源自《電子設(shè)計(jì)應(yīng)用》2009年5月刊
作者：李巍1 郝王松2 《泛華測控系統(tǒng)開發(fā)部開發(fā)工程師》
摘要：
本文中的旋轉(zhuǎn)機(jī)械處理平臺(tái)是基于柔性測試技術(shù)對(duì)測試系統(tǒng)可靠性、精確性、擴(kuò)展性、適用性和靈活性五方面的追求，利用PXI系統(tǒng)及相關(guān)的分析工具，實(shí)現(xiàn)了大吞吐量數(shù)據(jù)采集及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳與下載等功能，提高了測試工作的精確性和及時(shí)性。實(shí)際使用結(jié)果表明：該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的靈活性和擴(kuò)展性，運(yùn)行效率高，能有效的滿足旋轉(zhuǎn)機(jī)械試驗(yàn)的需求。
關(guān)鍵詞：
柔性測試技術(shù)、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、虛擬儀器技術(shù)
一.引言
隨著科學(xué)技術(shù)與現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展,旋轉(zhuǎn)機(jī)械正朝著大型化、連續(xù)化、高速化、輕型化、集中化、自動(dòng)化和大功率、大載荷方向發(fā)展。其特點(diǎn)為：試驗(yàn)項(xiàng)目多；時(shí)間長；測試點(diǎn)多；難度大、成本高（數(shù)億美金）；對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的安全及共享性要求更高。為了滿足以上特點(diǎn)，需要將分散的試驗(yàn)場站的試驗(yàn)系統(tǒng)納入統(tǒng)一的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，因此如何將試驗(yàn)中心或基地獲取的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果近于實(shí)時(shí)地傳給設(shè)計(jì)、制造、使用等單位，及如何分析和使用試驗(yàn)數(shù)據(jù)等就成為新的挑戰(zhàn)。
基于柔性測試技術(shù)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械信號(hào)處理平臺(tái)
應(yīng)用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建，不僅充分考慮到測試系統(tǒng)對(duì)可靠性、精確性的需求，保證了數(shù)據(jù)的安全，同時(shí)，也針對(duì)試驗(yàn)中多測試點(diǎn)、實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)等特點(diǎn)，在測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)充分保證了系統(tǒng)的擴(kuò)展性和靈活性。
二.旋轉(zhuǎn)機(jī)械信號(hào)處理平臺(tái)架構(gòu)
旋轉(zhuǎn)機(jī)械信號(hào)處理平臺(tái)包括三個(gè)部分：前端數(shù)據(jù)分系統(tǒng)、中央數(shù)據(jù)服務(wù)分系統(tǒng)和離線分析工作站系統(tǒng)。平臺(tái)的架構(gòu)如下圖所示
• 前端數(shù)據(jù)分系統(tǒng)即為各分立的場站試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器；其可以獨(dú)立運(yùn)行，具備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)本地備份、在線分析、本地監(jiān)控等功能。
• 中央數(shù)據(jù)服務(wù)分系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，完成各前端數(shù)據(jù)分系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)，為各個(gè)離線工作站提供數(shù)據(jù)離線分析、數(shù)據(jù)檢索等服務(wù)。
• 離線分析工作站即為經(jīng)授權(quán)接入中央數(shù)據(jù)服務(wù)分系統(tǒng)的內(nèi)網(wǎng)終端，包括時(shí)域顯示、聯(lián)合時(shí)頻分析、倍頻程分析、階次分析等16種針對(duì)振動(dòng)信號(hào)的分析算法。
三.各分系統(tǒng)說明
（一）前端數(shù)據(jù)分系統(tǒng)
前端數(shù)據(jù)分系統(tǒng)主要是指場站試驗(yàn)系統(tǒng)，提供平臺(tái)運(yùn)作的原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
1. 主要功能：
•試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集
•本地?cái)?shù)據(jù)備份
•數(shù)據(jù)上傳
•試驗(yàn)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控
•在線數(shù)據(jù)分析
•試驗(yàn)系統(tǒng)控制
2. 系統(tǒng)組成：前端數(shù)據(jù)分系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集設(shè)備、試
驗(yàn)控制設(shè)備、監(jiān)控主機(jī)設(shè)備、數(shù)據(jù)備份設(shè)備等。監(jiān)控主機(jī)、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和數(shù)據(jù)備份設(shè)備組成局域網(wǎng)，通過TCP/IP進(jìn)行內(nèi)外數(shù)據(jù)交換。
數(shù)據(jù)采集設(shè)備根據(jù)信號(hào)測試點(diǎn)的數(shù)量和采集速率需求，一般配置為多采集器組合，即主采集器加數(shù)個(gè)輔助采集器，采集通道可以擴(kuò)充或調(diào)整。如有需要，信號(hào)需經(jīng)調(diào)理后接入數(shù)采設(shè)備。
試驗(yàn)控制設(shè)備為發(fā)動(dòng)機(jī)試車提供燃油、進(jìn)風(fēng)、環(huán)境等基礎(chǔ)條件的控制，屬于場站基礎(chǔ)設(shè)施范疇，需要專業(yè)單位承建，在此不再贅述。
監(jiān)控主機(jī)負(fù)責(zé)資源配置管理，試驗(yàn)監(jiān)控管理和在線分析等任務(wù)，多配置為數(shù)個(gè)計(jì)算機(jī)終端，分別負(fù)責(zé)試驗(yàn)監(jiān)控、系統(tǒng)管理和在線分析，具備報(bào)警功能。
數(shù)據(jù)備份設(shè)備保存所有數(shù)據(jù)采集端采集的通道數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)上傳至中央數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)。
前端數(shù)據(jù)分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：
（二）中央數(shù)據(jù)服務(wù)器分系統(tǒng)
中央數(shù)據(jù)服務(wù)器分系統(tǒng)是整個(gè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)集散中心，它通過網(wǎng)絡(luò)接收前端數(shù)據(jù)系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分類標(biāo)識(shí)存儲(chǔ)，同時(shí)接收離線分析工作
