空调机组的振动测试及诊断方法、装置及空调机组与流程

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种空调机组的振动测试及诊断方法、装置及空调机组。

背景技术：

行业内现有的大型空调机组的在线测试都不能对其故障进行准确定位以及诊断，其振动测试都是通过离线的方式，由人工手持设备进行单点检测，并且仅依靠振动位移判定异常，仍然不能检出故障模式以及具体故障的位置。其次，售后遇到故障需要检修时，都只能通过试错的方式排查故障，没有检测条件只能返厂时耗费成本更大，因空调主机设备长时间停机检修带来的直接经济损失是不可估算的。据统计，每年因大机组测试单单工业用电费用就高达数百万元，还不包括其他冷媒损耗、更换零部件等成本。

专利CN102072144A提供一种涡旋压缩机在线振动、噪声监测及故障诊断系统，虽然是基于振动测试的分析系统，但是只显示的信号处理的波形图，并不能输出诊断结果，即不能自动识别故障模式，且对象局限于涡旋压缩机，无法用于生产及售后。

专利CN101907089A提供了一种基于三维空间轴心轨迹的压缩机轴系故障诊断方法，该方法包括合成三维振动分析与滤波三维振动分析，能够更加清楚、生动地反映设备的运行状态和故障特征。该发明只是从信号处理的角度提出了一种新的分析方法，是理论层面的，需要专业的技术人员根据分析结果对设备进行诊断，无法用于实际生产及售后。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种空调机组的振动测试及诊断方法，包括：信号采集步骤，采集加速度模拟信号；信号处理步骤，将所述采集到的加速度模拟信号进行预处理，并转换成加速度数字信号；信号分析步骤，对所述转换后的加速度数字信号进行频谱分析，形成频谱特征；诊断步骤，将所述频谱特征与故障特征数据进行匹配，根据匹配结果给出诊断结果。

可选地，在所述信号采集步骤中，在电机、吸气端轴承、排气端连接法兰、吸气端连接法兰、支脚中至少一个位置布置传感器，用于采集所述加速度模拟信号。

可选地，所述信号处理步骤包括：将所述采集到的加速度模拟信号进行前置滤波、放大；将所述经过前置滤波、放大的加速度模拟信号转换成加速度数字信号。

可选地，所述信号分析步骤包括：位移分析步骤，包括：将所述加速度数字信号进行积分，形成位移数字信号；对所述位移数字信号进行统计，形成位移分布信息，提取并显示位移特征；频谱分析步骤，对所述位移数字信号进行频谱分析，提取并显示频谱特征。

可选地，所述诊断步骤还包括：将所述频谱特征与所述故障特征数据进行匹配，若匹配成功将所述匹配结果和所述诊断结果显示预警标示，所述预警标示包括突出显示、字体颜色标示、底纹颜色标示、符号标示、预警标示栏中至少一种。

可选地，所述诊断步骤还包括：将所述频谱特征与所述故障特征数据进行匹配，若匹配成功给出异常报警，并自动发送邮件给相关人员。

可选地，还包括将所述采集到的加速度模拟信号存储到历史数据库。

可选地，还包括读取所述历史数据库中的所述加速度模拟信号，执行所述信号处理步骤、所述信号分析步骤和所述诊断步骤，并生成分析报告。

本发明的另一方面又提供了一种空调机组的振动测试及诊断装置，包括：传感器，用于采集加速度模拟信号；信号处理模块，用于将所述采集到的加速度模拟信号进行预处理，并转换成加速度数字信号；信号分析模块，用于对所述转换后的加速度数字信号进行频谱分析，形成频谱特征；诊断模块，用于将所述频谱特征与故障特征数据进行匹配，根据匹配结果给出诊断结果。

可选地，所述传感器布置于电机、吸气端轴承、排气端连接法兰、吸气端连接法兰、支脚中至少一个位置。

可选地，所述信号处理模块包括：信号调理单元，用于将所述传感器采集到的加速度模拟信号进行前置滤波、放大；DAQ采集设备，用于将所述信号调理单元处理过的加速度模拟信号转换成加速度数字信号。

可选地，所述信号分析模块包括：位移分析单元，用于将所述加速度数字信号进行积分，形成位移数字信号；对所述位移数字信号进行统计，形成位移分布信息，提取并显示位移特征；频谱分析单元，用于对所述位移数字信号进行频谱分析，提取并显示频谱特征。

可选地，所述诊断模块包括：匹配单元，用于将所述频谱特征与故障特征数据进行匹配；诊断提示单元，用于：若所述匹配单元的匹配结果是匹配成功，将所述匹配结果和所述诊断结果显示预警标示，所述预警标示包括突出显示、字体颜色标示、底纹颜色标示、符号标示、预警标示栏中至少一种。

