空調機組的振動測試及診斷方法、裝置及空調機組與流程

本發明涉及空調技術領域，尤其涉及一種空調機組的振動測試及診斷方法、裝置及空調機組。

背景技術：

行業內現有的大型空調機組的在線測試都不能對其故障進行準確定位以及診斷，其振動測試都是通過離線的方式，由人工手持設備進行單點檢測，并且僅依靠振動位移判定異常，仍然不能檢出故障模式以及具體故障的位置。其次，售后遇到故障需要檢修時，都只能通過試錯的方式排查故障，沒有檢測條件只能返廠時耗費成本更大，因空調主機設備長時間停機檢修帶來的直接經濟損失是不可估算的。據統計，每年因大機組測試單單工業用電費用就高達數百萬元，還不包括其他冷媒損耗、更換零部件等成本。

專利CN102072144A提供一種渦旋壓縮機在線振動、噪聲監測及故障診斷系統，雖然是基于振動測試的分析系統，但是只顯示的信號處理的波形圖，并不能輸出診斷結果，即不能自動識別故障模式，且對象局限于渦旋壓縮機，無法用于生產及售后。

專利CN101907089A提供了一種基于三維空間軸心軌跡的壓縮機軸系故障診斷方法，該方法包括合成三維振動分析與濾波三維振動分析，能夠更加清楚、生動地反映設備的運行狀態和故障特征。該發明只是從信號處理的角度提出了一種新的分析方法，是理論層面的，需要專業的技術人員根據分析結果對設備進行診斷，無法用于實際生產及售后。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明提供了一種空調機組的振動測試及診斷方法，包括：信號采集步驟，采集加速度模擬信號；信號處理步驟，將所述采集到的加速度模擬信號進行預處理，并轉換成加速度數字信號；信號分析步驟，對所述轉換后的加速度數字信號進行頻譜分析，形成頻譜特征；診斷步驟，將所述頻譜特征與故障特征數據進行匹配，根據匹配結果給出診斷結果。

可選地，在所述信號采集步驟中，在電機、吸氣端軸承、排氣端連接法蘭、吸氣端連接法蘭、支腳中至少一個位置布置傳感器，用于采集所述加速度模擬信號。

可選地，所述信號處理步驟包括：將所述采集到的加速度模擬信號進行前置濾波、放大；將所述經過前置濾波、放大的加速度模擬信號轉換成加速度數字信號。

可選地，所述信號分析步驟包括：位移分析步驟，包括：將所述加速度數字信號進行積分，形成位移數字信號；對所述位移數字信號進行統計，形成位移分布信息，提取并顯示位移特征；頻譜分析步驟，對所述位移數字信號進行頻譜分析，提取并顯示頻譜特征。

可選地，所述診斷步驟還包括：將所述頻譜特征與所述故障特征數據進行匹配，若匹配成功將所述匹配結果和所述診斷結果顯示預警標示，所述預警標示包括突出顯示、字體顏色標示、底紋顏色標示、符號標示、預警標示欄中至少一種。

可選地，所述診斷步驟還包括：將所述頻譜特征與所述故障特征數據進行匹配，若匹配成功給出異常報警，并自動發送郵件給相關人員。

可選地，還包括將所述采集到的加速度模擬信號存儲到歷史數據庫。

可選地，還包括讀取所述歷史數據庫中的所述加速度模擬信號，執行所述信號處理步驟、所述信號分析步驟和所述診斷步驟，并生成分析報告。

本發明的另一方面又提供了一種空調機組的振動測試及診斷裝置，包括：傳感器，用于采集加速度模擬信號；信號處理模塊，用于將所述采集到的加速度模擬信號進行預處理，并轉換成加速度數字信號；信號分析模塊，用于對所述轉換后的加速度數字信號進行頻譜分析，形成頻譜特征；診斷模塊，用于將所述頻譜特征與故障特征數據進行匹配，根據匹配結果給出診斷結果。

