VALENIAN工业互联网产教融合科研平台的介绍
一：建设工业互联网产教融合科研平台的意义：
基于设备健康指数驱动的设备智能管理和维护，提高设备管理效率和设备效能，构建绿色智能工厂。采用物联网传感器和大数据，对设备的故障进行预测性维护管理，减少因意外故障导致的非计划停机事件，优化设备的利用率设备智能
二：VALENIAN工业互联网产教融合科研故障仿真平台的构成部分
1. PT500Pro预测性维护实验台
2. DC-29多通道数据采集分析系统
3. 云在线大数据分析智能诊断监测模块
1.1:PT500Pro 试验台功能描述
PT500 pro预测性维护实验台可以针对齿轮传动故障，包括两级传动直齿轮及一级传动行星齿轮箱和轴承故障数据采集采集及分析所开发，可以自行灵活配置振动，温度，噪声，转速，位移等机械参量测量的传感器，本试验台可以模拟旋转机械升降速瞬态过程及稳态运行工况的振动状态，以及多种常见的旋转机械故障，配合数据采集仪器及分析软件配套使用，可进行故障特征分析，形成一个多用途，综合性的实验系统平台，为齿轮传动及轴承类故障提供一个良好的实验分析环境和算法依据。
1.2：PT500Pro试验台的基本构成
1.该试验台主要由设备基础底板平台，三相异步变频电机，联轴器，轴承动平衡转子盘组件，两级传动直齿轮箱，扭矩转速仪，行星齿轮箱，可编程磁粉加载器，触控屏操作单元，PLC，变频器，磁粉加载控制单元，通讯模块组成。
序号
设备
数量
备注
1
设备基础底板平台
1
具有足够的刚性，精度和可扩展性，带底脚，有叉车位，方便叉车搬运。
2
三相变频电机
1
检测电流、电压，转速，转矩，温度。
3
行星故障模拟齿轮箱
1
可模拟行星齿轮故障（断齿，磨损，缺齿，裂纹）
4
平行故障模拟齿轮箱
1
可模拟平行齿轮故障（断齿，磨损，缺齿，裂纹）
5
转子系统
1
可模拟轴承故障（内圈，外圈，滚动体，保持架，混合）
转子轴系故障（转速，动平衡，碰磨，不对中）
6
转矩转速仪
1
测精度高、稳定性好、抗干扰性强
7
可编程加载器
1
可为轴端加载扭矩（恒转矩，变转矩，脉冲转矩，正弦转矩）
8
控制柜
1
1.触摸屏可视化人机操作界面，实时显示驱动电机的电压，电流，转矩，转速，温度等参数。
2.触摸屏实时显示齿轮箱输出转速转矩等参数。
3.触摸屏实时显示转矩加载器当前加装转矩大小及电流大小。
4.控制柜带脚轮，方便移动。
1.3：试验台介绍
1) 驱动系统：驱动电机可调整不对量包含平行不对中和角度不对中；矢量三相变频器为380V，具有过流，过压，过载，过热欠电压保护。
2) 行星故障齿轮箱：方便拆装带有预制外圈，行星轮，太阳轮故障齿轮的行星齿轮箱来，来进行断齿，磨损，裂纹，磨损等故障实验的模拟；
3) 转速转扭仪：精度：0.2%F*s，适用温度：0℃-50℃，频率响应：100us；
4) 联轴器：行星齿轮采用弹性联轴器，其他联轴器采用梅花联轴器；
5) 可编程转矩加载装置：转矩加载器可以手动控制及自动控制调整，手动控制位开环控制，自动控制为闭环控制；转矩加载可实现恒转矩，变转矩，脉冲转矩，正弦转矩可编程操作。
6) 控制柜：触摸屏操作界面，可实时显示各种监控数据状态值。
1.4：可完成实验
1) 滚动轴承故障模拟：可模拟的故障有轴承内圈损伤，外圈损伤，滚珠损伤，保持架损伤，混合损伤等；（通过更换带有不同类型故障的套件，来完成各种损伤故障模拟）
2) 齿轮故障模拟：通过更换有缺陷的齿轮，可模拟各类齿轮故障；（故障类型，缺齿，断齿，裂纹，磨损）