可选地，所述诊断模块还包括：报警单元，用于：若所述匹配单元的匹配结果是匹配成功，则给出异常报警，并自动发送邮件给相关人员。

可选地，还包括历史数据库，用于存储所述采集到的加速度模拟信号。

可选地，还包括历史数据分析模块，用于读取所述历史数据库中的所述加速度模拟信号，调用所述信号处理模块、所述信号分析模块和所述诊断模块对所述加速度模拟信号进行处理、分析和诊断，并生成分析报告。

本发明又一方面还提供了一种空调机组，具有以上任一项所述的空调机组的振动测试及诊断装置。

本发明提供的技术方案通过结合了各种时域和频域的分析方法，通过多点实时监测分析、建立标准的故障特征数据库，实现对中央空调大型设备的智能诊断，不仅能快速定位故障点，还能诊断出具体的故障模式，有针对性的排查故障，大大节约了生产成本，提高了售后检修的高效性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明提供的空调机组的振动测试及诊断装置的整体结构图；

图2是本发明提供的空调机组的振动测试及诊断装置的一种优选实施例的结构示意图；

图3是本发明提供的空调机组的振动测试及诊断装置的一种优选实施例的系统部署图；

图4是本发明提供的空调机组的振动测试及诊断装置的一种优选实施例的上位机分析流程图；

图5是本发明提供的空调机组的转子不平衡或不对中类故障振动测试及诊断结果显示界面图；

图6是本发明提供的空调机组的机械松动类故障振动测试及诊断结果显示界面图；

图7是本发明提供的空调机组的振动测试及诊断方法的整体框架图；

图8是本发明提供的空调机组的振动测试及诊断方法的信号分析步骤的流程图；

图9是本发明提供的空调机组的振动测试及诊断方法的诊断步骤的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明提供了一种空调机组的振动测试及诊断装置。图1是本发明提供的空调机组的振动测试及诊断装置的整体结构图。如图1所示，本发明空调机组的振动测试及诊断装置包括：传感器100，用于采集加速度模拟信号；信号处理模块200，用于将所述采集到的加速度模拟信号进行预处理，并转换成加速度数字信号；信号分析模块300，用于对所述转换后的加速度数字信号进行频谱分析，形成频谱特征；诊断模块400，用于将所述频谱特征与故障特征数据进行匹配，根据匹配结果给出诊断结果。

根据本发明带运动部件的空调导风装置的一种实施方式，所述传感器100布置于电机、吸气端轴承、排气端连接法兰、吸气端连接法兰、支脚中至少一个位置。

图2是本发明提供的空调机组的振动测试及诊断装置的一种优选实施例的结构示意图。如图2所示，所述信号处理模块200包括：信号调理单元210，用于将所述传感器采集到的加速度模拟信号进行前置滤波、放大；DAQ采集设备220，用于将所述信号调理单元处理过的加速度模拟信号转换成加速度数字信号。

图3是本发明提供的空调机组的振动测试及诊断装置的一种优选实施例的系统部署图。如图3所示，整个系统由下位机和上位机组成，下位机包括传感器(8个)、信号调理单元(8个)、接口总线(一根)、DAQ采集卡等，传感器采集机组的振动信号，经信号调理单元进行放大，采集的模拟信号由总线到DAQ采集卡转换成数字信号，最后将数字信号传输到上位机软件进行处理。上位机基于LABVIEW编程实现各种信号处理算法，对采集卡传回的数字信号进行分析处理，实现产品故障的智能诊断，并将数据实时存储到服务器中，实现8通道的并行采样，实时分析，由显示装置显示诊断结果。该系统节约产品周期，减少生产损耗，测点数可扩展至16点，可移植性高，经调试后可用于其他产品的健康状况监测。

该装置具有很强的实用价值：对中央空调主机设备进行振动在线测试，满足8通道并行采集，实现故障点准确定位，突破传统的手持式设备进行单点振动测试，试错方式排查故障，检测更高效、可靠；通过分析振动数据，提取故障特征，和数据库的故障模式进行匹配，实现智能诊断，故障排查效率更高，摆脱了依赖专家到现场分析的模式；故障特征数据库的不断积累，可以给售后提供强有力的技术支持，大大提高现场调试、检修的效率；通过服务器存储数据，一方面能够远程查看历史数据，异常可追溯，另一方面通过积累大量的振动测试数据，充分利用数据分析在设计环节，对产品进行优化；整套装置实施操作简便，维护简单，更不需要专业的技术人员进行操作，推广应用性比较强。

