应用||基于嵌入式DAQ的动平衡检测系统

电机转子、机床主轴、风机叶轮、汽轮机转子、汽车零部件、汽车轮胎和空调风叶等旋转零部件在制造过程中都需要经过动平衡才能平稳正常地运转。一个不平衡的转子在其旋转过程中对其支承结构和转子本身产生一个压力,并导致振动。动平衡系统通过检测旋转主轴的振动、相位和转速，告知转子不平衡点，通过加重或是减重的方式来校正动平衡。

动平衡包括工艺平衡法、现场整机动平衡及自动在线平衡：

• 工艺平衡法：是指在机器安装前将转子放在专用的动平衡机上进行平衡然后再将转子安装在整机上，该方法适于对生产过程中的旋转机械零件做动平衡。振动信号采集用MIC-1816采集一体机实现，MIC-1816安装CodeSYS和实时内核，机器及转速控制采用EtherCAT IO模块AMAX-4856，AMAX-4856根据控制逻辑输出高电平信号触发MIC-1816采集。

• 整机动平衡：是在工作转速下直接对装在整机上的转子平衡，不需要动平衡机，仅需要动平衡检测系统，较为经济并可解决多种不平衡问题。由于整机设备有独立的控制系统，只需利用MIC-1816进行数据采集，控制器输出高电平信号触发MIC-1816采集。
• 自动在线平衡：是指在转子运转过程中，在不影响转子正常工作的情形下进行平衡。由于在线自动平衡装置结构复杂、成本高，故只适用于特大机组或精度要求特别高的旋转机械设备上。

不同的转子系统（刚性转子、挠性转子和微速差双转子）需要有不同的动平衡检测方式：

• 刚性转子是工作转速远低于临界转速的转子，因其支承和转子的刚度相当大，转子在不平衡离心力的作用下所产生的动挠度(弹性变形)很小，可以用刚体力学的办法来处理其平衡问题。主要采用单面或双面影响系数法，两个校正面就可以对转子进行动平衡。
• 挠性转子是工作转速接近或超过转子的一阶弯曲临界转速下，转子必须考虑在不平衡离心力下转子产生挠曲变形。挠性转子动平衡可通过影响系数法和振型平衡法实现。振型平衡法基于正交性原理，消除N阶振型进行逐阶平衡。
• 微速差双转子：对于有内、外转子的合成振动可以通过两种方法检测，通过不解拍法从时域波形中找到拍振波形的拍峰和拍谷，得出两个转子的振动信息或通过解拍法，在合成的振动信号中分离出两个工频成份，分别计算两个转子的振幅和相位信息。

动平衡检测系统

动平衡检测主要是通过测量转子系统的基准信号和振动信号，对这些信号进行分析，获取振动信号的峰值和相对于基准的相位，从而获取转子系统不平衡量的大小和相位信息。

基准信号是采集在转子定位处安装的光电传感获器脉冲信号，以此来计算转速和相位基准。其中转速可以做为互相关运算的输入，以增强有效频率信号滤除干扰频率信号。转子振动信号通过采集安装在动平衡检测位置的电涡流位移传感器，检测被测对象的机械振动量，以判定动平衡前后的效果。

数据采集可通过PCIE-1812或MIC-1816实现。

PCIE-1812是250 kS/s, 16位,8通道PCI Express总线同步采集多功能卡，插在工业嵌入式电脑使用，提供

• 8路差分模拟量输入, 最高可达250 kS/s, 16位分辨率
• 2路模拟量输出, 最高可达3 MS/s, 16位分辨率
• 自动校准功能
• 2个模拟触发器和2个数字触发器
• 32个可编程数字I/O通道，带中断功能
• 4个32位可编程计数器/定时器/编码器

MIC-1816是16-bit, 1MS/s, 16通道嵌入式数据采集一体机，可选Core™ i3/ Celeron® CPU处理器，具有体积小巧，功能强大，性能稳定的特点。提供

• 16路模拟量输入，高达1 MS/s，16位分辨率
• 2路模拟量输出，高达3 MS/s，16位分辨率
• 支持数字和模拟触发
• 24个可编程数字I/O通道
• 2个32位可编程计数器/定时器
• 板载FIFO存储器 （4K采样数）
• 2个RS-232串口
• 2个10 / 100 / 1000 M RJ-45 LAN端口
• 2个USB 2.0和2个USB 3.0端口
• MIC-1816-S4A1E——Intel® Celeron® 1047UE 处理器，1.4 GHz
• MIC-1816-S6A1E——Intel® Core™ i3-3217UE 处理器， 1.6 GHz

动平衡检测软件实现转子基准信号和振动信号的获取、信号预处理、基频检测、频谱分析、信号互相关、振动幅值和相位提取、单校正面的动平衡试验、双校正面的动平衡试验、微速差的双转子动平衡试验等。

基于嵌入式DAQ的动平衡系统具有功能强大，调整灵活，适应性强等特点。通过检测转子振动、相位和转速自动定位不平衡点和加重减重质量，实现自行校正动平衡。用于各种电机、机床、风机、汽轮机、轮胎等旋转部件的动平衡。

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