Шрифт:

Бортовые системы мониторинга и оперативной диагностики вращающегося оборудования

А.В.Барков. ООО «Вибротехника».

Введение

Наметившаяся в развитых странах тенденция снижения объема работ по обслуживанию и ремонту вращающегося оборудования за счет их замены при ухудшении реального технического состояния только увеличивает потребность в диагностике, по результатам которой и планируется такая замена. Однако сокращение объемов обслуживания и ремонта не должно приводить к перераспределению рабочей силы в сторону диагностики - одновременно должен обеспечиваться и рост производительности систем диагностики со снижением степени участия в ней человека. А это означает, что будущее - за полностью автоматическими стационарными системами диагностики.

Во многих странах, в том числе и в России, продолжает широко эксплуатироваться оборудование прошлых поколений, которое не удастся в короткое время заменить современным. Эксплуатировать его без обслуживания и текущих ремонтов невозможно, поэтому персонал, обслуживающий машины и механизмы прошлых поколений, должен быть оснащен средствами контроля, мониторинга состояния, диагностики и их наладки по результатам диагностики, а также иметь соответствующую подготовку.

Многие из ответственных машин и механизмов прошлых поколений оснащены стационарными системами контроля состояния, но этого часто оказывается недостаточно - пришло время широкого внедрения полностью автоматических стационарных систем мониторинга их состояния и диагностики, позволяющих высвободить ресурсы, затрачиваемые и на диагностику, и на текущие ремонты и ненужные обслуживания. Одной из основных особенностей таких систем в реальных условиях управления и обслуживания объектов диагностики при дефиците подготовленных кадров должна быть возможность своевременного обнаружения возможных ошибок персонала и оценки их последствий. Это та часть обязательных для многих потребителей функций, которая в целях удешевления продукции очень часто не реализуется в системах мониторинга и диагностики западных производителей.

Ниже приводится краткий анализ работ специалистов предприятий Ассоциации ВАСТ, выполняемых для достижения самой сложной конечной цели - создания интеллектуальной и полностью автоматической системы мониторинга состояния и диагностики вращающегося оборудования, как в переходных, так и в установившихся режимах работы. Дополнительным усложнением системы является расчет на ее использование в качестве бортовой системы диагностики на транспорте, где предъявляются дополнительные требования по массогабаритным показателям и отсутствию возможности обслуживания объектов и системы из-за их недоступности в течение длительного времени.

В качестве диагностических сигналов в такой системе кроме вибрации заложена возможность использования других вторичных процессов, а именно температуры и тока нерабочей частоты электродвигателей. Возможно использование и рабочих процессов, если измерительные преобразователи этих процессов встроены в объект диагностики.

Разрабатываемая система не относится к встроенным системам аварийной защиты, ею за счет увеличения времени накопления информации до нескольких секунд кроме аварийной сигнализации обеспечивается идентификация опасных дефектов и прогноз остаточного ресурса. Однако часть технических решений и элементы системы могут использоваться и разработчиками средств аварийной защиты машин и оборудования.

История разработки

Основные усилия специалистов Ассоциации ВАСТ, занимающихся глубокой диагностикой вращающегося оборудования, с начала 90-х годов прошлого столетия были направлены, преимущественно, на создание одноканальных переносных систем вибрационной диагностики, анализирующих вибрацию в установившихся режимах работы агрегатов. Причин тому несколько:

  • время на диагностику практически не ограничено, можно измерять и анализировать вибрацию последовательно во всех требуемых точках агрегата,
  • не надо датчики встраивать в агрегат, это упрощает процессы сбора диагностической информации,
  • виброизмерительная аппаратура используется в единственном экземпляре, это снижает затраты на средства измерения,
  • анализировать установившиеся процессы проще, чем переходные, аппаратура для анализа и проще и дешевле.

