Шрифт:

Разработка приборов и программ для вибродиагностических исследований

Вибродиагностика машин и механизмов относится к наиболее сложным диагностическим задачам, требующим большого объема предварительных исследований на этапах разработки диагностических моделей. Эти исследования должны проводиться на реальных машинах и механизмах, имеющих реальные дефекты и неисправности, не препятствующие их функционированию по назначению, а результатом исследований должна быть адаптация  существующих технологий диагностики к конкретным видам агрегатов или дальнейшее развитие таких технологий.

Подобные исследования могут проводить специалисты предприятий разработчиков средств вибродиагностики и их заказчиков, а также сторонние специалисты, имеющие доступ к объектам диагностирования и обладающие косвенной информацией о состоянии этих объектов. Такими специалистами часто являются сотрудники учебных заведений, проводящие подобные исследования на собственных стендах и стендах заинтересованных предприятий.

Главные проблемы – наличие средств измерения и детального анализа вибрации (и других диагностических сигналов) и возможность проведения таких измерений для тех объектов диагностики, которые в обозримом будущем пойдут в ремонт и могут быть продефектованы. Столкнулись с подобной проблемой и преподаватели Северо-западного учебного центра, несмотря на то, что имеют современные средства вибродиагностики. Дело в том, что эти средства достаточно узко специализированы, нацелены на автоматическую диагностику типовых дефектов в типовых серийно выпускаемых агрегатах и не всегда позволяют оперативно проводить детальные исследования вибрации и/или тока уникального оборудования.

Выполнив работу по поиску доступных средств измерения и анализа вибрации, специалисты Учебного центра выяснили, что, несмотря на огромную номенклатуру выпускаемых в мире измерительных и анализирующих систем, доступных анализаторов, обеспечивающих параллельный многоканальный и многофакторный онлайн анализ сигналов в звуковой области частот, и имеющих небольшую стоимость, нет.

По результатам поиска были составлены требования к многоканальному онлайн анализатору сигналов вибрации, основные из которых следующие:

1.       Частотный диапазон измеряемых сигналов вибрации (и тока) - 0,5Гц – 50кГц

2.       Динамический диапазон измерений – 100-120дБ

3.       Виды параллельного анализа:

  • параллельная фильтрация перекрывающимися по частоте полосовыми фильтрами,
  • широкополосный и узкополосный спектральный анализ
  • анализ формы колебаний на разных частотах (амплитудно-фазовый и взаимный спектральный анализ)
  • анализ изменений формы сигнала на выходе фильтров, а также его мощности (огибающей) во времени

4.       Анализ совокупной по всем (или группе) каналов мощности вибрации объекта в целом на разных частотах

Определено было и минимальное количество измерительных каналов такого анализатора – 4. При этом верхняя граница по количеству каналов не задавалась, в надежде, что их может быть несколько десятков.

Совместными усилиями специалистов Учебного центра и фирмы «Вибротехника» такой «виртуальный» анализатор сигналов (ВАС) был создан. Две его модификации – простейший четырехканальный и переносной 16-канальный приведены, соответственно, на рис.1 и рис.2

Виброанализатор ВАС, виброанализ, вибродиагностика, многоканальный онлайн и оффлайн анализатор  сигналов, параллельный анализ сигналов для диагностики

Рис. 1. Четырех-канальный анализатор сигналов вибрации ВАС, включающий в себя датчики вибрации и частоты вращения, один измеритель  (модуль преобразования аналоговых сигналов в цифровой поток) и компьютер с программой анализа.

 

Многоканальная система вибромониторинга, защитный мониторинг состояния оборудования,  мобильная он-лайн система диагностики, многоканальный виброанализ, диагностика роторных машин по вибрации и току

Рис.2. 16-канальный анализатор сигналов вибрации с четырьмя встроенными измерителями, компьютером с программой анализа и источником автономного питания на 10 часов работы.