3) 行星齿轮故障模拟： 通过更换有缺陷的行星齿轮，可模拟各类齿轮故障；（故障类型，缺齿，断齿，裂纹，磨损）
4) 轴系故障模拟：通过不对中调整系统调整底座可模拟轴安装不对中缺陷；（调整安装座的顶丝来实现不对中模拟）
5) 旋转机械设备的转速实验（升速，降速，稳速等，通过控制程序调整电机转速，模拟实验）；
6) 旋转设备的不平衡模拟实验（通过在平衡盘圆周安装，拆卸配重块来实现不平衡模拟）
7) 旋转设备的转轴碰磨模拟实验（模拟异物触碰到轴的异常情况）
8) 旋转设备的共振实验（拧松测试设备的安装螺钉，做共振实验）；
9) 转矩加载实验（通过磁粉制动器在轴端恒转矩，变转矩，脉冲转矩，正弦转矩）
PT500 pro 3D设计模拟概念图
人机界面触控屏各参数监控画面
1.5：试验台技术参数:
型号
VALENIAN-PT500 Pro
电机
ABB 1.5kW(2 hp), 三相异步交流电机
变频器
VFD-M变频器（转速可调）
RPM 范围
0~1450 RPM 可调
轴向负载
磁制动器电压调整, 0~50Nm 范围
电源
T三相 380Vac, 60/50Hz
使用环境
-10~50°C, 35~85RH
机械参数
轴
直径. 30mm, 钢
轴承单元
滚动轴承UPH206
动平衡转子盘
转子盘材质45#钢，两个转子盘，直径,150mm,配有双排交替排列的36个M5平衡孔，5°等分360°圆周
轴承座
可拆卸式轴承，轴承故障类型内圈，外圈，滚珠，保持架，综合故障。
平行齿轮减速机
2级3轴直齿轮箱，传动比为4.97：1
所有有缺陷的齿轮和好的齿轮都组装在同一根轴上
直齿轮输入角：20°模数2.5
减速比: 1: 4.97 (1st 级:25/58, 2nd 级:28/60)
故障类型：断齿，磨损，缺齿，裂纹。
行星减速机齿轮
减速比：1：10
输入太阳齿数：9齿 1组
行星齿轮齿数：36齿* 3组
大齿圈齿轮齿数： 81齿
故障类型：断齿，磨损，缺齿，裂纹。
扭矩转速计
量程：0-50NM，*转速6000RPM，精度± 0.2%（F.S），重量，3.8Kg.
可编程加载器
额定扭矩：50Nm，额定电压和电流：24V / 0.94A，功率：22.6W，
重量：14.5Kg*速度：1800rpm，磁粉重量：60gr。
底座
15mm, 精加工镀镍铁板
安全护罩
齿轮箱带有透明亚克力护罩
外形尺寸及重量
重量
大约 500kg
尺寸(LxWxH)
2000 x 800 x850mm
2.1：DC-29多通道数据采集分析系统介绍
该数据采集系统配合相应传感器采集并保存机器各种运行中的物理量，进行本地化数据保存，可供事后分析。
VAST-DC29多通道振动数据采集器及分析软件
功能描述
软件部分：
1.实时数据采集，数据保存，数据长时间记录，光标标注，数据浏览；
2.实时频谱分析，采集数据FFT记录，功率谱，幅值相位分析，窗函数可选；
3.频响函数、相干函数、脉冲响应函数；
4.声学计及倍频程分析功能；
5.倒谱，自相关，互相关频谱分析，小波分析；
6.冲击频谱分析；
7.现场动平衡分析；
8.模态分析支持 CAD 图形、ANSYS 模型文件、EXCEL 格式；
9.等角度采样阶次分析；
10.波德图，极坐标图分析；
11.声学分析模块，窄带谱、1/1 倍频程谱、1/3 倍频程谱、1/12 倍频程谱和 1/24 倍频程谱，并且可设置多种计权方式（L、A、B、C、D）；
12.软件输出数据支持二次开发，通用性强，支持多种编译语言：Labview、C++、C#、Visual Basic等；
采集器技术参数：