Основной целью специалистов являлось создание искусственного интеллекта, позволяющего отказаться от услуг эксперта при диагностике серийно выпускаемых агрегатов. По стоимости стационарные и переносные системы диагностики с искусственным интеллектом из-за его уникальности оказываются сравнимыми, однако одной переносной системой можно диагностировать десятки, если не сотни агрегатов, поэтому наибольшее распространение и получили переносные системы диагностики.

Долгое время диагностика машин и механизмов в выпускаемых Ассоциацией стационарных системах вибрационного мониторинга развивалась в этом же направлении, т.е. для диагностики использовались результаты измерений вибрации только в установившихся режимах работы агрегатов. Такие системы внедрялись, как правило, поэтапно, сначала стационарно устанавливались только датчики вибрации в недоступных местах с выводом измерительных кабелей на общий коммутатор для дальнейших последовательных диагностических измерений вибрации с использованием переносного сборщика данных - виброанализатора (т.н. полустационарные системы). На втором этапе система полностью комплектовалась стационарными датчиками, в нее добавлялись электронные устройства для параллельного контроля вибрации по действующим стандартам (система аварийной сигнализации по вибрации), а глубокая диагностика продолжала проводиться последовательно, с подключением компьютера с диагностической программой через коммутатор. Велась работа и по подключению диагностических программ Ассоциации к системам вибрационного контроля и аварийной сигнализации других производителей.

Такие стационарные системы аварийной сигнализации с возможностью глубокой диагностики объектов контроля по их вибрации и сейчас востребованы на предприятиях многих отраслей промышленности, они продолжают производиться и поставляться Ассоциацией ВАСТ.

Однако у агрегатов с частыми пусками и сменами режимов работы, кроме диагностики в установившихся режимах работы необходимо обеспечивать, как минимум, контроль состояния в динамических режимах, так как значительная часть дефектов интенсивно развивается именно в таких режимах, и на них приходится значительное число регистрируемых отказов. Наиболее широкая область использования таких агрегатов - средства транспорта, где к стационарным (бортовым) системам контроля состояния и диагностики предъявляется еще и ряд специальных требований, в частности по массогабаритным показателям и по условиям работы транспорта, длительное время недоступного для специалистов по диагностике и обслуживанию.

Основными задачами, решаемыми специалистами Ассоциации при создании бортовой системы контроля состояния и диагностики агрегатов нового поколения, стали:

  • непрерывный контроль состояния, в том числе и в переходных режимах работы,
  • своевременное обнаружение опасных дефектов с оценкой остаточного ресурса после их обнаружения,
  • сбор данных для глубокой диагностики и долгосрочного прогноза состояния во время проводимых обслуживаний,
  • работа стационарной системы в необслуживаемом автоматическом режиме.

Первые две задачи - общие, их решение расширяет возможности и повышает достоверность диагностики объектов в любой области техники, позволяя развить системы аварийной сигнализации до систем оперативной диагностики. Именно к их решению приступили специалисты предприятий Ассоциации ВАСТ в 2009г, когда из-за временного спада производства в России у них появилось время для длительных исследований и разработок.

Перед разработчиками стояло несколько проблем, без решения которых невозможно создать систему оперативной диагностики. Первая из них - создание многоканальных средств параллельных измерений диагностических сигналов, к которым было решено отнести рекомендуемые международными стандартами вторичные процессы в машинах и механизмах. Это вибрация, температура и ток нерабочей частоты в электрических машинах, причем вибрация и в звуковой области частот, и ультразвуковая (включая акустическую эмиссию). Вторая - разработка методов автоматического диагностирования в режиме он-лайн, как в установившихся, так и в переходных режимах работы объектов диагностики, с оптимизацией соотношения достоверности и глубины диагностирования. А это требует тщательного изучения возможностей параллельного анализа измеряемых сигналов и оптимизации алгоритмов принятия решений. Третья проблема - использование дополнительной информации, в частности параметров рабочих процессов, выдаваемых штатными средствами их измерения. И, наконец, четвертая проблема - обеспечение полной автономности в работе системы, без участия человека в принятии оперативных решений.