如图2所示，所述信号分析模块300包括：位移分析单元310，用于将所述加速度数字信号进行积分，形成位移数字信号；对所述位移数字信号进行统计，形成位移分布信息，提取并显示位移特征；频谱分析单元320，用于对所述位移数字信号进行频谱分析，提取并显示频谱特征。图4是本发明提供的空调机组的振动测试及诊断装置的一种优选实施例的上位机分析流程图。如图4所示，加速度信号采集之后对信号进行实时分析，并通过显示装置以加速度波形图的方式显示实时采集的加速度信号，以及经过积分处理后的形成的位移波形图，还对位移波形的统计分析，可以直观的看到振动位移的分布。还有对所述位移数字信号进行频谱分析，即将时域信号变换至频域加以分析。频谱分析的目的是把复杂的时间历程波形，经过傅里叶变换分解为若干单一的谐波分量来研究，以获得信号的频率结构信息。对信号进行频谱分析可以获得更多有用信息，如求得动态信号中的各个频率成分和频率分布范围，求出各个频率成分的幅值分布，从而得到主要幅度的频率值。

再参见图2，所述诊断模块400包括：匹配单元410，用于将所述频谱特征与故障特征数据进行匹配；诊断提示单元420，用于：若所述匹配单元的匹配结果是匹配成功，将所述匹配结果和所述诊断结果显示预警标示，所述预警标示包括突出显示、字体颜色标示、底纹颜色标示、符号标示、预警标示栏中至少一种。在图4的实时分析流程图中，在位移分析和频谱分析之后，将提取的位移特征和频谱特征，实时与故障数据库的特征数据进行比对，在信息提示框内显示诊断结果。诊断过程中，系统根据设置的机型，可以自动调取故障数据库中相应的特征数据进行匹配。数据库中的故障特征数据通过excel表格建立，维护新机型、新故障的特征数据相对比较简单，只需要按照定义好的格式进行填充即可。在上位机的显示界面中，可显示一些基本的操作按钮和采样参数的设置、软件分析相关的参数设置、加速度波形图，以及分析处理后的位移波形，还有对位移波形的统计分析，可以直观的看到振动位移的分布。核心部分是特征提取和诊断显示区域，包括对每个测点提取的特征位移和频率，发现故障特征数据时，对应的测点数据会高亮显示，信息提示框可以显示具体的故障特征。

目前数据库内有两大故障特征，即转子不平衡或不对中、机械松动，都是大机组常见的故障类，需要根据测点调整对应零部件的安装结构来消除故障。以螺杆压缩机为例，具体故障分析依据机械故障诊断理论，经理论计算螺杆压缩机的振动基频包括50Hz和41.7Hz，分别对应阳转子和阴转子的啮合频率，判断转子不平衡或不对中是依据频谱图中是否存在2倍基频的频率分量，机械松动类的故障则是依据是否存在3倍或者4倍频的频率分量。具体分析是将频谱图中的频率分量提取出来，与故障数据库中的标准数据作对比，基于傅里叶变换本身存在偏差，判断取值允许±5％的偏差。图5是本发明提供的空调机组的转子不平衡或不对中类故障振动测试及诊断结果显示界面图。如图5所示，分析出测点4、测点8的频谱存在2倍频异常频率分量(50Hz基频的2倍)，判定为测点4和测点8存在转子不平衡或不对中类故障。图6是本发明提供的空调机组的机械松动类故障振动测试及诊断结果显示界面图。如图6所示，分析出测点7的频谱存在3倍频异常频率分量(41.7Hz基频的3倍)，判定为测点7机械松动类故障。从以上两图中还可以看出，出现异常频谱的时候振动位移并没有超标，这也是该系统优于原始检测手段的地方，仅依靠振动位移是不完全可靠的方式。

再参见图2，根据本发明带运动部件的空调导风装置的一种实施方式，所述诊断模块400还包括：报警单元430，用于：若所述匹配单元的匹配结果是匹配成功，则给出异常报警，并自动发送邮件给相关人员。检测过程中出现异常会有报警提示，并自动发送邮件给相关责任人，不需要员工时刻观察监测情况。

再参见图2，根据本发明带运动部件的空调导风装置的一种实施方式，还包括历史数据库500，用于存储所述采集到的加速度模拟信号。

如图2所示，还包括历史数据分析模块600，用于读取所述历史数据库500中的所述加速度模拟信号，调用所述信号处理模块200、所述信号分析模块300和所述诊断模块400对所述加速度模拟信号进行处理、分析和诊断，并生成分析报告。报告里面包含被测机组的基本信息，以及每个测点提取的特征数据和诊断结果。通过导入测试数据生成检测报告，便于查询及异常追溯。

