或双路键相信号输入和缓冲、变送输出，自动识别设备停机和运行状态，直观的显示当前键相转速数据和内部关键参数，提供可靠的键相信号，且每一个通道带两组常开常闭触点。 

操作模块：系统操作模块采用触摸屏方式，所有参数设置使用直观的菜单方式，不需要跳线。重要参数设置采用密码进入的方式，并具有完善的参数边界条件检测。系统投保和解保需要双重确认，可以有效防止用户的误操作，避免由于人为错误产生的误动作。 

此外，上位机系统还具有数据追忆、数据和报表打印、屏幕打印、屏幕存储到图形文件，列表数据存储为文本和Excel格式文件，系统在线备份和在线升级等功能。

二、华科同安TN8000机组振动在线监测分析故障诊断系统

TN8000机组振动在线监测分析故障诊断系统”又称TDM系统，是专为汽轮发电机组设计的一套在线振动监测分析系统，系统通过对机组的振动信号及相关状态参数进行实时采集分析，及时识别机组的状态、发现故障早期征兆，对故障原因、故障严重程度、故障发展趋势做出判断，从而可以及时消除故障隐患，避免破坏性事故的发生，也为机组实现状态检修提供了坚实的技术基础。

1、适用范围：汽轮发电机组、燃气轮机、压缩机组、给水泵、风机、电机等工业领域广泛存在的各类旋转机械。

2、监测参数

1）振动监测参数

●  各瓦瓦振

●  各瓦X、Y两个方向的轴振

●  键相信号

对于装有机组振动保护系统系统（TSI）的机组，TN8000智能数据采集箱与TSI系统的信号连接采用硬接线或通讯方式。

对于没有TSI监测仪表的机组，TN8000智能数据采集箱可以直接与涡流传感器或速度传感器相接。 

2）过程量监测参数

机组振动特征与其运行工况的过程量参数有很大的相关性。TN8000智能数据采集箱可以直接采集相关信号或通过通讯方式从DCS系统或其他智能仪表得到。过程参数主要包括：负荷、偏心、轴位移、胀差、热膨胀、主汽温、主汽压、再热汽压力、再热汽温度、轴承钨金温度、轴承回油温度、缸温、推力瓦温、真空、氢压、励磁电流、励磁电压等。

3、系统功能

1）监测分析功能

TN8000系统提供完善的信号分析工具，帮助用户分析机组故障。包括波形图、频谱图、轴心轨迹图、多轴心轨迹图、伯德图、乃奎斯特图、级联图、轴心位置图、停机曲线、极坐标图、瀑布图、轴心位置图等。

2）故障诊断

TN8000系统提供了一套对机组的运行状态进行分析诊断的专家系统。该专家系统是在总结了华北电科院几十年来机组振动分析故障诊断的研究成果和现场经验的基础上开发研制的，它采用先进的故障树技术，可以诊断机组的各种常见故障，如转子不平衡、转子不对中、轴弯曲、转子碰摩、油膜振荡、汽流激振、电磁激振、轴瓦不稳定、轴承座松动、参数激振、转子部件脱落、共振、高次谐波共振等，对应每一故障系统还可以区分子故障。系统可区分引起故障的直接原因和间接原因，说明故障直接原因与振动故障特征的关系。

3）动平衡计算

在机组实际运行中，经常会碰到机组不平衡故障，需要对机组做动平衡处理。本系统提供了实用的动平衡计算模块，包含最小二乘法影响系数计算、最小二乘法影响系数动平衡、谐分量法影响系数计算、谐分量法影响系数动平衡、矢量加减运算和估算剩余振动等多种功能，可迅速方便地找出最佳的合理配重。该模块可对多平衡面、多测振点同时进行平衡。

4）WEB化软件

TN8000系统向用户提供功能完善的WEB服务程序，并对系统所有的功能模块进行了WEB化。只要网络终端用户安装了IE浏览器，就能以WEB方式实时监测机组运行状态，此外，还能对机组状态进行分析诊断。

