使用振動對旋轉機器進行預測性維護

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資料介紹

描述

風力渦輪機、水力渦輪機、感應電動機等旋轉機械面臨著不同類型的磨損。這些故障和磨損大多是由于設備的異常振動引起的。這些機器通常在重負荷下運行，停機時間最短。其中出現的主要故障如下

不規則的徑向力和切向力。
不規則的機械行為。
鼠籠式感應時的軸承故障、轉子條和端環故障
電機定子故障和轉子氣隙偏心。

這些不規則振動會導致機器更快退化。噪音并會影響機器的機械性能。Machinery Vibration Analysis and Predictive Maintenance 使用振動分析對旋轉和往復式機械中的故障進行檢測、定位和診斷進行詳細檢查。在這個 Instructable 中，我們將使用無線振動傳感器來克服這個問題。這些傳感器是工業級傳感器，已成功部署在許多應用中，例如民用基礎設施的結構分析、風力渦輪機的振動分析、水力渦輪機的振動分析。我們將可視化和分析 Thing Speak 中的振動數據。在這里，我們將演示以下內容。

無線振動和溫度傳感器。
使用這些傳感器進行振動分析。
使用無線網關設備收集數據
使用 Thing Speak MQTT API 將振動數據發送到 Thing Speak IoT 平臺。

硬件和軟件規格

硬件規格

ESP32
無線溫度和振動傳感器
Zigmo 網關接收器

檢查旋轉機器振動的指南

正如上次指導“感應電機的機械振動分析”中所述。為了隔離故障和故障識別振動，必須遵循某些準則。對于簡單的轉速頻率是其中之一。轉速頻率是不同故障的特征。

0.01 克或更少 - 狀況良好- 機器工作正常。
0.35 克或更少 - 狀況良好。機器工作正常。除非機器有噪音，否則無需采取任何措施。可能存在轉子偏心故障。
0.75g 或更多 - 惡劣條件- 需要檢查電機如果機器噪音太大，可能存在轉子偏心故障。
1g 或更多 - 非常惡劣的條件- 電機可能存在嚴重故障。故障可能是由于軸承故障或桿彎曲引起的。檢查噪音和溫度
1.5g 或更多 - 危險級別- 需要修理或更換電機。
2.5g 或更多 - 嚴重級別- 立即關閉機器。

獲取振動傳感器值

我們從傳感器獲得的振動值以 milis 為單位。這些由以下值組成。

RMS 值- 沿所有三個軸的均方根值。峰峰值可以計算為

峰峰值 = RMS 值/0.707

最小值- 沿所有三個軸的最小值
最大值- 沿所有三個軸的峰峰值。可以使用此公式計算 RMS 值

RMS 值 = 峰峰值 x 0.707

早些時候，當電機處于良好狀態時，我們得到的值約為0.002g。但是，當我們在有故障的電機上進行試用時，我們檢測到的振動約為0.80g至1.29g 。故障電機受到高轉子偏心率的影響。因此，我們可以使用振動傳感器提高電機的容錯能力。

設置事物說話

為了將我們的溫度和濕度值發布到云端，我們使用 ThingSpeak MQTT API。ThingSpeak 是一個物聯網平臺。ThingSpeak 是一項免費的網絡服務，可讓您在云端收集和存儲傳感器數據。MQTT 是物聯網系統中用于連接低級設備和傳感器的常用協議。MQTT 用于在代理之間傳遞短消息。ThingSpeak 最近添加了一個 MQTT 代理，因此設備可以向 ThingSpeak 發送消息。您可以按照這篇文章中的步驟設置 ThingSpeak Channel

將值發布到 ThingSpeak 帳戶

MQTT 是一種發布/訂閱架構，主要用于通過無線網絡連接帶寬和功率受限的設備。它是一個簡單且輕量級的協議，運行在 TCP/IP 套接字或 WebSockets 之上。WebSockets 上的 MQTT 可以使用 SSL 進行保護。發布/訂閱架構使消息能夠被推送到客戶端設備，而無需設備持續輪詢服務器。

客戶端是連接到代理并可以發布或訂閱主題以訪問信息的任何設備。主題包含代理的路由信息??。每個想要發送消息的客戶端都會將它們發布到某個主題，每個想要接收消息的客戶端都會訂閱某個主題

使用 ThingSpeak MQTT 發布和訂閱

發布到頻道提要channels//publish/
發布到特定字段channels//publish/fields//
訂閱頻道字段channels//subscribe//
訂閱私人頻道提要channels//subscribe/fields//
訂閱頻道的所有字段。channels// subscribe/fields//

在 ThingSpeak 上可視化傳感器數據

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振動警報的電子郵件通知

我們正在使用 IFTTT 小程序向用戶提供實時天氣預報電子郵件通知。有關 IFTTT 設置的更多信息，您可以瀏覽此博客。所以，我們通過 ThingSpeak 實現了它。每當機器中發生溫度變化時，我們都會向用戶發送電子郵件通知。它將觸發一封電子郵件通知“多么美好的一天”。每天上午 10:00 左右（美國標準時間）我們都會收到一封電子郵件通知