在线机器状态监测系统

F’IS (FAG Industrial Service) 的前身是一个专注于机器诊断系统开发的团队。如今的F’IS 隶属于跨国集团Schaeffler，该集团是享誉世界的轴承供应商，旗下拥有INA、FAG 和Luk 三大品牌，产品销往世界各地，应用于上千个不同的工业领域。

F’IS 基于NI CompactRIO 平台开发的FAG ProCheck 是一套智能轴承在线监测系统，集成了数据采集、滤波、分析和评估功能，能够独立进行测量、记录和数据分析工作。FAG ProCheck 能在机器运行过程中发现潜在问题，使维护工作尽早进行，从而有效地延长了机器的使用寿命，降低了维护成本。

2002 年，德国Spenner Zement 水泥公司一台磨机的齿轮箱发生故障，整台水泥磨机不得不停产三个星期。该公司使用了温度传感器检测齿轮箱的健康状态，但是这个陈旧的监测方法反应太慢，等到其报警时整个轴承已经严重损毁。最后，Spenner Zement 公司不仅要花费高昂的维修费用，而且因磨机停产蒙受了巨额经济损失。事实上，一般来说在温度出现异常之前的三个月，一些隐性征兆（例如异常振动）就已经出现，如果那时就能及时监测到异常并加以应对，就可以避免这些损失。

现代化工业生产对机器的依赖与日俱增，生产线上的大型机器一旦出现重大故障，不但会影响企业的日常生产，严重的甚至会引发安全事故。稳健可靠的机器状态监测和故障诊断可有效预防机器故障，帮助企业消除计划外的储运损耗、优化机器性能、缩短返修时间并降低综合维护成本。

崩溃后进行维护，还是预测式维护

对于大型轴承设备的维护，当前有几种策略：一是“响应式维护”，即在设备崩溃以后进行维护；二是“预防式维护”，即在规定期限内进行设备替换；三是“预测式维护”，即根据设备的状态进行替换；四是“主动可靠式维护”，即根据“预测式维护”所得知识，优化机器设备的使用。显然，第三种和第四种策略是比较好的选择。主动式的状态监测和故障诊断需要获得更多的物理信息，如加速度、转速、位移、温度等，因此需要一个平台对这些信号测量提供全面支持。

“那些需要被监测的大型机器往往用于重工业，这意味着可能的高温、灰尘、振动和碰撞因素，因此我们需要一个足够坚固的硬件平台，”F’IS的全球技术销售主管ThomasSchumacher 说，“我们需要获得的数据也不仅仅是温度、转速等，还需要考虑来自其他自动化控制系统的信号，因此需要较多的I/O 通道。幸运的是，NI 总是能提供最先进的技术，满足我们的应用需求。”

在线机器状态监测系统的另一个难点是设计合适的算法根据采集到的数据进行故障诊断并在一定条件下给出及时的报警信号。经过验证，F’IS 采用了宽带参数监测结合频率选择性监测算法进行故障诊断。算法运行在CompactRIO机箱中集成的FPGA上，从而具有硬件级的执行速度和稳定性，保证了响应的及时可靠。通常，在FPGA上开发算法需要具有扎实的数字电路硬件背景，同时需要掌握VHDL 或Verilog 等硬件描述语言。但是NILabVIEW FPGA 模块的推出使普通的机电工程师在LabVIEW 图形化编程环境中就可以完成FPGA 程序的开发，利用定点数学工具包和滤波器设计工具包还可以轻松实现复杂的数学运算和信号处理。这样， 利用N ICompactRIO平台上现成的I/O模块完成振动信号的调理采集、转速的测量以及其他传感器信号采集之后，经过FPGA上的实时算法处理，就可以实现在线轴承状态监测和故障诊断。

借助NI CompactRIO 平台上的网络接口，FAG ProCheck系统具备了以太网连接、串口通信、无线互联等功能，最终可以实现远程分析、诊断和数据服务。目前该系统已在各种机器设备上获得成功应用， 监测的对象包括INA、FAG 等品牌的轴承产品。

NI OEM 服务确保客户成功

由于NI CompactRIO 平台的可靠品质，F’IS 在原型开发验证之后选择NI 继续作为其FAG ProCheck 产品的OEM供应商。NI 为F’IS 提供硬件平台的工厂组装、测试和校准服务，同时安装配置好FAG ProCheck 系统运行所需的NI 软件，并且为F’IS 的知识产权提供了电路级保护。这些OEM 产品从NI 出厂后就可以直接运至F’IS 的客户所在位置。F’IS 与NI 的合作也使其客户能够获得持续的品质保证以及良好的技术支持与服务。“NI CompactRIO 平台不仅缩短了系统原型的开发周期，而且完全可以作为一个可靠的OEM 子系统集成到最终的产品中。”

远程诊断中心

ComapctRIO 平台可以直接对各种传感器的输出信号进行调理和采集。通过NI LabVIEW 软件和LabVIEW FPGA 模块，可以对CompactRIO 进行快速开发，并可灵活地进行重新定义。此外，CompactRIO 结构紧凑、小巧坚固，非常适合工业环境的应用。正是由于CompactRIO 平台的这些优势，F’IS 在研发FAG ProCheck 轴承在线监测系统时，把CompactRIO 作为理想的硬件平台。