三、大型设备振动监测与故障诊断系统

1、系统功能特点：

采用嵌入式系统进行数据采集，抗干扰能力强，布线简单。 

振动趋势分析及报警。 

对振动超标的测点采用两级报警，并保存报警时的原始数据备查。

故障特征频率自动跟踪，超限报警。每个设备最多可跟踪 50个特征频率。

提供设备运行状态日报表和月报表。

专业的在线监测视图，包括设备示意图监测，实时棒图监测，实时数据浏览，实时时域波形和频谱，实时轴心轨迹等。

离线数据分析功能，包括时频域分析、包络谱、概率密度分析、自相关分析、互相关分析、功率谱、倒谱、细化谱、轴心轨迹、小波分析等。

采用 B/S模式，用户使用浏览器能方便查看现场监测情况。

采用类似 WINDOWS的权限组设置方法，可以按不同的需要建立用户权限组，系统的每个功能都能单独授权。

根据用户的需要可与其它企业信息管理系统集成，实现信息共享。

2、产品研发及应用：

2001年12月，完成 集散式设备状态监测系统网研发，在湖南涟源钢铁集团有限公司应用。 

2002年12月，完成连轧设备在线振动状态监测系统研发，在湖南涟源钢铁集团有限公司棒材二厂应用。 

2003年11月，完成大型设备振动监测及故障诊断专家系统研发，在湖南涟源钢铁集团有限公司热电厂900风机房，第三炼钢厂一次除尘风机上应用。

2003年12月，取得万联连轧设备在线振动状态监测系统软件著作权，编号：软著登字第017947号，登记号：2003SR12856。 

2004年3月，取得大型设备振动监测及故障诊断专家系统软件著作权，编号：软著登字第021973号，登记号：2004SR03572。 

2004年9月， 应用本系统对湖南涟源钢铁集团有限公司一万制氧机组、2200m3高炉风机、130m2烧结主风机、热电厂轴流风机进行设备状态监测。 

2005年6月，应用本系统对湖南、湘潭、钢铁集团有限公司烧结厂主风机进行状态监测。 

2005年7月， 应用本系统对湖南、湘潭、钢铁集团有限公司二高线厂两条精轧机线进行状态监测。 

 2005年8月， 应用本系统对湖南涟源钢铁集团有限公司烧结厂180风机、制氧厂21000空压机和氧压机、TRT发电机组、130t锅炉煤气发电机组、AV45电机风机进行状态监测。

2005年11月，应用本系统对湖南岳阳化工总厂热电事业部7#汽轮发电机在线状态进行监测。

本系统可广泛应用于冶金、电力、石化、制造等拥有大型机械设备的行业。

四、东华测试旋转机械的状态监测和故障诊断系统

旋转机械的状态监测和故障诊断系统包括以下构成方式：

1、设备巡检：

对于数量庞大、分散广泛的机械设备,一般采用手持式振动信号测试分析系统进行定期巡回检测,并将数据传送到计算机上,进行分析、管理。这种方式经济、实用,但需要有点检人员到现场收集数据,根据分析结果及时提出检修报告。 

2、在线监测：

关键的重要设备一般采用在线监测系统,其优点是设备运行24小时处于监控状态, 利用计算机的存储空间记录设备的运行参数包括振动、温度、压力、流量等参数，设备一旦出现故障前兆及时报警并尽可能多的采集故障信息，为了解故障现象和分析故障原因提供了可靠的数据，系统自动生成日数据库、历史数据库及报警库。 

3、精密故障诊断：

当旋转机械设备运行状态出现异常,或者重要设备新安装首次启动时,特别是启停机过程中包含了大量的故障信息，就需要采用多通道动态信号测试分析系统,对设备进行详细、全面的振动测试分析,也就是精密故障诊断。精密故障诊断包括了设备的启停机分析、信号的频谱分析、阶次分析、调制解调分析、扭振分析和小波分析等等。本系统还可对动不平衡进行多平面的现场动平衡,其平衡精度很高。

五、北京中新锐ZXR3000振动在线监测故障诊断系统

ZXR3000振动在线监测故障诊断系统是针对各类旋转机械（如风机、泵、汽轮机组、水轮机组、压缩机组及其它透平机组等）及往复式机械（如扎机及冲压机等）开发适用于各种机械设备的在线振动监测分析和故障诊断。系统对设备提供24小时不间断巡回监测，密切关注与机组安全运转紧密相关的状态参数，自动识别机组设备的运行状态，指示潜在机器问题的发生，从而避免高成本的停机及各种恶性机械故障。系统采用当前先进的虚拟仪器技术，选用世界上最优秀的虚拟仪器软件开发平台LabVIEW，结合Internet和Intranet技术，实现局域网内部实时监测，并实施异地远程监测诊断分析，真正实现了分布式的数据采集，集中式的数据管理，能充分利用更多的技术支持和数据共享。

ZXR-3000型振动状态在线监测系统已经逐步形成了标准化、系列化产品，这些产品在国内同行业中处于领先地位。现已广泛运用于冶金、电力、石化、供水、铁路、烟草等行业，成为众多企业设备状态检测维护工作中不可替代的工具，取得了显著的社会效益和经济效益。

ZXR-3000型振动状态在线监测系统功能模块如下：

1、实时状态监测模块

调用驱动程序采集数据，并实时显示各监测点的振动值，通过显示值的颜色给出各监测点的状态（如好，注意，危险等），并选择显示某个测点的简单的时、频域波形图。

2、离线数据分析模块

对保存的数据进行离线分析。包括时域分析、频域分析、趋势分析、小波分析、相关分析和轴心轨迹分析等部分。

3、数据库存储模块

采集的数据根据需要以多种方式存入SQL数据库、对历史数据的分析由此数据库提供，并提供网络数据服务。

4、相位分析模块

主要提供倍频相位差图，各测点相位差图，相位趋势图。提供高级的相位分析功能。

5、启停机分析模块

包括幅值、相位、转速计算；Nyquist图；Bode图；瀑布图。

6、智能诊断模块

提供一个自动诊断功能，给诊断人员提供一个参考的诊断结论。对常见的故障类型进行总结，并给出故障的出现概率。

7、自动诊断系统（专家系统）

系统配套的设备故障自诊断模块吸收了国内外诊断专家多年现场经验和理论研究成果的基础上研制的故障自动识别软件系统。长期来，人们利用频谱分析技术结合机械设备结构的动力学特性，找到了很多典型故障的特征，这些规律或经验得到了理论和现场的论证。