Выбор технических решений для многоканальных измерителей

При выборе структуры многоканального измерителя сигналов, обеспечивающего параллельный прием, оцифровку и анализ сигналов рассматривались четыре основных варианта технических решений:

  • прием оцифрованных сигналов в находящийся в одном устройстве с аналогово-цифровыми преобразователями стандартный компьютер, их анализ, сравнение измеряемых параметров с порогами и принятие предварительных решений;
  • прием оцифрованных сигналов в специализированный компьютер (контроллер), осуществляющий их предварительную (частичную) обработку и передающий и сигналы, и результаты обработки по сети Ethernet для дальнейшего анализа и принятия решений в удаленный диагностический компьютер (группу компьютеров в одной сети);
  • прием оцифрованных сигналов в специализированный компьютер (контроллер), непрерывно осуществляющий все необходимые виды их анализа и передающий результаты анализа по сети Ethernet для дальнейшего принятия решений в удаленный диагностический компьютер,
  • прием оцифрованных сигналов в специализированный компьютер (контроллер), осуществляющий все виды необходимого анализа, сравнивающий результаты с пороговыми значениями и передающий принятые решения в удаленный компьютер.

Первое техническое решение успешно используется в разрабатываемых Ассоциацией ВАСТ переносных средствах диагностики, в которых число параллельно измеряемых сигналов обычно ограничивается двумя (плюс один канал измерения угла поворота ротора). Количество каналов для параллельных измерений разумно увеличивать при использовании трехкомпонентных датчиков вибрации, если это позволяет структура и характеристики применяемого миникомпьютера. Использовать такое решение в стационарных системах он-лайн мониторинга и диагностики нецелесообразно по целому ряду причин, в первую очередь из-за усложнения решаемых задач при большом количестве синхронных измерительных каналов у одного объекта диагностики и широкой номенклатуре всех параллельно выполняемых для диагностики видов анализа сигналов. Следующий уровень ограничений на использование такого решения определяется дополнительными усложнениями при наличии требований одновременной он-лайн диагностики нескольких объектов, объединенных общим рабочим процессом.

Второе техническое решение доступно для создания небольших по числу измерительных каналов систем мониторинга и диагностики. Все виды анализа, необходимые для формирования аварийной сигнализации и оперативного управления объектами диагностики выполняются контроллером непрерывно, и информация передается в управляющий компьютер, а оцифрованные и оптимальным образом прореженные в каждом канале сигналы также непрерывным потоком передаются в диагностический компьютер, находящийся в той же компьютерной сети. Основной проблемой может стать перегрузка измерительной сети Ethernet. Преимущество такого решения - возможность выполнения в диагностическом компьютере (компьютерах) большого количества видов анализа с учетом особенностей глубокой диагностики различных типов машин и механизмов. Для реализации небольших (до 24 виброизмерительных каналов) стационарных систем глубокой диагностики были оптимизированы технические требования на соответствующий контроллер, а разработанный контроллер стал основой для создания сетевого измерителя (СИ). Технические характеристики СИ приведены на сайте, в настоящее время выпущена первая партия сетевых измерителей, которые используются в составе многоканальных online анализаторов. Сетевые измерители применяются также и в составе переносных диагностических комплексов совместно с диагностической программой DREAM-5.

Третье техническое решение оптимально для стационарных систем параллельного мониторинга и диагностики большого количества агрегатов, в которых переходные процессы также могут идти параллельно. Количество видов непрерывного анализа сигналов в одном контроллере обычно ограничивается, количество параллельных измерительных каналов, нагруженных на контроллер, определяется двумя факторами - вычислительной мощностью контроллера (выполняемого, как правило, на сигнальных процессорах) и расстояниями между точками измерения сигналов и контроллером (естественное ограничение длины кабелей). Были оптимизированы технические требования на такой контроллер и его встроенную программу, созданный контроллер используется в разрабатываемой бортовой системе диагностики. Он является основой блока анализа электрических сигналов (БАЭС), принимающего параллельно до 9 анализируемых сигналов, в том числе до 4 сигналов вибрации и передающего результаты по измерительной сети Ethernet. БАЭС имеет весьма широкую область применения, и не только в составе диагностических систем. Основной недостаток такого технического решения - ограничение количества параллельно используемых видов непрерывного анализа сигналов было решено компенсировать возможностью записи отрезков сигнала в энергонезависимую память по внешним командам программы мониторинга и диагностики. Эти отрезки сигналов могут периодически передаваться по той же сети в отдельный компьютер для дополнительного анализа и использования результатов в целях глубокой диагностики, в том числе с участием эксперта.

