VALENIAN工業(yè)互聯(lián)網產教融合科研平臺的介紹
一：建設工業(yè)互聯(lián)網產教融合科研平臺的意義：

基于設備健康指數驅動的設備智能管理和維護，提高設備管理效率和設備效能，構建綠色智能工廠。采用物聯(lián)網傳感器和大數據，對設備的故障進行預測性維護管理，減少因意外故障導致的非計劃停機事件，優(yōu)化設備的利用率設備智能

二：VALENIAN工業(yè)互聯(lián)網產教融合科研故障仿真平臺的構成部分

1. PT500Pro預測性維護實驗臺

2. DC-29多通道數據采集分析系統(tǒng)

3. 云在線大數據分析智能診斷監(jiān)測模塊



1.1:PT500Pro 試驗臺功能描述

PT500 pro預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據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，轉速，位移等機械參量測量的傳感器，本試驗臺可以模擬旋轉機械升降速瞬態(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機械故障，配合數據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。



1.2：PT500Pro試驗臺的基本構成

1.該試驗臺主要由設備基礎底板平臺，三相異步變頻電機，聯(lián)軸器，軸承動平衡轉子盤組件，兩級傳動直齒輪箱，扭矩轉速儀，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

設備

數量

備注

1

設備基礎底板平臺

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，轉速，轉矩，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

轉子系統(tǒng)

1

可模擬軸承故障（內圈，外圈，滾動體，保持架，混合）

轉子軸系故障（轉速，動平衡，碰磨，不對中）

6

轉矩轉速儀

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（恒轉矩，變轉矩，脈沖轉矩，正弦轉矩）

8

控制柜

1

1.觸摸屏可視化人機操作界面，實時顯示驅動電機的電壓，電流，轉矩，轉速，溫度等參數。

2.觸摸屏實時顯示齒輪箱輸出轉速轉矩等參數。

3.觸摸屏實時顯示轉矩加載器當前加裝轉矩大小及電流大小。

4.控制柜帶腳輪，方便移動。

1.3：試驗臺介紹

1) 驅動系統(tǒng)：驅動電機可調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) 轉速轉扭儀：精度：0.2%F*s，適用溫度：0℃-50℃，頻率響應：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) 可編程轉矩加載裝置：轉矩加載器可以手動控制及自動控制調整，手動控制位開環(huán)控制，自動控制為閉環(huán)控制；轉矩加載可實現(xiàn)恒轉矩，變轉矩，脈沖轉矩，正弦轉矩可編程操作。

6) 控制柜：觸摸屏操作界面，可實時顯示各種監(jiān)控數據狀態(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：通過不對中調整系統(tǒng)調整底座可模擬軸安裝不對中缺陷；（調整安裝座的頂絲來實現(xiàn)不對中模擬）

5) 旋轉機械設備的轉速實驗（升速，降速，穩(wěn)速等，通過控制程序調整電機轉速，模擬實驗）；

6) 旋轉設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) 旋轉設備的轉軸碰磨模擬實驗（模擬異物觸碰到軸的異常情況）

8) 旋轉設備的共振實驗（擰松測試設備的安裝螺釘，做共振實驗）；

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

PT500 pro 3D設計模擬概念圖

人機界面觸控屏各參數監(jiān)控畫面

1.5：試驗臺技術參數:

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（轉速可調）

RPM 范圍

0~1450 RPM 可調

軸向負載

磁制動器電壓調整, 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

軸

直徑. 30mm, 鋼

軸承單元

滾動軸承UPH206

動平衡轉子盤

轉子盤材質45#鋼，兩個轉子盤，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：9齒 1組

行星齒輪齒數：36齒* 3組

大齒圈齒輪齒數： 81齒

故障類型：斷齒，磨損，缺齒，裂紋。

扭矩轉速計

量程：0-50NM，*轉速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多通道數據采集分析系統(tǒng)介紹

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



VAST-DC29多通道振動數據采集器及分析軟件

功能描述

軟件部分：

1.實時數據采集，數據保存，數據長時間記錄，光標標注，數據瀏覽；

2.實時頻譜分析，采集數據FFT記錄，功率譜，幅值相位分析，窗函數可選；

3.頻響函數、相干函數、脈沖響應函數；

4.聲學計及倍頻程分析功能；

5.倒譜，自相關，互相關頻譜分析，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，極坐標圖分析；

11.聲學分析模塊，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，并且可設置多種計權方式（L、A、B、C、D）；

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

采集器技術參數：

1.測量通道數量：八通道加兩個轉速通道同步采集。

2.支持傳感器類型：振動，PT100鉑電阻，噪聲聲級計，轉速，應變，電渦流位移，橋式，電流輸出4-20mA形傳感器。

3.數模轉換器精度：24位。

4.頻率響應范圍：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。

10.輕便便捷，板卡式設計。

傳感器技術參數：

1.加速度傳感器參數：

1.頻率響應：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.轉速計:

1.轉速測量范圍;30RPM~300000RPM。

2.轉速測量精度：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

設備名稱

數量

備注

1

數據采集器

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

配合采集器信號調制

6

轉速計

1

設備轉速測量

7

電腦端軟件

1

含軟件

8

筆記本電腦

1

ThinkPad

3.云在線大數據分析智能診斷監(jiān)測模塊

3.1預測性維護系統(tǒng)的意義：
基于物聯(lián)網傳感器和大數據，對設備的故障進行預測性維護管理，減少因意外故障導致的非計劃停機事件，優(yōu)化設備的利用率。



3.2目前工業(yè)維護的三個階段對比

1.修復性維護：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，造成經濟損失

* 高額緊急維護成本

2.預防性維護：周期性安排人員保養(yǎng)維護

* 突發(fā)性故障風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.預測性維護：傳感器獲取設備信息，設備狀態(tài)實時監(jiān)控，大數據分析給出維護建議，故障發(fā)生前預警而完成維護

* 大幅度降低維護成本及故障率，優(yōu)化生產

* 提高設備運行生命周期

3.3云在線大數據分析智能診斷監(jiān)測模塊的組成部分

3.3.1主要構成如下：

物聯(lián)網硬件

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，預警，自動數據處理，智能分析。

3.3.2云在線數據分析健康分析流程

1.設備感知層

各類穩(wěn)定實時采集數據的傳感器，振動，溫度，壓力，電流，電壓等構成基礎數據來源。

2.數據傳輸

基礎數據通過無線中繼器，穩(wěn)定傳輸到本地服務器。

3.本地儲存

數據儲存到本地服務器，處理，儲存，顯示。

4.云端計算

本地數據上傳云端 Cloud，云端AI處理分析，將各類數據綜合判斷，進行健康度分析，故障分析。

5.遠程運維

通過數據分析，提前預警，指導運維。