VALENIAN工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)教融合科研平臺的介紹
一：建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)教融合科研平臺的意義：

基于設(shè)備健康指數(shù)驅(qū)動的設(shè)備智能管理和維護，提高設(shè)備管理效率和設(shè)備效能，構(gòu)建綠色智能工廠。采用物聯(lián)網(wǎng)傳感器和大數(shù)據(jù)，對設(shè)備的故障進行預(yù)測性維護管理，減少因意外故障導(dǎo)致的非計劃停機事件，優(yōu)化設(shè)備的利用率設(shè)備智能

二：VALENIAN工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)教融合科研故障仿真平臺的構(gòu)成部分

1. PT500Pro預(yù)測性維護實驗臺

2. DC-29多通道數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)

3. 云在線大數(shù)據(jù)分析智能診斷監(jiān)測模塊



1.1:PT500Pro 試驗臺功能描述

PT500 pro預(yù)測性維護實驗臺可以針對齒輪傳動故障，包括兩級傳動直齒輪及一級傳動行星齒輪箱和軸承故障數(shù)據(jù)采集采集及分析所開發(fā)，可以自行靈活配置振動，溫度，噪聲，轉(zhuǎn)速，位移等機械參量測量的傳感器，本試驗臺可以模擬旋轉(zhuǎn)機械升降速瞬態(tài)過程及穩(wěn)態(tài)運行工況的振動狀態(tài)，以及多種常見的旋轉(zhuǎn)機械故障，配合數(shù)據(jù)采集儀器及分析軟件配套使用，可進行故障特征分析，形成一個多用途，綜合性的實驗系統(tǒng)平臺，為齒輪傳動及軸承類故障提供一個良好的實驗分析環(huán)境和算法依據(jù)。



1.2：PT500Pro試驗臺的基本構(gòu)成

1.該試驗臺主要由設(shè)備基礎(chǔ)底板平臺，三相異步變頻電機，聯(lián)軸器，軸承動平衡轉(zhuǎn)子盤組件，兩級傳動直齒輪箱，扭矩轉(zhuǎn)速儀，行星齒輪箱，可編程磁粉加載器，觸控屏操作單元，PLC，變頻器，磁粉加載控制單元，通訊模塊組成。

序號

設(shè)備

數(shù)量

備注

1

設(shè)備基礎(chǔ)底板平臺

1

具有足夠的剛性，精度和可擴展性，帶底腳，有叉車位，方便叉車搬運。

2

三相變頻電機

1

檢測電流、電壓，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩，溫度。

3

行星故障模擬齒輪箱

1

可模擬行星齒輪故障（斷齒，磨損，缺齒，裂紋）

4

平行故障模擬齒輪箱

1

可模擬平行齒輪故障（斷齒，磨損，缺齒，裂紋）

5

轉(zhuǎn)子系統(tǒng)

1

可模擬軸承故障（內(nèi)圈，外圈，滾動體，保持架，混合）

轉(zhuǎn)子軸系故障（轉(zhuǎn)速，動平衡，碰磨，不對中）

6

轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀

1

測精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾性強

7

可編程加載器

1

可為軸端加載扭矩（恒轉(zhuǎn)矩，變轉(zhuǎn)矩，脈沖轉(zhuǎn)矩，正弦轉(zhuǎn)矩）

8

控制柜

1

1.觸摸屏可視化人機操作界面，實時顯示驅(qū)動電機的電壓，電流，轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速，溫度等參數(shù)。

2.觸摸屏實時顯示齒輪箱輸出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩等參數(shù)。

3.觸摸屏實時顯示轉(zhuǎn)矩加載器當(dāng)前加裝轉(zhuǎn)矩大小及電流大小。

4.控制柜帶腳輪，方便移動。

1.3：試驗臺介紹

1) 驅(qū)動系統(tǒng)：驅(qū)動電機可調(diào)整不對量包含平行不對中和角度不對中；矢量三相變頻器為380V，具有過流，過壓，過載，過熱欠電壓保護。