Четвертое техническое решение, позволяющее принимать решения непосредственно в анализирующем контроллере, оптимально для мониторинга и диагностики объектов с кратковременного действия, во время которого производится запись сигналов во встроенную память, с последующим анализом и принятием диагностических решений. Поскольку в диагностике механизмов кратковременного действия с электроприводом, например, запорной арматуры, определенные преимущества по сравнению с вибродиагностикой имеет диагностика по току двигателя, именно такой контроллер для токовой диагностики электроприводов готовится к выпуску Ассоциацией ВАСТ.

При создании каждого из трех вариантов контроллеров решался ряд задач по обеспечению необходимых технических характеристик измерительных каналов. В частности, в каналах измерения вибрации и тока необходимо было обеспечить широкий частотный (до 50-60кГц) и динамический (более 100-110дБ) диапазоны измерений, а также высокую (не хуже 80дБ) линейность, не ухудшающих технические характеристики лучших образцов используемых измерительных преобразователей. Для измерения вибрации используются пьезоэлектрические преобразователи виброускорения (возможно использование вихретоковых преобразователей перемещения и оптических преобразователей виброскорости с собственными источниками питания). Для измерения тока используются измерительные трансформаторы тока, в том числе гибкие (возможно использование преобразователей на эффекте Холла с собственными источниками питания). Для измерения частоты вращения роторов могут использоваться различные преобразователи с выходным сигналам в виде импульса напряжения более 1-2В. Номенклатура измерительных преобразователей температуры и других параметров с информативной постоянной составляющей выходного напряжения еще шире.

В контроллеры заложены возможности проверки работоспособности измерительных каналов, в том числе измерительных преобразователей вибрации и тока, включены средства защиты от входных перенапряжений.

 

Технические решения по мониторингу состояния

Мониторинг состояния механизмов с узлами вращения - это, как правило, параллельные вибрационный мониторинг и мониторинг доступных для измерения диагностических параметров, характеризующих развитие конкретных видов дефектов.

В установившихся режимах работы механизмов для достижения высокой достоверности обнаружения изменений состояния мониторинг по вибрации в стандартной полосе частот рекомендуется расширить до мониторинга по широкополосному, в частности, третьоктавному спектру вибрации (до 10кГц), а на более высоких частотах следить за изменениями импульсной вибрации ударного происхождения. Такое расширение позволяет не только минимизировать вероятность пропуска опасных изменений состояния, но и в типовых случаях идентифицировать причину обнаруженных изменений. Соответствующая методика идентификации изменений состояния по результатам измерения вибрации и температуры узлов агрегатов разработана специалистами Учебного центра и размещена на сайте

Для расширения возможностей мониторинга состояния в установившихся режимах работы агрегата многие годы используется мониторинг определенных составляющих узкополосного спектра вибрации. Этот же подход используется и в разрабатываемой бортовой системе, но он дополнен и составляющими узкополосного спектра тока электродвигателя. Соответствующая методика диагностики механизмов с электроприводом по потребляемому току также разработана с участием специалистов Учебного центра.

Основные технические проблемы возникают при решении задачи мониторинга состояния в переходных режимах работы агрегатов. Эти режимы можно разделить на три части - активная фаза переходного процесса, стабилизация частоты вращения и выход на режим динамического равновесия с окружающей средой, и для каждой из них необходимо адаптировать алгоритмы мониторинга. Для небольших агрегатов активная фаза может занимать доли секунды, а за это время можно получить лишь интегральную оценку уровня вибрации в полосе частот и величины потребляемого тока. В крупных агрегатах активная фаза переходного процесса (пуска или изменения нагрузки) затягивается на несколько секунд. В этом случае для контроля состояния в полной мере используются возможности мониторинга по широкополосным спектрам вибрации, включая построение трендов по данным непрерывных измерений и их сравнение с эталонами, занесенными в память системы во время предыдущих переходных процессов.