可選地，所述傳感器布置于電機、吸氣端軸承、排氣端連接法蘭、吸氣端連接法蘭、支腳中至少一個位置。

可選地，所述信號處理模塊包括：信號調理單元，用于將所述傳感器采集到的加速度模擬信號進行前置濾波、放大；DAQ采集設備，用于將所述信號調理單元處理過的加速度模擬信號轉換成加速度數字信號。

可選地，所述信號分析模塊包括：位移分析單元，用于將所述加速度數字信號進行積分，形成位移數字信號；對所述位移數字信號進行統計，形成位移分布信息，提取并顯示位移特征；頻譜分析單元，用于對所述位移數字信號進行頻譜分析，提取并顯示頻譜特征。

可選地，所述診斷模塊包括：匹配單元，用于將所述頻譜特征與故障特征數據進行匹配；診斷提示單元，用于：若所述匹配單元的匹配結果是匹配成功，將所述匹配結果和所述診斷結果顯示預警標示，所述預警標示包括突出顯示、字體顏色標示、底紋顏色標示、符號標示、預警標示欄中至少一種。

可選地，所述診斷模塊還包括：報警單元，用于：若所述匹配單元的匹配結果是匹配成功，則給出異常報警，并自動發送郵件給相關人員。

可選地，還包括歷史數據庫，用于存儲所述采集到的加速度模擬信號。

可選地，還包括歷史數據分析模塊，用于讀取所述歷史數據庫中的所述加速度模擬信號，調用所述信號處理模塊、所述信號分析模塊和所述診斷模塊對所述加速度模擬信號進行處理、分析和診斷，并生成分析報告。

本發明又一方面還提供了一種空調機組，具有以上任一項所述的空調機組的振動測試及診斷裝置。

本發明提供的技術方案通過結合了各種時域和頻域的分析方法，通過多點實時監測分析、建立標準的故障特征數據庫，實現對中央空調大型設備的智能診斷，不僅能快速定位故障點，還能診斷出具體的故障模式，有針對性的排查故障，大大節約了生產成本，提高了售后檢修的高效性。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1是本發明提供的空調機組的振動測試及診斷裝置的整體結構圖；

圖2是本發明提供的空調機組的振動測試及診斷裝置的一種優選實施例的結構示意圖；

圖3是本發明提供的空調機組的振動測試及診斷裝置的一種優選實施例的系統部署圖；

圖4是本發明提供的空調機組的振動測試及診斷裝置的一種優選實施例的上位機分析流程圖；

圖5是本發明提供的空調機組的轉子不平衡或不對中類故障振動測試及診斷結果顯示界面圖；

圖6是本發明提供的空調機組的機械松動類故障振動測試及診斷結果顯示界面圖；

圖7是本發明提供的空調機組的振動測試及診斷方法的整體框架圖；

圖8是本發明提供的空調機組的振動測試及診斷方法的信號分析步驟的流程圖；

圖9是本發明提供的空調機組的振動測試及診斷方法的診斷步驟的流程圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明具體實施例及相應的附圖對本發明技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

需要說明的是，本發明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“第一”、“第二”等是用于區別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這里描述的本發明的實施例能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對于這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。

本發明提供了一種空調機組的振動測試及診斷裝置。圖1是本發明提供的空調機組的振動測試及診斷裝置的整體結構圖。如圖1所示，本發明空調機組的振動測試及診斷裝置包括：傳感器100，用于采集加速度模擬信號；信號處理模塊200，用于將所述采集到的加速度模擬信號進行預處理，并轉換成加速度數字信號；信號分析模塊300，用于對所述轉換后的加速度數字信號進行頻譜分析，形成頻譜特征；診斷模塊400，用于將所述頻譜特征與故障特征數據進行匹配，根據匹配結果給出診斷結果。

根據本發明帶運動部件的空調導風裝置的一種實施方式，所述傳感器100布置于電機、吸氣端軸承、排氣端連接法蘭、吸氣端連接法蘭、支腳中至少一個位置。

圖2是本發明提供的空調機組的振動測試及診斷裝置的一種優選實施例的結構示意圖。如圖2所示，所述信號處理模塊200包括：信號調理單元210，用于將所述傳感器采集到的加速度模擬信號進行前置濾波、放大；DAQ采集設備220，用于將所述信號調理單元處理過的加速度模擬信號轉換成加速度數字信號。