2) 行星故障齒輪箱：方便拆裝帶有預(yù)制外圈，行星輪，太陽輪故障齒輪的行星齒輪箱來，來進行斷齒，磨損，裂紋，磨損等故障實驗的模擬；

3) 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)扭儀：精度：0.2%F*s，適用溫度：0℃-50℃，頻率響應(yīng)：100us；

4) 聯(lián)軸器：行星齒輪采用彈性聯(lián)軸器，其他聯(lián)軸器采用梅花聯(lián)軸器；

5) 可編程轉(zhuǎn)矩加載裝置：轉(zhuǎn)矩加載器可以手動控制及自動控制調(diào)整，手動控制位開環(huán)控制，自動控制為閉環(huán)控制；轉(zhuǎn)矩加載可實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩，變轉(zhuǎn)矩，脈沖轉(zhuǎn)矩，正弦轉(zhuǎn)矩可編程操作。

6) 控制柜：觸摸屏操作界面，可實時顯示各種監(jiān)控數(shù)據(jù)狀態(tài)值。



1.4：可完成實驗

1) 滾動軸承故障模擬：可模擬的故障有軸承內(nèi)圈損傷，外圈損傷，滾珠損傷，保持架損傷，混合損傷等；（通過更換帶有不同類型故障的套件，來完成各種損傷故障模擬）

2) 齒輪故障模擬：通過更換有缺陷的齒輪，可模擬各類齒輪故障；（故障類型，缺齒，斷齒，裂紋，磨損）

3) 行星齒輪故障模擬： 通過更換有缺陷的行星齒輪，可模擬各類齒輪故障；（故障類型，缺齒，斷齒，裂紋，磨損）

4) 軸系故障模擬：通過不對中調(diào)整系統(tǒng)調(diào)整底座可模擬軸安裝不對中缺陷；（調(diào)整安裝座的頂絲來實現(xiàn)不對中模擬）

5) 旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備的轉(zhuǎn)速實驗（升速，降速，穩(wěn)速等，通過控制程序調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，模擬實驗）；

6) 旋轉(zhuǎn)設(shè)備的不平衡模擬實驗（通過在平衡盤圓周安裝，拆卸配重塊來實現(xiàn)不平衡模擬）

7) 旋轉(zhuǎn)設(shè)備的轉(zhuǎn)軸碰磨模擬實驗（模擬異物觸碰到軸的異常情況）

8) 旋轉(zhuǎn)設(shè)備的共振實驗（擰松測試設(shè)備的安裝螺釘，做共振實驗）；

9) 轉(zhuǎn)矩加載實驗（通過磁粉制動器在軸端恒轉(zhuǎn)矩，變轉(zhuǎn)矩，脈沖轉(zhuǎn)矩，正弦轉(zhuǎn)矩）

PT500 pro 3D設(shè)計模擬概念圖

人機界面觸控屏各參數(shù)監(jiān)控畫面

1.5：試驗臺技術(shù)參數(shù):

型號

VALENIAN-PT500 Pro

電機

ABB 1.5kW(2 hp), 三相異步交流電機

變頻器

VFD-M變頻器（轉(zhuǎn)速可調(diào)）

RPM 范圍

0~1450 RPM 可調(diào)

軸向負(fù)載

磁制動器電壓調(diào)整, 0~50Nm 范圍

電源

T三相 380Vac, 60/50Hz

使用環(huán)境

-10~50°C, 35~85RH

機械參數(shù)

軸

直徑. 30mm, 鋼

軸承單元

滾動軸承UPH206

動平衡轉(zhuǎn)子盤

轉(zhuǎn)子盤材質(zhì)45#鋼，兩個轉(zhuǎn)子盤，直徑,150mm,配有雙排交替排列的36個M5平衡孔，5°等分360°圓周

軸承座

可拆卸式軸承，軸承故障類型內(nèi)圈，外圈，滾珠，保持架，綜合故障。

平行齒輪減速機

2級3軸直齒輪箱，傳動比為4.97：1

所有有缺陷的齒輪和好的齒輪都組裝在同一根軸上

直齒輪輸入角：20°模數(shù)2.5

減速比: 1: 4.97 (1st 級:25/58, 2nd 級:28/60)