В процессе стабилизации частоты вращения появляется возможность измерения узкополосных спектров вибрации и тока, но при условии независимого контроля частоты вращения агрегата с синхронизацией по ней (переоцифровкой) входных сигналов. Поскольку процессы переоцифровки с последующим накоплением синхронных спектров дают существенную задержку при принятии решений, в разрабатываемой системе анализируются асинхронные спектры вибрации и тока, но измеряемые без усреднений, с использованием расширенных алгоритмов обработки данных.

Параллельный мониторинг состояния всех механизмов, охватываемых разрабатываемой бортовой системой, производится по всем контролируемым параметрам вибрации и тока с параллельным построением трех трендов по накапливаемой информации - за время порядка 6 секунд, 6 минут и 6 часов, по которым прогнозируется изменение состояния на разные интервалы времени. Такой подход позволяет выявлять достаточно быстрые изменения состояния механизмов при выходе в опасный режим работы из-за ошибок управления, а при возвращении механизмов в типовой режим работы - оценивать по трендам «приработки» последствия работы каждого механизма в опасном режиме.

При таком подходе к мониторингу состояния механизмов по вибрации и току двигателя необходимо постоянно адаптировать пороги обнаружения изменения состояния, которое может происходить с разной скоростью и разным знаком. Для решения этой задачи вся получаемая информация (контролируемые параметры и скорости их изменения) накапливаются в нескольких последовательных скользящих накопителях с прореживанием данных после каждого из них. В каждом из накопителей устанавливаются пороги, периодически адаптируемые по данным, собранным в следующем (по длительности накопления) накопителе. Для такой адаптации используются не все накапливаемые данные, а только те, которые получены в установившихся и медленно изменяющихся режимах работы механизма, при условии отсутствия идентифицированных по данным диагностики развитых дефектов.

Еще одна группа технических решений используется для мониторинга состояния механизма в начальной фазе переходного процесса, особенно при его пуске. На время короткого пуска используется простейшее решение - увеличиваются пороги допустимого изменения контролируемых параметров на величину, устанавливаемую на этапе адаптации бортовой системы к контролируемому оборудованию. Начало пуска определяется по входящим в систему датчикам вибрации, тока или частоты вращения, установленным на контролируемый агрегат. Если начальная фаза переходного процесса превышает 5 секунд, при принятии решения по каждому из измеряемых параметров начинает учитываться наклон его тренда, при более продолжительном переходном процессе - скорость его изменения. Имеется возможность реализации и еще одной важной функции мониторинга - непрерывного сравнения одних и тех же параметров в нескольких идентичных и параллельно работающих механизмах. Такую функцию полезно реализовывать при мониторинге состояния колесных средств транспорта и в авиации, где на одном объекте используется несколько одинаковых двигателей

Поскольку значительное число отказов механизмов приходится на пусковые режимы работы с перегрузками, для пусков с активной фазой длительностью более 8 секунд предусмотрен режим запоминания пусковой кривой для каждого контролируемого параметра и дополнительное он-лайн сравнение измеряемых значений с пусковыми кривыми.

На второй и третьей фазе переходных процессов доступны для измерения узкополосные спектры вибрации механизма и тока электродвигателя, и при обнаружении признаков изменения состояния на первой фазе, на следующих фазах переходных процессов осуществляется мониторинг и по информативным гармоническим составляющим этих спектров.

Структурная схема мониторинга состояния механизмов выделена в приведенной ниже общей блок-схеме программного обеспечения бортовой системы диагностирования судовых машин (см. рисунок 1).