圖3是本發明提供的空調機組的振動測試及診斷裝置的一種優選實施例的系統部署圖。如圖3所示，整個系統由下位機和上位機組成，下位機包括傳感器(8個)、信號調理單元(8個)、接口總線(一根)、DAQ采集卡等，傳感器采集機組的振動信號，經信號調理單元進行放大，采集的模擬信號由總線到DAQ采集卡轉換成數字信號，最后將數字信號傳輸到上位機軟件進行處理。上位機基于LABVIEW編程實現各種信號處理算法，對采集卡傳回的數字信號進行分析處理，實現產品故障的智能診斷，并將數據實時存儲到服務器中，實現8通道的并行采樣，實時分析，由顯示裝置顯示診斷結果。該系統節約產品周期，減少生產損耗，測點數可擴展至16點，可移植性高，經調試后可用于其他產品的健康狀況監測。

該裝置具有很強的實用價值：對中央空調主機設備進行振動在線測試，滿足8通道并行采集，實現故障點準確定位，突破傳統的手持式設備進行單點振動測試，試錯方式排查故障，檢測更高效、可靠；通過分析振動數據，提取故障特征，和數據庫的故障模式進行匹配，實現智能診斷，故障排查效率更高，擺脫了依賴專家到現場分析的模式；故障特征數據庫的不斷積累，可以給售后提供強有力的技術支持，大大提高現場調試、檢修的效率；通過服務器存儲數據，一方面能夠遠程查看歷史數據，異常可追溯，另一方面通過積累大量的振動測試數據，充分利用數據分析在設計環節，對產品進行優化；整套裝置實施操作簡便，維護簡單，更不需要專業的技術人員進行操作，推廣應用性比較強。

如圖2所示，所述信號分析模塊300包括：位移分析單元310，用于將所述加速度數字信號進行積分，形成位移數字信號；對所述位移數字信號進行統計，形成位移分布信息，提取并顯示位移特征；頻譜分析單元320，用于對所述位移數字信號進行頻譜分析，提取并顯示頻譜特征。圖4是本發明提供的空調機組的振動測試及診斷裝置的一種優選實施例的上位機分析流程圖。如圖4所示，加速度信號采集之后對信號進行實時分析，并通過顯示裝置以加速度波形圖的方式顯示實時采集的加速度信號，以及經過積分處理后的形成的位移波形圖，還對位移波形的統計分析，可以直觀的看到振動位移的分布。還有對所述位移數字信號進行頻譜分析，即將時域信號變換至頻域加以分析。頻譜分析的目的是把復雜的時間歷程波形，經過傅里葉變換分解為若干單一的諧波分量來研究，以獲得信號的頻率結構信息。對信號進行頻譜分析可以獲得更多有用信息，如求得動態信號中的各個頻率成分和頻率分布范圍，求出各個頻率成分的幅值分布，從而得到主要幅度的頻率值。

再參見圖2，所述診斷模塊400包括：匹配單元410，用于將所述頻譜特征與故障特征數據進行匹配；診斷提示單元420，用于：若所述匹配單元的匹配結果是匹配成功，將所述匹配結果和所述診斷結果顯示預警標示，所述預警標示包括突出顯示、字體顏色標示、底紋顏色標示、符號標示、預警標示欄中至少一種。在圖4的實時分析流程圖中，在位移分析和頻譜分析之后，將提取的位移特征和頻譜特征，實時與故障數據庫的特征數據進行比對，在信息提示框內顯示診斷結果。診斷過程中，系統根據設置的機型，可以自動調取故障數據庫中相應的特征數據進行匹配。數據庫中的故障特征數據通過excel表格建立，維護新機型、新故障的特征數據相對比較簡單，只需要按照定義好的格式進行填充即可。在上位機的顯示界面中，可顯示一些基本的操作按鈕和采樣參數的設置、軟件分析相關的參數設置、加速度波形圖，以及分析處理后的位移波形，還有對位移波形的統計分析，可以直觀的看到振動位移的分布。核心部分是特征提取和診斷顯示區域，包括對每個測點提取的特征位移和頻率，發現故障特征數據時，對應的測點數據會高亮顯示，信息提示框可以顯示具體的故障特征。

