Главная Научно-исследовательская деятельность Научно-методические разработки
Шрифт:

Научно-методические разработки

Работа в этом направлении - одна их важнейших сторон деятельности Учебного центра. Она направлена на методическую поддержку разработок предприятий Ассоциации ВАСТ, выполняемых по техническим требованиям, формируемым Учебным центром, в области мониторинга состояния и диагностики вращающегося оборудования, а также его виброналадки.

  • К основным разработкам, нуждающимся в научно-методической поддержке, относятся:
  • Переносные системы мониторинга состояния вращающегося оборудования
  • Переносные системы виброобследования агрегатов и балансировки роторов
  • Cтендовые системы контроля состояния и диагностики
  • Мобильные системы мониторинга и онлайн диагностики
  • Стационарные системы мониторинга состояния и оперативной диагностики
  • Программное обеспечение мониторинга и онлайн диагностики опасных дефектов
  • Программное обеспечение диагностики зарождающихся дефектов (для приборов)
  • Программное обеспечение для обследований и экспертной онлайн диагностики
  • Программное обеспечение для экспертной балансировки роторов

В рамках выполнения работ по формированию технических требований к средствам измерения и анализа вибрации были проведены исследования по предельным возможностям общепромышленных измерительных преобразователей вибрации и тока, а также аналого-цифровых преобразователей. Эти исследования привели специалистов Ассоциации к выводу о целесообразности перехода на стандартные технические средства измерения и анализа на основе компьютеров с операционными системами высокого уровня. В качестве таких систем были предварительно выбраны Windows, Linux и  QNX. В связи с таким выбором методических разработок по созданию средств измерения вибрации, тока и частоты вращения не проводилось.

Основные усилия специалистов были направлены на изучение проблем ускорения процессов компьютерного анализа сигналов, обработки результатов анализа с выделением диагностических параметров, мониторинга выделенных параметров, обнаружения по ним дефектов, а также прогноза остаточного ресурса агрегатов.

На первом этапе разработок исследовался комплекс проблем последовательного мониторинга и диагностики вращающегося оборудования в установившемся режиме работы, т.е. без жестких ограничений на время измерения вибрации и тока, а также на время постановки диагноза и прогноза.

На такие условия работы рассчитаны два вида портативных систем мониторинга и диагностики производства предприятий Ассоциации ВАСТ, а также экспертные программы балансировки:

  • простейшая система мониторинга состояния на основе виброметра ВТ-21 и программы мониторинга VibroM-21,
  • система мониторинга и диагностики на основе сборщика данных – виброанализатора типа СД и программы автоматизированной диагностики DREAM,
  • встроенная и внешняя программы балансировки  VBal.Lit и VBal.Pro.

Арсенал используемых видов анализа сигналов при последовательном мониторинге и диагностике невелик, главной задачей научно-методических исследований является разработка методик последовательного мониторинга и диагностики вращающегося оборудования с использованием переносных средств измерений.

В простейшей системе мониторинга разработанная методика реализована в алгоритмах, по которым построена программа VibroM-21. Кроме этого отдельными документами выпущено еще две методики:

      В автоматизированной системе мониторинга и диагностики разработанные методики реализованы в алгоритмах, по которым построена программа DREAM.

Для балансировки с помощью указанных встроенных программ дополнительно выпущена методика:

Совершенствование систем последовательного мониторинга и диагностики в стабильных режимах работы может идти, в первую очередь, по пути развития экспертной диагностики. На первом этапе такого развития расширяется номенклатура видов анализа диагностических сигналов, на втором – подключаются алгоритмы и программы экспертного выделения диагностических параметров, дополнительно используемых для оценки состояния и диагностики. В новых версиях сборщика – виброанализатора, начиная с СД-22, количество видов анализа по разработанным алгоритмам существенно выросло.

Следующий этап научно-методических разработок – получение дополнительной диагностической информации при измерениях вибрации в переходных режимах работы агрегатов, таких как пуск, выбег, скачки нагрузки. Объем доступной информации в таких режимах работы может превышать объем информации в установившихся режимах, но процесс ее получения резко усложняется. Во-первых, требуются многоканальные средства измерения и анализа вибрации, во-вторых усложняются методы онлайн и оффлайн анализа сигналов, а также алгоритмы обработки результатов измерений и, в-третьих, в переходных режимах работы агрегатов наиболее часто решения по результатам контроля вибрации и состояния должны приниматься практически мгновенно, в режиме онлайн.