Блок-схема программного обеспечения для мониторинга состояния и оперативной диагностики судовых машин

Рисунок 1. Блок-схема программного обеспечения для мониторинга состояния и оперативной диагностики судовых машин.

В разрабатываемой системе мониторинга состояния и диагностики машин и механизмов предусмотрена возможность использования и параметров других процессов, протекающих в объекте контроля или в окружающей среде. Ввести эти параметры в систему можно двумя путями - как постоянную составляющую аналогового сигнала в блок анализа электрических сигналов или как числовой параметр через Ethernet непосредственно в программу мониторинга и диагностики.

Технические решения по диагностике

Задачи диагностики машин и механизмов по вторичным процессам, решаемые стационарными системами мониторинга и диагностики, можно разделить на две основные группы:

  • определение причины обнаруживаемого по результатам мониторинга изменения состояния объекта диагностики и уточнение степени его опасности, необходимое для оптимального управления объектом диагностики;
  • обнаружение зарождающихся дефектов, мониторинг и прогноз их развития, необходимое для оптимизации и планирования работ по обслуживанию и ремонту машин и механизмов.

Система мониторинга и он-лайн диагностики предназначается, в первую очередь, для решения задач первой группы.

Все основные методы решения диагностических задач по вторичным процессам (вибрация и ток) основаны на анализе поведения мощности определенных составляющих этих процессов во времени. Таких составляющих в вибрации и токе машин и механизмов может быть три вида - периодические, случайные и импульсные.

Сначала составляющие определенной физической природы выделяются из измеряемого сигнала, затем определяется их мгновенная мощность (чаще - амплитуда или СКЗ, т.е. среднеквадратичное значение), только затем проводится ее анализ (далее мощность, амплитуда или СКЗ выделенной составляющей называется параметром) во времени. Таких видов анализа несколько:

  • сравнение параметра с эталоном (порогом), построенным по ранее полученным результатам измерений контролируемого или других объектов,
  • анализ монотонных изменений параметра (трендов)
  • анализ периодических изменений параметра (модуляции)
  • анализ случайных изменений параметра (флуктуаций)
  • анализ скачкообразных изменений параметра.

Для обнаружения опасных изменений состояния в машинах и механизмах по вибрации, температуре и току с последующим прогнозом дальнейших изменений используются первые два вида анализа контролируемых параметров, они же используются и для идентификации причины обнаруживаемого изменения состояния. При обнаружении ошибок управления дополнительно используется и анализ скачкообразных изменений контролируемых параметров.

Анализ модуляции и случайных флуктуаций параметров чаще используется при мониторинге состояния по рабочим процессам, а при глубокой диагностике по вторичным процессам - для обнаружения и идентификации зарождающихся дефектов. В задачи системы диагностики в режиме он-лайн - обнаружения развитых дефектов с последующей оценкой остаточного ресурса обычно не входит поиск зарождающихся дефектов из-за сложности его автоматизации и многозначности получаемых результатов.

Если решение задачи обнаружения зарождающихся дефектов необходимо специалистам для долгосрочного планирования обслуживания и ремонта машин и механизмов, в задачи бортовой системы может включаться режим сбора предварительной информации для глубокой поузловой диагностики объектов с участием эксперта.

Исходя из изложенного, были приняты основные технические решения для построения универсальной системы он-лайн диагностики машин и механизмов, которую можно адаптировать и к средствам транспорта. В ней реализовано решение обеих задач - он-лайн автоматической диагностики опасных дефектов с прогнозом остаточного ресурса и периодического сбора отрезков измеряемых сигналов для последующей глубокой диагностики и долгосрочного прогноза состояния с использованием внешних средств анализа информации, в том числе с участием эксперта.

Диагностика он-лайн строится на основе анализа узкополосных спектров сигналов вибрации и тока, в сигнале вибрации дополнительно анализируются широкополосные спектры и импульсные высокочастотные составляющие. Предусмотрена возможность учета в результатах диагностики трендов изменения температуры и параметров рабочих процессов. Для обнаружения каждого из типовых дефектов используется несколько признаков разной физической природы, обычно не менее трех, и дефект идентифицируется не менее, чем по двум одновременно регистрируемым признакам.