目前數據庫內有兩大故障特征，即轉子不平衡或不對中、機械松動，都是大機組常見的故障類，需要根據測點調整對應零部件的安裝結構來消除故障。以螺桿壓縮機為例，具體故障分析依據機械故障診斷理論，經理論計算螺桿壓縮機的振動基頻包括50Hz和41.7Hz，分別對應陽轉子和陰轉子的嚙合頻率，判斷轉子不平衡或不對中是依據頻譜圖中是否存在2倍基頻的頻率分量，機械松動類的故障則是依據是否存在3倍或者4倍頻的頻率分量。具體分析是將頻譜圖中的頻率分量提取出來，與故障數據庫中的標準數據作對比，基于傅里葉變換本身存在偏差，判斷取值允許±5％的偏差。圖5是本發明提供的空調機組的轉子不平衡或不對中類故障振動測試及診斷結果顯示界面圖。如圖5所示，分析出測點4、測點8的頻譜存在2倍頻異常頻率分量(50Hz基頻的2倍)，判定為測點4和測點8存在轉子不平衡或不對中類故障。圖6是本發明提供的空調機組的機械松動類故障振動測試及診斷結果顯示界面圖。如圖6所示，分析出測點7的頻譜存在3倍頻異常頻率分量(41.7Hz基頻的3倍)，判定為測點7機械松動類故障。從以上兩圖中還可以看出，出現異常頻譜的時候振動位移并沒有超標，這也是該系統優于原始檢測手段的地方，僅依靠振動位移是不完全可靠的方式。

再參見圖2，根據本發明帶運動部件的空調導風裝置的一種實施方式，所述診斷模塊400還包括：報警單元430，用于：若所述匹配單元的匹配結果是匹配成功，則給出異常報警，并自動發送郵件給相關人員。檢測過程中出現異常會有報警提示，并自動發送郵件給相關責任人，不需要員工時刻觀察監測情況。

再參見圖2，根據本發明帶運動部件的空調導風裝置的一種實施方式，還包括歷史數據庫500，用于存儲所述采集到的加速度模擬信號。

如圖2所示，還包括歷史數據分析模塊600，用于讀取所述歷史數據庫500中的所述加速度模擬信號，調用所述信號處理模塊200、所述信號分析模塊300和所述診斷模塊400對所述加速度模擬信號進行處理、分析和診斷，并生成分析報告。報告里面包含被測機組的基本信息，以及每個測點提取的特征數據和診斷結果。通過導入測試數據生成檢測報告，便于查詢及異常追溯。

實時采樣分析和歷史手動分析兩部分，都結合了時域和頻域的分析方法對振動數據進行處理。再參見圖4，實時分析通過對采集的加速度信號進行積分、統計、頻譜分析等，提取并顯示特征頻率，實時與故障數據庫的特征數據進行比對，在信息提示框內顯示診斷結果。歷史分析是通過導入服務器中存儲的歷史數據進行分析，分析方法與實時的一致，并且可以生成分析報告。

本發明又一方面還提供了一種空調機組，具有以上任一項所述的空調機組的振動測試及診斷裝置。

本發明另一方面還提供了一種空調機組的振動測試及診斷方法。圖7是本發明提供的空調機組的振動測試及診斷方法的整體框架圖。本發明空調機組的振動測試及診斷方法包括：步驟S110，信號采集步驟，采集加速度模擬信號；步驟S120，信號處理步驟，將所述采集到的加速度模擬信號進行預處理，并轉換成加速度數字信號；步驟S130，信號分析步驟，對所述轉換后的加速度數字信號進行頻譜分析，形成頻譜特征；步驟S140，診斷步驟，將所述頻譜特征與故障特征數據進行匹配，根據匹配結果給出診斷結果。

