源自《電子設計應用》2009年5月刊
作者：李巍1 郝王松2 《泛華測控系統開發部開發工程師》
摘要：
本文中的旋轉機械處理平臺是基于柔性測試技術對測試系統可靠性、精確性、擴展性、適用性和靈活性五方面的追求，利用PXI系統及相關的分析工具，實現了大吞吐量數據采集及實時數據上傳與下載等功能，提高了測試工作的精確性和及時性。實際使用結果表明：該系統具有較強的靈活性和擴展性，運行效率高，能有效的滿足旋轉機械試驗的需求。
關鍵詞：
柔性測試技術、旋轉機械、虛擬儀器技術
一.引言
隨著科學技術與現代化工業的發展,旋轉機械正朝著大型化、連續化、高速化、輕型化、集中化、自動化和大功率、大載荷方向發展。其特點為：試驗項目多；時間長；測試點多；難度大、成本高（數億美金）；對試驗數據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納入統一的數據網絡管理系統，因此如何將試驗中心或基地獲取的試驗數據和結果近于實時地傳給設計、制造、使用等單位，及如何分析和使用試驗數據等就成為新的挑戰。
基于柔性測試技術的旋轉機械信號處理平臺
應用先進的網絡技術構建，不僅充分考慮到測試系統對可靠性、精確性的需求，保證了數據的安全，同時，也針對試驗中多測試點、實時傳輸數據等特點，在測試系統設計時充分保證了系統的擴展性和靈活性。
二.旋轉機械信號處理平臺架構
旋轉機械信號處理平臺包括三個部分：前端數據分系統、中央數據服務分系統和離線分析工作站系統。平臺的架構如下圖所示
• 前端數據分系統即為各分立的場站試驗臺系統，負責將數據上傳到服務器；其可以獨立運行，具備數據采集、數據本地備份、在線分析、本地監控等功能。
• 中央數據服務分系統是整個系統的核心，完成各前端數據分系統上傳數據的接收、存儲，為各個離線工作站提供數據離線分析、數據檢索等服務。
• 離線分析工作站即為經授權接入中央數據服務分系統的內網終端，包括時域顯示、聯合時頻分析、倍頻程分析、階次分析等16種針對振動信號的分析算法。
三.各分系統說明
（一）前端數據分系統
前端數據分系統主要是指場站試驗系統，提供平臺運作的原始試驗數據。
1. 主要功能：
•試驗數據采集
•本地數據備份
•數據上傳
•試驗系統狀態監控
•在線數據分析
•試驗系統控制
2. 系統組成：前端數據分系統主要包括數據采集設備、試
驗控制設備、監控主機設備、數據備份設備等。監控主機、數據采集設備和數據備份設備組成局域網，通過TCP/IP進行內外數據交換。
數據采集設備根據信號測試點的數量和采集速率需求，一般配置為多采集器組合，即主采集器加數個輔助采集器，采集通道可以擴充或調整。如有需要，信號需經調理后接入數采設備。
試驗控制設備為發動機試車提供燃油、進風、環境等基礎條件的控制，屬于場站基礎設施范疇，需要專業單位承建，在此不再贅述。
監控主機負責資源配置管理，試驗監控管理和在線分析等任務，多配置為數個計算機終端，分別負責試驗監控、系統管理和在線分析，具備報警功能。
數據備份設備保存所有數據采集端采集的通道數據，同時將數據上傳至中央數據服務系統。
前端數據分系統結構如下圖所示：
（二）中央數據服務器分系統
中央數據服務器分系統是整個平臺的數據集散中心，它通過網絡接收前端數據系統的試驗數據，進行分類標識存儲，同時接收離線分析工作
站的數據查詢請求，分析離線分析工作站的數據請求參數，將索引出的通道數據分發給各離線分析工
作站。
1. 系統功能
• 數據存儲：按照通訊協議，通過TCP/IP接收各前端數據分系統發送過來的數據，并進行標記存儲；
•數據分發：按照通訊協議，通過TCP/IP分發給各離線分析工作站要求的數據；
•權限管理：對申請數據查詢的客戶端進行權限認證。
2. 系統結構中央數據服務系統支持多個前端數據系統和多次試驗數據的存儲與分發，采用服務器作為中央數
據服務系統的硬件，當通道數量過多時，可采用服務器群。系統結構如下圖所示：
3. 工作原理
• 數據存儲：前端數據系統中的備份系統將數據通過網絡傳輸至中央數據服務系統，并通過流盤技術將數據保存到磁盤陣列中。當成功保存數據后，數采端會刪除相應數據文件，避免因網絡故障造成數據丟失。
• 中央數據服務系統的另一個數據操作就是分發數據給各離線分析工作站，驗證登錄用戶的權限，保證數據查詢的安全性；根據離線分析工作站提交的索引條件向離線分析工作站分發相應數據。
（三）離線分析工作站系統
離線分析工作站系統用來查詢、分析旋轉機械試驗的歷史數據。
分析功能：
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時域顯示 |
聯合時頻分析 |
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倍頻程分析 |
通道間運算 |
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相位差計算 |
包絡提取 |
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Sound levelmeter |
頻譜分析 |
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階次分析 |
自相關分析 |
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Colormap |
Levelmeter |
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積分 |
互相關 |
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微分 |
瀑布圖 |
工作原理：離線分析工作站系統的主要任務是對旋轉機
械信號進行各種分析處理。首先，離線分析工作站向服務器提交檢索信息；然后中央數據服務系統根據這些檢索信息，將相應數據發送給離線分析工作站；最后離線分析工作站對這些通道數據進行特定的分析與顯示。
四.旋轉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據分析。•
• 數據安全的可靠性：數據備份端通過網絡接收各數據采集器的試驗數據，分類表示存儲，進行數據備份，同時按照試驗數據的時間順序，將試驗試驗數據上傳至中央服務器；當數據備份系統與中央數據服務系統成功的保存數據后，會通知數采端，數采端將刪除相應數據，這樣數據的安全就得到了保證，避免因網絡故障造成數據丟失。
• 易于維護和擴展性：可以根據采樣點的個數任意擴充機箱、板卡；當通道數量增加時，可以采用服務器群作為中央服務器系統的硬件資源；根據需求可以任意添加監控端和離線分析工作站。
•大數據量吞吐的能力：支持130個通道，50KS/s的數據同步采集，增加硬件配置可提升吞吐能力。
五.結語
上述旋轉機械信號處理平臺能有效地解決目前旋轉機械試驗面臨的挑戰。其利用柔性測試技術的核心——虛擬儀器技術為主體的軟硬件，結合當前國際測試和網絡先進技術所開發的綜合試驗管理平臺，對各試驗系統的試驗數據進行管理，包括試車數據的采集、存儲、在線分析、離線分析等，在保證數據安全的前提下，使多協作單位數據的共享成為可能。