Для каждого типа механизмов составляется диагностический модуль, работающий по регистрируемым превышениям контролируемыми параметрами (а их более сотни) трех видов адаптируемых (большинство - автоматически) порогов и по контролируемым трендам этих параметров. При адаптации диагностического модуля, выполняемой представителями разработчика диагностической программы, учитываются возможные режимы работы объекта диагностики, количество и расстановка датчиков контролируемых процессов

Периодичность диагностирования объекта в установившемся режиме работы - около 6 минут. В переходных процессах диагностика выполняется по факту регистрации изменения состояния программой мониторинга (диагностика по событию), время на постановку диагноза - около 6 секунд. При работе по событию возможна неполная диагностика, если в момент измерения спектров вибрации или тока изменение частоты вращения превышает разрешающую способность узкополосных спектров. Указанное время принятия решения относится к машинам и механизмам с частотой вращения узлов не менее 120 об/мин.

Для диагностики многорежимных по частоте вращения машин и механизмов выбирается два - три режима, в которых объект рассматривается как однорежимный, с частотой вращения, не выходящей за пределы 5-7% от среднего значения. Диагностика в каждом режиме работы объекта проводится независимо, диагноз и, особенно, прогноз состояния в каждом из них может отличаться.

Прогноз состояния (остаточный ресурс) для развитых дефектов проводится по трендам всех параметров, являющихся признаками дефекта, а если их несколько, по тренду дефекта с наибольшей скоростью развития. При ошибках управления, как правило, изменяется состояние нескольких объектов и идет ускоренное развитие дефектов более чем в одном объекте, что дает дополнительную возможность своевременного выявления таких ошибок

В бортовой необслуживаемой системе диагностики ее результаты выводятся на внешний монитор (мониторы) в виде мнемосхемы и текстовых сообщений, см. рисунок 2.

Структура бортовой системы диагностики машин и механизмов по их вибрации и току приводных электродвигателей с мнемосхемой, отображающей результаты мониторинга и диагностики

Рисунок 2. Структура бортовой системы диагностики машин и механизмов по их вибрации и току приводных электродвигателей с мнемосхемой, отображающей результаты мониторинга и диагностики.

При необходимости оператор может проводить и более подробный анализ накопленных системой данных. Глубина анализа во многом определяется выбором пользователем операционной системы, в которой поставляется система диагностики. В настоящее время разработка ведется для двух базовых операционных систем - QNX и Unix, в которых разрабатываются интерфейсы разной сложности.

Для глубокой диагностики и долгосрочного прогноза состояния, требующейся для ремонтных и экономических служб, система обеспечена возможностью записи отрезков сигнала непосредственно измерительных устройствах по командам программы диагностики. Накопление может вестись периодически, в установившихся режимах работы объектов через каждые 500-1000 часто наработки (интервал регулируется) и при возникновении нештатных ситуаций (событий), которые фиксируются программой мониторинга и диагностики. Наработка объекта определяется в системе диагностики путем регистрации пусков и остановок по датчику оборотов или вибрации (тока). Стабильность режима работы контролируется по узкополосному спектру вибрации (тока). Снять накопленную информацию из измерительных устройств можно по той же измерительной сети Ethernet в специальную программу, прервав на это время процесс измерения в том из устройств, с которого снимается информация.

Перспективы развития

На первых этапах развития стационарных систем мониторинга состояния и оперативной диагностики ведется подготовка к выпуску двух ее видов. Это простейшая системы для однорежимных по частоте вращения механизмов роторного типа и судовая бортовая система. В бортовой системе сложным для диагностики агрегатом является многорежимная гребная установка с турбоприводом и планетарным редуктором, для которой разработана специальная методика диагностики планетарного редуктора.

Бортовые системы мониторинга состояния и диагностики для каждого вида транспорта должны иметь свои специфические особенности, влияющие на все аспекты ее создания и эксплуатации, из-за чего и введены ограничения на первый этап разработок.