1.测量通道数量：八通道加两个转速通道同步采集。
2.支持传感器类型：振动，PT100铂电阻，噪声声级计，转速，应变，电涡流位移，桥式，电流输出4-20mA形传感器。
3.数模转换器精度：24位。
4.频率响应范围：0.3Hz-100Khz。
5.电压输入[V]：±5V，±10V,±100mV。
6.非线性度：0.1%。
7.*采样速率 ：同步采样频率，128KHz/通道，256kHz/通道。
8.IEPE电源：4mA,24v。
9.通讯方式：兼容USB3.0和千兆以太网。
10.轻便便捷，板卡式设计。
传感器技术参数：
1.加速度传感器参数：
1.频率响应：Freq. response (+/- 3dB): 0.4 - 13000 Hz
Freq. response (+/- 10%): 0.6 - 10000 Hz
2.传感器灵敏度：Sensitivity: 100 mV/g +/- 10%
3.传感器动态响应冲击：50g peak (max 5000g)
4.等级/防护等级：IP 67
5.工作温度：−20 - 75 °C
6.加速度计重量：75克
2.PT100铂电阻：
1.测温范围-：50℃-250℃。
2.测温精度：±0.1℃。
3.精度等级:A级。
3.转速计:
1.转速测量范围;30RPM~300000RPM。
2.转速测量精度：1RPM。
3.传感器供电电源：5V , 20 - 30 mA。
4.声级计：
1.信噪比：70dB。
2.等效噪声SPL:24dB。
3.动态范围：100dB。
4.输入电流电压：12-52V，2mA。
5.灵敏度：-37dBV/Pa(14mV)。
6.阻抗：200欧姆。
序号
设备名称
数量
备注
1
数据采集器
1
八通道加两通道振动同步采集
2
加速度传感器
4
ICP压电式加速度振动传感器100mV/g
3
声级计
1
磁座式安装，设备噪声检测
4
PT100铂电阻
2
试验台轴承测温
5
铂电阻适配器
1
配合采集器信号调制
6
转速计
1
设备转速测量
7
电脑端软件
1
含软件
8
笔记本电脑
1
ThinkPad
3.云在线大数据分析智能诊断监测模块
3.1预测性维护系统的意义：
基于物联网传感器和大数据，对设备的故障进行预测性维护管理，减少因意外故障导致的非计划停机事件，优化设备的利用率。
3.2目前工业维护的三个阶段对比
1.修复性维护：机械故障发生后，维护人员前往现场检修维护
* 计划外停机，造成经济损失
* 高额紧急维护成本
2.预防性维护：周期性安排人员保养维护
* 突发性故障风险仍然无法完全杜绝
* 维护周期难以把控，零备件资源使用不合理
3.预测性维护：传感器获取设备信息，设备状态实时监控，大数据分析给出维护建议，故障发生前预警而完成维护
* 大幅度降低维护成本及故障率，优化生产
* 提高设备运行生命周期
3.3云在线大数据分析智能诊断监测模块的组成部分
3.3.1主要构成如下：
物联网硬件
1.多功能传感器(测温测振)
2.中继器
云平台系统
提供监测，预警，自动数据处理，智能分析。
3.3.2云在线数据分析健康分析流程
1.设备感知层
各类稳定实时采集数据的传感器，振动，温度，压力，电流，电压等构成基础数据来源。
2.数据传输
基础数据通过无线中继器，稳定传输到本地服务器。
3.本地储存
数据储存到本地服务器，处理，储存，显示。
4.云端计算
本地数据上传云端 Cloud，云端AI处理分析，将各类数据综合判断，进行健康度分析，故障分析。
5.远程运维
通过数据分析，提前预警，指导运维。
