基于LabWindows/CVI的轧机振动测试系统应用研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇基于LabWindows/CVI的轧机振动测试系统应用研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要： 构建了基于labwindows/cvi的轧机振动测试系统，轧机的振动测量使用加速度传感器，数据采集采用USB-6210数据采集卡， 使用LabWindows/CVI语言编程，实现了对轧机振动信号进行数据采集、处理，此测试方法减少了复杂的硬件电路，简化了测控系统，提高了系统的测量精度和可靠性，可根据需要拓展测试系统的其它功能。

Abstract： The paper constructs a test system of mill vibration based on Labwindows/CVI. The vibration acceleration sensor is used to measure vibration， and the USB-6210 data acquisition card is used to measure the data. By using LabWindows/CVI software programming， the test system realizes the date acquisition and data process. The Virtual Instrument reduce the complexity of the hardware circuit， improve the reliability and accuracy of the test system， and other functions of the test system may be needed to expand.

关键词： 测试；LabWindows/CVI；轧机；振动

Key words： test；LabWindows/CVI；mill；vibration

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）34-0038-02

0 引言

轧机的振动测试与控制对于提高产品的质量起着至关重要的作用，振动发生时，轧辊、机架等部件发生振颤，且越来越强，如不及时停机或降速，常导致断带或设备损坏。在轧制过程中准确地检测各部件的振动情况，分析信号的故障特征，研究对轧机系统振动加以控制和消除的方法和措施，从而提高产品质量，避免轧制设备的损坏。轧机振动测试系统的软件设计应用虚拟仪器开发语言LabWindows/CVI，该软件将C语言平台与数据采集、分析和处理等测控专业工具有机的结合，可在多种操作系统下运行。其集成化开发平台、交互式编程方法、多功能面板和库函数大大增强了C语言的功能，大大提高开发人员在检测、数据采集与分析、过程控制等方面的工作效率，使得测试与分析系统得以快速开发和应用。

1 测试系统硬件组成

轧机振动测试系统硬件由测振传感器INV9828、XK343L信号调理器、数据采集装置和微型计算机等构成。INV9828为ICP型压电式加速度传感器，用于测量振动、冲击等物理量，并可扩展测量速度、位移等参数。XK343L信号调理器向ICP加速度传感器提供24VDC 4mA恒流供电，将ICP加速度传感器输出的与振动加速度成正比的叠加在输出偏压上交流信号，通过CR隔直电路隔掉输出偏压，通过BNC插座并行输出；数据采集装置为NI USB-6210，有16位A/D转换器，16/8路模拟输入通道，8路数字I/0，采样率可达250kSa/s，2路定时/计数器，支持DMA方式和双缓冲区模式，保证了实时信号不间断采集与存储。测试系统硬件平台见图1。

在该测试系统中，测振传感器将轧机工作辊在轧制过程中的振动转换为电压信号，由信号调理器对信号进行滤波和放大，通过BNC并行输出至数据采集卡；数据采集卡完成信号A/D转换、采集和处理等功能。为保证采集数据的有效性和完整性，在轧机入口处安装光电开关作为触发器，触发启动测试程序按照设置的参数进行采集。

2 测试系统软件设计

利用虚拟仪器的开发语言LabWindows/CVI完成测试系统的软件设计。它以工程软件为主体，将C和C++源文件、头文件、库函数、目标模块、用户界面文件、动态连接库和仪器驱动程序等多功能组合在一起，可方便快速的编写、调试和修改虚拟仪器应用程序，形成可执行文件。轧机振动测试系统的软件设计，可通过仪器面板完成对所测信号的采样通道AI、触发通道DI、采样频率、采样时间等参数进行设定。

测试系统的软件设计流程如图2所示。

3 测试系统操作界面与测试实验

测试系统操作主要有：采集参数设置、波形显示、采集控制、启动操作等功能，采集参数设置区设定采样通道、触发信号通道、采样频率和采样时间；波形显示区显示采集信号的原始波形、加窗后的波形以及综合分析结果；在操作区可通过控制按钮来启动、退出测试系统；同时可根据测试需要人工控制数据的采集启停时刻，并保存采集数据和分析数据。

为分析轧机振动信号的频率成分，以便于寻找振源，需要采用信号的频域描述方式，利用傅里叶变换FFT（Fast Fourier Transform）获取频域信息，提高运算速度。

快速傅里叶变换形式：

F（k）=■■f（2n）W■■+■■f（2n+1）W■■=F■（k）+W■■F■（k）

k=0，1，2，…，N-1

在LabWindows/CVI编程中，FFT函数原型为：

AnalysisLibErrType FFT（Array_X_Real[]，double Array_X_Imaginary[]

，int Number_of_Elements）。

同时，在对数字信号进行FFT变换处理时，采取加窗的方式，截取一段信号进行处理。在此次振动信号的分析选择汉宁窗，即选择HanWin函数作为加窗函数。

HanWin函数的时域形式：

w（i）=0.5×1-cos■ i=1，2，…，n-1

频域特性为：

W（ω）0.5W■（ω）+0.25×W■ω-■+W■ω+■e■

式中，W■（ω）为矩形窗函数的幅度频域特性函数。

HanWin函数原型为：AnalysisLibErrType HanWin（double Array_X[]，int Number_of_Elements）。

轧机的振动测试实验在300四辊可逆轧机上进行，轧制力为200KN。原料为Q235，厚度1.80mm，宽度为200mm，轧制速度为100mm/s。测振传感器安装在轧机下工作辊外侧下方。

4 结论

通过系统运行表明，利用虚拟仪器技术LabWindows/CVI开发轧机振动测试系统，采集轧机工作辊在轧制过程中的振动信号，选择HanWin函数（汉宁窗）作为加窗函数，并利用FFT变换分析信号中的频率成分，以便于寻找振源。该虚拟仪器具有振动信号时、频域动态示波，振动信号频谱分析，波形分析，现场数据的存储、分析等功能。软件全部采用图形化界面，使用方便，适合工业现场应用。

虚拟仪器技术的引入以及使用模块化的硬件和软件，减少了测试系统的开发周期，提高了运行效率，采集系统支持多种传感器，可快速扩展进行多通道的快速采集。其软件系统用多种编程方法实现，具有较全面的图形显示、数据分析处理能力，系统具有很强的可扩展性和实用性。

参考文献：

[1]刘君华.基于LabWindows/CVI的虚拟仪器设计[M].北京：电子工业出版社，2003：11-19.

[2]景会成，玄兆燕，纪玉荣.虚拟技术在动态特性时域测试仪中的应用[J].微计算机信息（测控自动化），2007，23（5）：180-181.

[3]孙军，赵玉玲.全新的轧机工况在线监测装置[J].宽厚板，2005，11（2）：31-33.

[4]邹家祥，徐乐江.冷连轧机系统振动控制[M].北京：冶金工业出版社，1998：42-69.

[5]王建新，隋美丽.LabWindows/CVI虚拟仪器测试技术及工程应用[M].北京：化学工业出版社，2011：149-156.