本系统可以减轻故障诊断的人工劳动强度，它是把振动信号、设备资料、频谱分析、故障诊断、信息融合等知识有机结合在一起的综合系统。

8、现场单、双面动平衡

现场动平衡功能一直以来是公司在设备故障诊断领域中的研发重点，相关技术人员在该技术上具有深厚的造诣。以影响系数法和试重平衡法为主，提供多种动平衡计算方法，自动给出校正重量的大小和相位，并给出是否达到平衡等级的结论。

9、数据报表

对数据库内的数据进行查询、删除等操作，并产生报表。具有完善的数据库管理功能和强大的数据打印功能。

10、网络化

系统可以传送数据到主计算机，直接连接到企业管理信息网络。通过局域网内部实时监测，并实施异地远程监测诊断分析，能充分利用更多的技术支持和数据共享。

第二节 国际市场最新技术运用状况

简便式测振仪外接惯性式速度或加速度传感器，主要用于机壳的振动幅值测量精度较低。根据检波电路不同，读数可分为峰峰值、峰值和有效值。它已从传统的模拟式发展到数字式，有些还配有选频网络，可作手动频率分析，测定振动中主要频率成份的幅值。它可用于一般设备振动状态的手工监测，根据振动幅值大小对故障作出初频的分析。产品有英华达公司的EN-500便携式旋转机械振动监测故障诊断仪；美国Scientific Atlanta公司的M744、Bently Nevada公司的TK81、德国Schenck公司的VIBROMETER 20和25等。

第三节 国内技术市场区域优势

旋转机械设备故障诊断技术应用对企业保障设备安全，防止突发故障，保证设备精度，提高产品质量，实施状态维修，节约维修费用等具有重要意义。随着我国经济建设的不断发展，我国钢铁生产企业所拥有的机械设备必然会越来越多。而且随着设备技术复杂性的增加，也会不断地产生更多大型、复杂、精密和机电一体化的多种机械设备。

尽管设备振动诊断技术是最成熟和最主要的诊断技术，但在许多企业推广方面还存在困难，主要原因是这些企业普遍缺少能掌握诊断技术的专业人员，企业人才匮乏。

第四节 新项目投资推荐区域（或省市）（CMRN 中经纵横建议）

大型旋转机械振动监测故障诊断系统主要原材料为集成电路，由2011年集成电路主要产地分布看建议项目地为江苏省，集成电路产量占全年的29.51%。选择原材料产地为主要项目推荐地，材料选择方便，节省运办理成本。

江苏省集成电路产业起步较早，近年发展较快。国内最为完整的设计-晶圆制造-封装测试-配套材的产业链基本形成，并在以下几方面形成产业特色和创新优势：

一是芯片设计。“十五”以来，江苏省加快了对无锡、苏州、南京集成电路设计产业基地，现已集聚了芯片设计企业80家左右。江苏意源科技、无锡华润矽科、苏州国芯科技、苏州华芯微电子、电子第58研究所、江苏东大集成、江苏东大通信等一批集成电路设计企业在嵌入式32位CPU、SOC芯片、3G芯片等方面居国内领先地位。2004年省政府设立科技成果转化资金之后，大力吸引具有我国自主知识产权、具有较强产业带动能力的核心芯片（中央微处理器 CPU）在江苏省实施成果转化，由中国科学院计算所开发的“龙芯”已由江苏梦兰集团组织实施产业化，北京大学开发的“北大众志”芯片已在常州地区成立常州北大众志网络计算机有限公司。江苏省在集成电路设计方面“大企业少、大产品少”的局面正在逐步改变。

二是晶圆制造。晶圆制造是集成电路产业链中属于资本密集、技术密集型环节，目前国内的生产线基本上引进国外。近几年，江苏省积极抓住国际集成电路产业的制造环节向我国转移的机遇，积极承接了苏州和舰科技、华润晶芯、海力士、纳科电子等几个技术水平高、规模大的晶圆制造项目，其最高可达到12英寸0.13微米的工艺技术。目前，江苏省5家晶圆制造骨干企业已有或在建的8英寸以上的晶圆制造生产线达到7条，占国内的30%，另外江苏省还有6英寸生产线2条。江苏省在集成电路制造环节上的规模和技术水平均居前列，正在逐步成为重要的集成电路制造集聚地。

三是封装测试。江苏省芯片封装测试能力始终处于国内领先地位，主要封装测试企业16家，集成电路的封装量达到60亿片，其中南通富士通微电子有限公司和江苏长电科技股份有限公司分别位居国内合资和内资封装企业的第1位。近年来，江苏省封装骨干企业不断强化技术升级，如江苏长电科技股份有限公司实施的“圆片级芯片封装集成电路产业化”项目，革命性实现集成电路在圆片前完成测试封装，技术水平达到国际先进水平。江苏省集成电路封装技术和规模居国内第一的地位不断得到强化。