Так, бортовая система диагностики автомобильного транспорта, во-первых, должна иметь минимальную стоимость, а, во-вторых, должна строиться с привлечением средств измерения рабочих процессов, так как достоверную диагностику двигателей внутреннего сгорания только по вторичным процессам выполнить практически невозможно. Поэтому для транспортных средств целесообразно разрабатывать (совместно с разработчиком автомобиля) встроенные системы сбора информации для диагностики, выполняемой при проведении обслуживания. Исключение могут составить средства автотранспорта новых поколений, на основе генераторов электроэнергии и электрических силовых приводов колес, для которых можно создавать средства он-лайн диагностики.

Свою специфику должны иметь и бортовые системы железнодорожного транспорта, применимость которых также ограничена их стоимостью. Отмеченная специфика связана с необходимостью выполнять диагностику в условиях высоких помех, в частности, высокой вибрации колесных пар, возбуждаемой в точках контакта колес с рельсами при движении подвижного состава. Для успешного диагностирования ходовой части подвижного состава с помощью стационарных систем необходимо применять специальные меры по исключению влияния этих помех за счет того, что колесных пар, проходящих одни и те же точки контакта с рельсовым путем не одна, а несколько. В тепловозах нужно обеспечивать и диагностику дизелей, которую, как уже отмечалось, без измерения параметров рабочих процессов с высокой достоверностью выполнить крайне сложно.

Специфика диагностики авиационного транспорта определяется не только сложностью авиационных двигателей и, по этой причине, сложностью автоматизации процессов диагностирования. Есть еще и проблемы установки датчиков вибрации (и температуры) на все опоры вращения, минимизации количества датчиков вторичных процессов, массо-габаритных показателей системы. Учитывая сказанное и относительно небольшое время полета, целесообразно перенести решение задач диагностики на специалистов по обслуживанию авиационного транспорта, стационарно устанавливая на двигатели (в доступных местах) датчики вибрации и средства записи сигналов для дальнейшей диагностики при проведении межполетного обслуживания. При этом во время полета целесообразно использовать только простейшую систему мониторинга вибрации, обеспечивающую всего две функции - аварийную сигнализацию по уровню вибрации и управление процессами записи сигналов по событиям.

Сказанное поясняет выбор направлений развития стационарных систем, по которому идет ограниченный по ресурсам коллектив разработчиков. Но расширение направлений он-лайн диагностики и глубокой диагностики по записанным в установившихся и переходных режимах работы машин и механизмов вторичным процессам вполне возможно с привлечением сторонних предприятий. За основу для такого расширения можно использовать разработанные Ассоциацией ВАСТ контроллеры для непрерывного измерения и анализа вторичных процессов, а также записи их отрезков. А необходимые модификации модулей оперативной диагностики для программы он-лайн мониторинга и диагностики могли бы выполнять разработчики этой программы.

Выводы

1. Развитие диагностики машин и механизмов достигло уровня, при котором бортовыми системами он-лайн мониторинга и диагностики могут оснащаться большинство эксплуатируемых машин и механизмов.

2. В финальной стадии на предприятиях Ассоциации ВАСТ находится разработка основных элементов таких систем - многоканальных контроллеров для непрерывного измерения и анализа вторичных процессов и программы он-лайн мониторинга и диагностики.

3. Разрабатываемые Ассоциацией он-лайн системы рассчитаны на автоматическое обнаружение опасных ошибок управления и развитых дефектов, их мониторинг и прогноз остаточного ресурса, но в них заложена и возможность сбора информации для последующей глубокой диагностики в целях оптимизации работ по обслуживанию и ремонту машин и механизмов.

4. Ограниченные ресурсы разработчиков Ассоциации не позволяют одновременно вести работы по всем направлениям развития бортовых он-лайн систем мониторинга и диагностики, однако разработанные элементы системы являются основой для объединения усилий с другими разработчиками, с сохранением за предприятиями Ассоциации только вопросов модернизации диагностических модулей и программ.