站的數(shù)據(jù)查詢請(qǐng)求，分析離線分析工作站的數(shù)據(jù)請(qǐng)求參數(shù)，將索引出的通道數(shù)據(jù)分發(fā)給各離線分析工
作站。
1. 系統(tǒng)功能
• 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：按照通訊協(xié)議，通過TCP/IP接收各前端數(shù)據(jù)分系統(tǒng)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行標(biāo)記存儲(chǔ)；
•數(shù)據(jù)分發(fā)：按照通訊協(xié)議，通過TCP/IP分發(fā)給各離線分析工作站要求的數(shù)據(jù)；
•權(quán)限管理：對(duì)申請(qǐng)數(shù)據(jù)查詢的客戶端進(jìn)行權(quán)限認(rèn)證。
2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中央數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)支持多個(gè)前端數(shù)據(jù)系統(tǒng)和多次試驗(yàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與分發(fā)，采用服務(wù)器作為中央數(shù)
據(jù)服務(wù)系統(tǒng)的硬件，當(dāng)通道數(shù)量過多時(shí)，可采用服務(wù)器群。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：
3. 工作原理
• 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：前端數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的備份系統(tǒng)將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至中央數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)，并通過流盤技術(shù)將數(shù)據(jù)保存到磁盤陣列中。當(dāng)成功保存數(shù)據(jù)后，數(shù)采端會(huì)刪除相應(yīng)數(shù)據(jù)文件，避免因網(wǎng)絡(luò)故障造成數(shù)據(jù)丟失。
• 中央數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)的另一個(gè)數(shù)據(jù)操作就是分發(fā)數(shù)據(jù)給各離線分析工作站，驗(yàn)證登錄用戶的權(quán)限，保證數(shù)據(jù)查詢的安全性；根據(jù)離線分析工作站提交的索引條件向離線分析工作站分發(fā)相應(yīng)數(shù)據(jù)。
（三）離線分析工作站系統(tǒng)
離線分析工作站系統(tǒng)用來查詢、分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械試驗(yàn)的歷史數(shù)據(jù)。
分析功能：
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時(shí)域顯示 |
聯(lián)合時(shí)頻分析 |
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倍頻程分析 |
通道間運(yùn)算 |
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相位差計(jì)算 |
包絡(luò)提取 |
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Sound levelmeter |
頻譜分析 |
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階次分析 |
自相關(guān)分析 |
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Colormap |
Levelmeter |
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積分 |
互相關(guān) |
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微分 |
瀑布圖 |
工作原理：離線分析工作站系統(tǒng)的主要任務(wù)是對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)
械信號(hào)進(jìn)行各種分析處理。首先，離線分析工作站向服務(wù)器提交檢索信息；然后中央數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)根據(jù)這些檢索信息，將相應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送給離線分析工作站；最后離線分析工作站對(duì)這些通道數(shù)據(jù)進(jìn)行特定的分析與顯示。
四.旋轉(zhuǎn)機(jī)械信號(hào)處理平臺(tái)特點(diǎn)
• 配置的靈活性：在上位機(jī)上可以配置下位機(jī)參與采集的通道，方便用戶根據(jù)實(shí)際情況增加或刪除采集通道；并且可以對(duì)每個(gè)通道分別標(biāo)定；在離線分析工作站中可以提取任意時(shí)間段的任意數(shù)據(jù)分析。•
• 數(shù)據(jù)安全的可靠性：數(shù)據(jù)備份端通過網(wǎng)絡(luò)接收各數(shù)據(jù)采集器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分類表示存儲(chǔ)，進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，同時(shí)按照試驗(yàn)數(shù)據(jù)的時(shí)間順序，將試驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)上傳至中央服務(wù)器；當(dāng)數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)與中央數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)成功的保存數(shù)據(jù)后，會(huì)通知數(shù)采端，數(shù)采端將刪除相應(yīng)數(shù)據(jù)，這樣數(shù)據(jù)的安全就得到了保證，避免因網(wǎng)絡(luò)故障造成數(shù)據(jù)丟失。
• 易于維護(hù)和擴(kuò)展性：可以根據(jù)采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)任意擴(kuò)充機(jī)箱、板卡；當(dāng)通道數(shù)量增加時(shí)，可以采用服務(wù)器群作為中央服務(wù)器系統(tǒng)的硬件資源；根據(jù)需求可以任意添加監(jiān)控端和離線分析工作站。
•大數(shù)據(jù)量吞吐的能力：支持130個(gè)通道，50KS/s的數(shù)據(jù)同步采集，增加硬件配置可提升吞吐能力。
五.結(jié)語
上述旋轉(zhuǎn)機(jī)械信號(hào)處理平臺(tái)能有效地解決目前旋轉(zhuǎn)機(jī)械試驗(yàn)面臨的挑戰(zhàn)。其利用柔性測試技術(shù)的核心——虛擬儀器技術(shù)為主體的軟硬件，結(jié)合當(dāng)前國際測試和網(wǎng)絡(luò)先進(jìn)技術(shù)所開發(fā)的綜合試驗(yàn)管理平臺(tái)，對(duì)各試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括試車數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、在線分析、離線分析等，在保證數(shù)據(jù)安全的前提下，使多協(xié)作單位數(shù)據(jù)的共享成為可能。