故障類型：斷齒，磨損，缺齒，裂紋。

行星減速機齒輪

減速比：1：10

輸入太陽齒數(shù)：9齒 1組

行星齒輪齒數(shù)：36齒* 3組

大齒圈齒輪齒數(shù)： 81齒

故障類型：斷齒，磨損，缺齒，裂紋。

扭矩轉(zhuǎn)速計

量程：0-50NM，*轉(zhuǎn)速6000RPM，精度± 0.2%（F.S），重量，3.8Kg.

可編程加載器

額定扭矩：50Nm，額定電壓和電流：24V / 0.94A，功率：22.6W，

重量：14.5Kg*速度：1800rpm，磁粉重量：60gr。

底座

15mm, 精加工鍍鎳鐵板

安全護罩

齒輪箱帶有透明亞克力護罩

外形尺寸及重量

重量

大約 500kg

尺寸(LxWxH)

2000 x 800 x850mm

2.1：DC-29多通道數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)介紹

該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配合相應(yīng)傳感器采集并保存機器各種運行中的物理量，進行本地化數(shù)據(jù)保存，可供事后分析。



VAST-DC29多通道振動數(shù)據(jù)采集器及分析軟件

功能描述

軟件部分：

1.實時數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)保存，數(shù)據(jù)長時間記錄，光標(biāo)標(biāo)注，數(shù)據(jù)瀏覽；

2.實時頻譜分析，采集數(shù)據(jù)FFT記錄，功率譜，幅值相位分析，窗函數(shù)可選；

3.頻響函數(shù)、相干函數(shù)、脈沖響應(yīng)函數(shù)；

4.聲學(xué)計及倍頻程分析功能；

5.倒譜，自相關(guān)，互相關(guān)頻譜分析，小波分析；

6.沖擊頻譜分析；

7.現(xiàn)場動平衡分析；

8.模態(tài)分析支持 CAD 圖形、ANSYS 模型文件、EXCEL 格式；

9.等角度采樣階次分析；

10.波德圖，極坐標(biāo)圖分析；

11.聲學(xué)分析模塊，窄帶譜、1/1 倍頻程譜、1/3 倍頻程譜、1/12 倍頻程譜和 1/24 倍頻程譜，并且可設(shè)置多種計權(quán)方式（L、A、B、C、D）；

12.軟件輸出數(shù)據(jù)支持二次開發(fā)，通用性強，支持多種編譯語言：Labview、C++、C#、Visual Basic等；

采集器技術(shù)參數(shù)：

1.測量通道數(shù)量：八通道加兩個轉(zhuǎn)速通道同步采集。

2.支持傳感器類型：振動，PT100鉑電阻，噪聲聲級計，轉(zhuǎn)速，應(yīng)變，電渦流位移，橋式，電流輸出4-20mA形傳感器。

3.數(shù)模轉(zhuǎn)換器精度：24位。

4.頻率響應(yīng)范圍：0.3Hz-100Khz。

5.電壓輸入[V]：±5V，±10V,±100mV。

6.非線性度：0.1%。

7.*采樣速率 ：同步采樣頻率，128KHz/通道，256kHz/通道。

8.IEPE電源：4mA,24v。

9.通訊方式：兼容USB3.0和千兆以太網(wǎng)。

10.輕便便捷，板卡式設(shè)計。

傳感器技術(shù)參數(shù)：

1.加速度傳感器參數(shù)：

1.頻率響應(yīng)：Freq. response (+/- 3dB): 0.4 - 13000 Hz

Freq. response (+/- 10%): 0.6 - 10000 Hz

2.傳感器靈敏度：Sensitivity: 100 mV/g +/- 10%

3.傳感器動態(tài)響應(yīng)沖擊：50g peak (max 5000g)