Какие из основных научно-методических решений были предложены и прорабатывались на этом этапе? Основное – создание многоканального онлайн анализатора сигналов ВАС («виртуальный» анализатор сигналов), способного параллельно и без разрывов длительное время анализировать сигналы вибрации и тока. А номенклатура параллельных видов анализа должно быть исчерпывающе большой, достаточной для мгновенного обнаружения изменений контролируемых параметров, разделения их на естественные флуктуации и изменения состояния объекта с онлайн идентификацией причин обнаруживаемых изменений состояния.

Проводимые с помощью такого анализатора многолетние исследования сигналов в неустановившихся режимах работы вращающегося оборудования с использованием режимов онлайн и оффлайн анализа показали, что, во-первых, ряд дефектов проявляет себя лишь в переходных режимах работы, и потому диагностика дефектов в установившихся режимах имеет естественные ограничения на этапе их раннего обнаружения.

Во-вторых, механизмы развития и способы обнаружения типовых дефектов имеют свои особенности в пяти основных практических ситуациях:

  • на этапе приработки агрегата после изготовления (ремонта, обслуживания),
  • на этапе эксплуатации агрегатов без опасных изменений состояния в типовых режимах работы со стабильной частотой вращения,
  • при диагностике агрегатов на специальных стендах, обеспечивающих вращение агрегата в нетиповых режимах,
  • на этапе ускоренного развития опасных дефектов, когда возможен прогноз остаточного ресурса,
  • на этапе пуска агрегата после режимов работы с перегрузками, вызванными ошибками управления.

В-третьих, условия работы даже однорежимных агрегатов по их влиянию на естественные изменения номенклатуры используемых диагностических параметров, делятся, как правило, на три части:

  • собственно пуск, выбег или скачек нагрузки, как правило, короткие по времени с нестабильной частотой вращения,
  • выход на стабильный режим, в основном, с условием теплового равновесия с окружающей средой при стабильной или медленно меняющейся частоте вращения, при этом время выхода на режим доходит до нескольких часов,
  • возможные изменения внешних условий, сопровождающиеся медленными изменениями части контролируемых параметров с типовым периодом, составляющем сутки, а в некоторых ситуациях – несколько суток

Все указанные особенности развития дефектов, как в сторону увеличения, так и в сторону снижения их величины, вторые - преимущественно, в процессе приработки агрегата, а также естественные изменения контролируемых параметров на разных режимах и в разных условиях работы агрегатов должны учитываться в средствах и системах мониторинга и диагностики. Их учет не обязательно должен приводить к изменению структуры систем мониторинга, диагностики и балансировки, часто достаточно вводить коррективы только в их  программное обеспечение.

По результатам проведенных исследований специалисты Учебного центра предложили развивать четыре вида многоканальных технических средств и систем для мониторинга, диагностики и балансировки на переходных, неустановившихся и установившихся режимах работы агрегатов. Это:

  • 4-х канальный портативный сборщик данных - анализатор СД-41, готовящийся к выпуску,
  • многоканальный (от 4-х до 16 каналов и более) анализатор с использованием группы 4-х канальных измерителей, например, на базе МЦП (виртуальный анализатор сигналов),
  • мобильная система защитного мониторинга с возможностью подключения оперативной диагностики СМД-4М, с числом каналов от 4-х до 16 и, при необходимости, более,
  • автономная стационарная система мониторинга состояния и оперативной диагностики СМД-4 с неограниченным количеством измерительных каналов

Вариантов конструктивного исполнения в связи с многочисленными пожеланиями заказчиков может быть несколько, однако составляться они должны из типовых модулей, в том числе и программных.

Так, виртуальный анализатор сигналов, выполняемый на компьютере, в зависимости от его вычислительных мощностей и количества USB входов может иметь от 4 до 32 высокочастотных (до 131кГц) измерительных канала.

Для двух типов средств – сборщика СД-41 и многоканального анализатора экспертные программы устанавливаются вместе с модулем анализа на один компьютер, а мобильная и стационарная системы выполнены в сетевом варианте, при котором количество компьютеров в измерительной сети практически не ограничивается. Поэтому и экспертные программы, и программы автоматического мониторинга и диагностики в мобильных и стационарных системах могут устанавливаться на отдельные компьютеры, не перегружая измерительную сеть, так как она не загружена потоками первичных сигналов.

