源自《電子設(shè)計應用》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)機械處理平臺是基于柔性測試技術(shù)對測試系統(tǒng)可靠性、精確性、擴展性、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，實現(xiàn)了大吞吐量數(shù)據(jù)采集及實時數(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性。實際使用結(jié)果表明：該系統(tǒng)具有較強的靈活性和擴展性，運行效率高，能有效的滿足旋轉(zhuǎn)機械試驗的需求。
關(guān)鍵詞：
柔性測試技術(shù)、旋轉(zhuǎn)機械、虛擬儀器技術(shù)
一.引言
隨著科學技術(shù)與現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展,旋轉(zhuǎn)機械正朝著大型化、連續(xù)化、高速化、輕型化、集中化、自動化和大功率、大載荷方向發(fā)展。其特點為：試驗項目多；時間長；測試點多；難度大、成本高（數(shù)億美金）；對試驗數(shù)據(jù)的安全及共享性要求更高。為了滿足以上特點，需要將分散的試驗場站的試驗系統(tǒng)納入統(tǒng)一的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，因此如何將試驗中心或基地獲取的試驗數(shù)據(jù)和結(jié)果近于實時地傳給設(shè)計、制造、使用等單位，及如何分析和使用試驗數(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)機械信號處理平臺
應用先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建，不僅充分考慮到測試系統(tǒng)對可靠性、精確性的需求，保證了數(shù)據(jù)的安全，同時，也針對試驗中多測試點、實時傳輸數(shù)據(jù)等特點，在測試系統(tǒng)設(shè)計時充分保證了系統(tǒng)的擴展性和靈活性。
二.旋轉(zhuǎn)機械信號處理平臺架構(gòu)
旋轉(zhuǎn)機械信號處理平臺包括三個部分：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臺系統(tǒng)，負責將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器；其可以獨立運行，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，為各個離線工作站提供數(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，包括時域顯示、聯(lián)合時頻分析、倍頻程分析、階次分析等16種針對振動信號的分析算法。
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)主要是指場站試驗系統(tǒng)，提供平臺運作的原始試驗數(shù)據(jù)。
1. 主要功能：
•試驗數(shù)據(jù)采集
•本地數(shù)據(jù)備份
•數(shù)據(jù)上傳
•試驗系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控
•在線數(shù)據(jù)分析
•試驗系統(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
驗控制設(shè)備、監(jiān)控主機設(shè)備、數(shù)據(jù)備份設(shè)備等。監(jiān)控主機、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進行內(nèi)外數(shù)據(jù)交換。
數(shù)據(jù)采集設(shè)備根據(jù)信號測試點的數(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)個輔助采集器，采集通道可以擴充或調(diào)整。如有需要，信號需經(jīng)調(diào)理后接入數(shù)采設(shè)備。
試驗控制設(shè)備為發(fā)動機試車提供燃油、進風、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)控主機負責資源配置管理，試驗監(jiān)控管理和在線分析等任務(wù)，多配置為數(shù)個計算機終端，分別負責試驗監(jiān)控、系統(tǒng)管理和在線分析，具備報警功能。
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)是整個平臺的數(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)的試驗數(shù)據(jù)，進行分類標識存儲，同時接收離線分析工作
站的數(shù)據(jù)查詢請求，分析離線分析工作站的數(shù)據(jù)請求參數(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：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)，并進行標記存儲；
•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：對申請數(shù)據(jù)查詢的客戶端進行權(quán)限認證。
2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中央數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)支持多個前端數(shù)據(jù)系統(tǒng)和多次試驗數(shù)據(jù)的存儲與分發(fā)，采用服務(wù)器作為中央數(shù)
據(jù)服務(wù)系統(tǒng)的硬件，當通道數(shù)量過多時，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：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。當成功保存數(shù)據(jù)后，數(shù)采端會刪除相應數(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)機械試驗的歷史數(shù)據(jù)。
分析功能：
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時域顯示 |
聯(lián)合時頻分析 |
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倍頻程分析 |
通道間運算 |
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相位差計算 |
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)是對旋轉(zhuǎn)機
械信號進行各種分析處理。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這些通道數(shù)據(jù)進行特定的分析與顯示。
四.旋轉(zhuǎn)機械信號處理平臺特點
• 配置的靈活性：在上位機上可以配置下位機參與采集的通道，方便用戶根據(jù)實際情況增加或刪除采集通道；并且可以對每個通道分別標定；在離線分析工作站中可以提取任意時間段的任意數(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)采集器的試驗數(shù)據(jù)，分類表示存儲，進行數(shù)據(jù)備份，同時按照試驗數(shù)據(jù)的時間順序，將試驗試驗數(shù)據(jù)上傳至中央服務(wù)器；當數(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，會通知數(shù)采端，數(shù)采端將刪除相應數(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。
• 易于維護和擴展性：可以根據(jù)采樣點的個數(shù)任意擴充機箱、板卡；當通道數(shù)量增加時，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)機械信號處理平臺能有效地解決目前旋轉(zhuǎn)機械試驗面臨的挑戰(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)合當前國際測試和網(wǎng)絡(luò)先進技術(shù)所開發(fā)的綜合試驗管理平臺，對各試驗系統(tǒng)的試驗數(shù)據(jù)進行管理，包括試車數(shù)據(jù)的采集、存儲、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。