4.等級/防護等級：IP 67

5.工作溫度：?20 - 75 °C

6.加速度計重量：75克

2.PT100鉑電阻：

1.測溫范圍-：50℃-250℃。

2.測溫精度：±0.1℃。

3.精度等級:A級。

3.轉(zhuǎn)速計:

1.轉(zhuǎn)速測量范圍;30RPM~300000RPM。

2.轉(zhuǎn)速測量精度：1RPM。

3.傳感器供電電源：5V , 20 - 30 mA。

4.聲級計：

1.信噪比：70dB。

2.等效噪聲SPL:24dB。

3.動態(tài)范圍：100dB。

4.輸入電流電壓：12-52V，2mA。

5.靈敏度：-37dBV/Pa(14mV)。

6.阻抗：200歐姆。

序號

設(shè)備名稱

數(shù)量

備注

1

數(shù)據(jù)采集器

1

八通道加兩通道振動同步采集

2

加速度傳感器

4

ICP壓電式加速度振動傳感器100mV/g

3

聲級計

1

磁座式安裝，設(shè)備噪聲檢測

4

PT100鉑電阻

2

試驗臺軸承測溫

5

鉑電阻適配器

1

配合采集器信號調(diào)制

6

轉(zhuǎn)速計

1

設(shè)備轉(zhuǎn)速測量

7

電腦端軟件

1

含軟件

8

筆記本電腦

1

ThinkPad

3.云在線大數(shù)據(jù)分析智能診斷監(jiān)測模塊

3.1預(yù)測性維護系統(tǒng)的意義：
基于物聯(lián)網(wǎng)傳感器和大數(shù)據(jù)，對設(shè)備的故障進行預(yù)測性維護管理，減少因意外故障導(dǎo)致的非計劃停機事件，優(yōu)化設(shè)備的利用率。



3.2目前工業(yè)維護的三個階段對比

1.修復(fù)性維護：機械故障發(fā)生后，維護人員前往現(xiàn)場檢修維護

* 計劃外停機，造成經(jīng)濟損失

* 高額緊急維護成本

2.預(yù)防性維護：周期性安排人員保養(yǎng)維護

* 突發(fā)性故障風(fēng)險仍然無法完全杜絕

* 維護周期難以把控，零備件資源使用不合理

3.預(yù)測性維護：傳感器獲取設(shè)備信息，設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)控，大數(shù)據(jù)分析給出維護建議，故障發(fā)生前預(yù)警而完成維護

* 大幅度降低維護成本及故障率，優(yōu)化生產(chǎn)

* 提高設(shè)備運行生命周期

3.3云在線大數(shù)據(jù)分析智能診斷監(jiān)測模塊的組成部分

3.3.1主要構(gòu)成如下：

物聯(lián)網(wǎng)硬件

1.多功能傳感器(測溫測振)

2.中繼器

云平臺系統(tǒng)

提供監(jiān)測，預(yù)警，自動數(shù)據(jù)處理，智能分析。

3.3.2云在線數(shù)據(jù)分析健康分析流程

1.設(shè)備感知層

各類穩(wěn)定實時采集數(shù)據(jù)的傳感器，振動，溫度，壓力，電流，電壓等構(gòu)成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源。

2.數(shù)據(jù)傳輸

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通過無線中繼器，穩(wěn)定傳輸?shù)奖镜胤?wù)器。

3.本地儲存

數(shù)據(jù)儲存到本地服務(wù)器，處理，儲存，顯示。

4.云端計算

本地數(shù)據(jù)上傳云端 Cloud，云端AI處理分析，將各類數(shù)據(jù)綜合判斷，進行健康度分析，故障分析。

5.遠(yuǎn)程運維

通過數(shù)據(jù)分析，提前預(yù)警，指導(dǎo)運維。