С конкретными решениями можно ознакомиться в других разделах сайта и публикациях.

Существенные изменения в зависимости от конкретной ситуации претерпевает программное обеспечение мониторинга состояния. Так, на пусках и при скачках нагрузки должны работать алгоритмы мониторинга, основанные на непрерывных широкополосных измерениях вибрации и тока. При выходе на установившийся тепловой режим – другие алгоритмы с привлечением  результатов узкополосного анализа сигналов, но без длительного накопления. Соответственно при выходе на стабильный режим работы агрегата – третьи, с накоплением, а также с пространственным анализом различных составляющих вибрации.

Важнейшим вопросом, которому уделяется значительное внимание, является построение порогов состояния и порогов обнаружения дефектов. Если пороги в многоканальном сборщике данных устанавливаются вручную или передаются из внешних программ, то пороги в мобильных системах и автономных стационарных должны определяться и адаптироваться непосредственно программой мониторинга и/или диагностики в процессе набора и статистической обработки результатов измерения и анализа данных. Краткое описание используемых технологий определения и адаптации порогов можно найти в публикациях сайта.

Основная особенность построения порогов на каждый измеряемый параметр вибрации и тока (а их контролируется более сотни) – разные значения порогов на время пуска, прогрева и установившейся работы, учитывающие скорости естественных изменений каждого параметра в этих режимах. Для этого в системе используются несколько разных по периодичности измерений и длительности «скользящих» накопителей, используемых для определения и адаптации порогов для каждого указанного режима работы. А идентификация режима производится автоматически по данным измерения вибрации, тока или частоты вращения агрегата.

С учетом перечисленных особенностей структура программы мониторинга и оперативной диагностики приобретает вид, приведенный на рис.1. Программа анализа сигналов является частью средств измерения и анализа (блоков анализа электрических сигналов БАЭС) и не входит в программу мониторинга и диагностики. Обмен результатами анализа с блоками БАЭС ведется по стандартным протоколам, в том числе, при необходимости, по Ethernet.

Структура программы вибромониторинга и оперативной вибродиагностики ОДА для систем диагностики СМД-4

Рис.1. Структура программы мониторинга состояния и оперативной диагностики ОДА, включающая модуль обмена данными со средствами измерения и онлайн анализа, модуль мониторинга состояния, оптимизированный под разные скорости развития дефектов, модули диагностики, базу данных, а также различные приложения, работающие в информационной сети.

 

Разрабатываемые Учебным центром методики мониторинга и диагностики для многоканальных средств измерения и анализа вибрации и тока, как правило, сразу адаптируются под разрабатываемое программное обеспечение и являются его составной частью. В некоторых случаях,  для упрощения процедур освоения методик диагностики, они выпускаются отдельными документами. Примером может считаться методика диагностирования механизмов с электроприводом по потребляемому току.

Отдельный вопрос – создание методик диагностирования по заявкам заказчика. Такая работа выполняется при наличии у заказчика базы данных с измерениями вибрации в стандартных точках контроля у большой группы одинаковых агрегатов.  Дополнительным условием является проведение у части агрегатов выборочной дефектации узлов с подозрением на дефекты. Именно по такому сценарию специалисты Учебного центра создавали совместно с предприятиями Ассоциации ВАСТ методику диагностирования колесно-моторных и колесно-редукторных блоков  локомотивов ОАО РЖД по материалам, полученным из нескольких депо в разных регионах России.

Еще один способ создания методик диагностирования по заявкам заказчиков основан на удаленном виброобследовании нескольких (от трех) одинаковых агрегатов, выполняемом совместно специалистами Учебного центра и заказчика. Для такого обследования заказчик получает во временное пользование средства для измерений вибрации и тока, периодически проводит измерения по разработанной программе обследования, и передает результаты измерений в Учебный центр. Далее по результатам разработки первой версии методики проводятся ее испытания с дефектацией подозрительных узлов и, по решению заказчика, модернизация и внедрение методики с оснащением предприятия необходимыми переносными или стационарными средствами диагностики, а также подготовкой специалистов.