实时采样分析和历史手动分析两部分，都结合了时域和频域的分析方法对振动数据进行处理。再参见图4，实时分析通过对采集的加速度信号进行积分、统计、频谱分析等，提取并显示特征频率，实时与故障数据库的特征数据进行比对，在信息提示框内显示诊断结果。历史分析是通过导入服务器中存储的历史数据进行分析，分析方法与实时的一致，并且可以生成分析报告。

本发明又一方面还提供了一种空调机组，具有以上任一项所述的空调机组的振动测试及诊断装置。

本发明另一方面还提供了一种空调机组的振动测试及诊断方法。图7是本发明提供的空调机组的振动测试及诊断方法的整体框架图。本发明空调机组的振动测试及诊断方法包括：步骤S110，信号采集步骤，采集加速度模拟信号；步骤S120，信号处理步骤，将所述采集到的加速度模拟信号进行预处理，并转换成加速度数字信号；步骤S130，信号分析步骤，对所述转换后的加速度数字信号进行频谱分析，形成频谱特征；步骤S140，诊断步骤，将所述频谱特征与故障特征数据进行匹配，根据匹配结果给出诊断结果。

根据本发明带运动部件的空调导风方法的一种实施方式，在所述信号采集步骤中，在电机、吸气端轴承、排气端连接法兰、吸气端连接法兰、支脚中至少一个位置布置传感器，用于采集所述加速度模拟信号。

根据本发明带运动部件的空调导风方法的一种实施方式，所述信号处理步骤S120包括：将所述采集到的加速度模拟信号进行前置滤波、放大；将所述经过前置滤波、放大的加速度模拟信号转换成加速度数字信号。

图8是本发明提供的空调机组的振动测试及诊断方法的信号分析步骤的流程图。如图8所示，所述信号分析步骤S130包括：位移分析步骤S131，包括：将所述加速度数字信号进行积分，形成位移数字信号；对所述位移数字信号进行统计，形成位移分布信息，提取并显示特征位移；频谱分析步骤S132，对所述位移数字信号进行频谱分析，提取并显示频谱特征。

图9是本发明提供的空调机组的振动测试及诊断方法的诊断步骤的流程图。如图9所示，所述诊断步骤S140还包括：步骤S141，将所述频谱特征与所述故障特征数据进行匹配；步骤S142，若匹配成功将所述匹配结果和所述诊断结果显示预警标示，所述预警标示包括突出显示、字体颜色标示、底纹颜色标示、符号标示、预警标示栏中至少一种。

根据本发明带运动部件的空调导风方法的一种实施方式，如图9所示，所述诊断步骤S140，在执行完步骤S141之后还执行步骤S143，将所述频谱特征与所述故障特征数据进行匹配，若匹配成功给出异常报警，并自动发送邮件给相关人员。

根据本发明带运动部件的空调导风方法的一种实施方式，还包括将所述采集到的加速度模拟信号存储到历史数据库。

根据本发明带运动部件的空调导风方法的一种实施方式，还包括读取所述历史数据库中的所述加速度模拟信号，执行所述信号处理步骤、所述信号分析步骤和所述诊断步骤，并生成分析报告。

本发明提供的空调机组的振动测试诊断方法和装置具有以下有益效果：

1、缩短产品周期，降低生产反复测试成本，包括工业用电、更换零部件试错等，保证产品质量；

2、用于产品的售后调试、返修，无需专业技术人员，即可快速定位机组故障，同时可远程查看测试数据，提高工程效率及检修效率，提高客户满意度，树立品牌形象，扩大市场占有率；

3、大量包含系统运行特征的监测数据储存在服务器，可用于设计环节，对产品实现精益设计；

4、集成便携式装置，使用对象不受限制，调试后可直接用于其他产品的健康状况监测。

本发明提供的技术方案通过结合了各种时域和频域的分析方法，通过多点实时监测分析、建立标准的故障特征数据库，实现对中央空调大型设备的智能诊断，不仅能快速定位故障点，还能诊断出具体的故障模式，有针对性的排查故障，大大节约了生产成本，提高了售后检修的高效性。

本文中所描述的功能可在硬件、由处理器执行的软件、固件或其任何组合中实施。如果在由处理器执行的软件中实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体予以传输。其它实例及实施方案在本发明及所附权利要求书的范围及精神内。举例来说，归因于软件的性质，上文所描述的功能可使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些中的任何者的组合执行的软件实施。此外，各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为控制装置的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。