根據本發明帶運動部件的空調導風方法的一種實施方式，在所述信號采集步驟中，在電機、吸氣端軸承、排氣端連接法蘭、吸氣端連接法蘭、支腳中至少一個位置布置傳感器，用于采集所述加速度模擬信號。

根據本發明帶運動部件的空調導風方法的一種實施方式，所述信號處理步驟S120包括：將所述采集到的加速度模擬信號進行前置濾波、放大；將所述經過前置濾波、放大的加速度模擬信號轉換成加速度數字信號。

圖8是本發明提供的空調機組的振動測試及診斷方法的信號分析步驟的流程圖。如圖8所示，所述信號分析步驟S130包括：位移分析步驟S131，包括：將所述加速度數字信號進行積分，形成位移數字信號；對所述位移數字信號進行統計，形成位移分布信息，提取并顯示特征位移；頻譜分析步驟S132，對所述位移數字信號進行頻譜分析，提取并顯示頻譜特征。

圖9是本發明提供的空調機組的振動測試及診斷方法的診斷步驟的流程圖。如圖9所示，所述診斷步驟S140還包括：步驟S141，將所述頻譜特征與所述故障特征數據進行匹配；步驟S142，若匹配成功將所述匹配結果和所述診斷結果顯示預警標示，所述預警標示包括突出顯示、字體顏色標示、底紋顏色標示、符號標示、預警標示欄中至少一種。

根據本發明帶運動部件的空調導風方法的一種實施方式，如圖9所示，所述診斷步驟S140，在執行完步驟S141之后還執行步驟S143，將所述頻譜特征與所述故障特征數據進行匹配，若匹配成功給出異常報警，并自動發送郵件給相關人員。

根據本發明帶運動部件的空調導風方法的一種實施方式，還包括將所述采集到的加速度模擬信號存儲到歷史數據庫。

根據本發明帶運動部件的空調導風方法的一種實施方式，還包括讀取所述歷史數據庫中的所述加速度模擬信號，執行所述信號處理步驟、所述信號分析步驟和所述診斷步驟，并生成分析報告。

本發明提供的空調機組的振動測試診斷方法和裝置具有以下有益效果：

1、縮短產品周期，降低生產反復測試成本，包括工業用電、更換零部件試錯等，保證產品質量；

2、用于產品的售后調試、返修，無需專業技術人員，即可快速定位機組故障，同時可遠程查看測試數據，提高工程效率及檢修效率，提高客戶滿意度，樹立品牌形象，擴大市場占有率；

3、大量包含系統運行特征的監測數據儲存在服務器，可用于設計環節，對產品實現精益設計；

4、集成便攜式裝置，使用對象不受限制，調試后可直接用于其他產品的健康狀況監測。

本發明提供的技術方案通過結合了各種時域和頻域的分析方法，通過多點實時監測分析、建立標準的故障特征數據庫，實現對中央空調大型設備的智能診斷，不僅能快速定位故障點，還能診斷出具體的故障模式，有針對性的排查故障，大大節約了生產成本，提高了售后檢修的高效性。

本文中所描述的功能可在硬件、由處理器執行的軟件、固件或其任何組合中實施。如果在由處理器執行的軟件中實施，那么可將功能作為一或多個指令或代碼存儲于計算機可讀媒體上或經由計算機可讀媒體予以傳輸。其它實例及實施方案在本發明及所附權利要求書的范圍及精神內。舉例來說，歸因于軟件的性質，上文所描述的功能可使用由處理器、硬件、固件、硬連線或這些中的任何者的組合執行的軟件實施。此外，各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。

在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的技術內容，可通過其它的方式實現。其中，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如所述單元的劃分，可以為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統，或一些特征可以忽略，或不執行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，單元或模塊的間接耦合或通信連接，可以是電性或其它的形式。

所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為控制裝置的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現本實施例方案的目的。

所述集成的單元如果以軟件功能單元的形式實現并作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基于這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的全部或部分可以以軟件產品的形式體現出來，該計算機軟件產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可為個人計算機、服務器或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：U盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、移動硬盤、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。

以上所述僅為本發明的實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求范圍之內。