Spitzenwert Spektrum

Dieses Beispiel implementiert eine Möglichkeit zu Analyse von Lagerschäden durch die Betrachtung von hochfrequenten Anteilen in den Vibrationsdaten. Aufgrund der Sensitivität der Spitzenenergie gegenüber einem realen Aufbau wurde die Energie der simulierten Stöße hinreichend groß gewählt. Im Einsatz sollten hierbei Trends im Spitzenwert Spektrum im Laufe der Zeit betrachtet werden.

Den Quellcode für dieses Beispiel können Sie hier herunterladen: SpikeEnergySpectrum_Sample.zip

Blockdiagramm

Spitzenwert Spektrum 1:

Programmparameter

Die Tabelle unten zeigt eine Liste mit den wichtigen Parametern für die Konfiguration der Funktionsbausteine.

FFT-Länge

1024

Fenstergröße

800

Puffergröße

400

Länge des Spitzenwert Spektrums

513

Untere Grenze des Bandpassfilters [Hz]

1000

Grenzfrequenz des Bandpassfilters [Hz]

4950

Erläuterungen

Das generierte amplitudenmodulierte Eingangssignal setzt sich wie folgt zusammen: Auf eine Grundschwingung (blau) wird mit einer Frequenz von 200 Hz ein Schock (gelb) moduliert. Das Eingangssignal des Bausteins entspricht somit der Kurve unten (grün).

Spitzenwert Spektrum 2:

Die Eingangsdaten werden wie folgt verarbeitet: Die für die Analyse nicht relevanten Signalanteile (unterhalb von 1 kHz) werden mittels eines IIR Bandpassfilters herausgefiltert. Dies entspräche hier im Fall exakter Arithmetik dem Schock (gelb). Das gefilterte Signal wird nun in eine Zeit-Wellen-Form transformiert, in welcher die Energiespitzen in Abhängigkeit der konfigurierten Abklingzeit (fDecayTime) dargestellt sind („peak to peak“). Das nachfolgende Bild zeigt die Zeit-Wellen-Form für die oben beschriebenen Eingangsdaten.

Spitzenwert Spektrum 3:

Bereits in dieser Darstellung ist die Frequenz der auftretenden Spitzenwerte, d.h. die Wiederholrate hochfrequenter Frequenzanteile in Form von Stößen im Ursprungssignal, erkennbar. Der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Spitzen liegt bei 0,5 ms, d.h. 1 / 0,005 s = 200 Hz. Diese Periodizität wird durch die Berechnung eines Magnitudenspektrums dargestellt. Dies führt zu nachfolgender Visualisierung im Scope Projekt des Beispiels:

Spitzenwert Spektrum 4:

Im resultierenden Spitzenwert Spektrum ist der Anteil der Fehlerfrequenz (f_defect) bei 200 Hz sowie die zugehörigen Harmonischen deutlich erkennbar. Ferner sind die Frequenzanteile der Grundschwingung (f_carrier) sowie jene der Schocks (f_shock) durch die Bandpassfilterung und Transformation in die Zeit-Wellen form eliminiert.

Der Spitzenwert unterhalb von f_low ist hierbei nicht aussagekräftig, da er unterhalb der Auflösungsgrenze von cMinFrequency = cSampleRate/cWindowLength = 12,5 Hz liegt.

Voraussetzungen

Entwicklungsumgebung

Zielplattform

Einzubindende SPS-Bibliotheken

TwinCAT v3.1.4022.25

PC or CX (x86, x64)

Tc3_CM, Tc3_CM_Base