 

В основе анализатора – многоканальный измеритель (измерители) различных процессов, преобразующий сигналы с датчиков в цифровой поток, передаваемый в персональный компьютер, и программа многоканального онлайн анализа сигналов.

Такого рода измерители с разным количеством входов и многоканальным аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и передачей цифрового потока в компьютер по стандартным протоколам выпускаются многими производителями. В разработанном анализаторе используются измерители, производимые предприятиями Ассоциации ВАСТ. Это 4-канальный модуль цифрового преобразования (МЦП) с передачей потока по USB или 8-канальный сетевой измеритель СИ-1 с передачей потока по локальной сети Ethernet (рис.3). Оба измерителя используют 24-разрядные АЦП, которые обеспечивают динамический диапазон анализатора не менее 100дБ, и дополнительный вход для приема сигнала синхронизации, например, с датчика оборотов. Ценовое преимущество имеет МЦП, поэтому он выбран в качестве основного измерителя.

Цифровой измеритель вибрации МЦП, виброизмерения, виброанализ, виброконотроль, вибромониторинг, вибродиагностикаСетевой измеритель вибрации СИ, виброизмерения, виброанализ, виброконотроль, вибромониторинг, вибродиагностика

Рис.3. Модуль цифрового преобразования МЦП и сетевой измеритель СИ

 

Возможности анализатора по номенклатуре параллельных онлайн видов анализа уникальны. Только спектров сигнала и спектров огибающей его компонент в каждом канале можно измерять более десятка, с количеством полос в каждом спектре до 25600. А время обновления измерений – от 1/8 секунды. Частота дискретизации сигналов в измерителе определяется его свойствами. В МЦП можно на выбор использовать частоты дискретизации сигналов  32,77; 65,54 и 131,08кГц, анализируя сигналы, соответственно, до частот в два раза ниже. Наблюдать за таким большим количеством выводимых на графики результатов онлайн анализа  практически невозможно, поэтому предусмотрена возможность задания большого количества окон с заказываемыми видами анализа и переключения окон в процессе измерения, не прерывая всех проводимых параллельно видов анализа сигналов. На рис.4. приведено одно из большой группы предварительно созданных окон, в котором в режиме онлайн отображается несколько результатов разных измерений, показывающих зависимости параметров сигналов в частотной области и во времени. Ознакомиться с работой анализатора можно в видеоролике «Виртуальный анализатор сигналов»

Многоканальный виброанализатор, параллельный виброанализ, графическое отображение результатов анализа, вибромониторинг, вибродиагностика

Рис.4. Окна графического отображения результатов многоканального онлайн анализа вибрации

 

Исследования, проводимые в рамках развития технологий вибродиагностики  вращающегося оборудования, требуют выполнения различных видов анализа, в том числе в режиме оффлайн, т.е. анализа предварительно записанных сигналов. В первую очередь это касается анализа вибрации в переходных режимах работы оборудования, в частности на пуске. Для этого в анализаторе предусмотрено два режима параллельной анализу записи первичных сигналов в память анализатора и записью результатов онлайн анализа, каждый режим записи включается независимо по команде оператора.

Записанный первичный сигнал можно повторно подать на вход анализатора с теми же заказанными видами непрерывного анализа, либо заменить их другими видами анализа. Повторный анализ записанного сигнала можно проводить и на других средствах его анализа, в том числе программой мониторинга и диагностики DREAM-5, выпускаемой Ассоциацией ВАСТ. Для этого в документации на анализатор приводится структура файлов с записанными сигналами и файлов с записанными результатами онлайн анализа.

Дальнейшую исследовательскую деятельность специалистов Учебного центра по развитию средств измерения и анализа вибрации планируется вести по следующим направлениям:

1. Обеспечение записи первичных сигналов для последующего анализа по регистрируемым анализаторами событиям, таким как скачки вибрации и появление импульсных  компонент,

2. Построение библиотеки с разными видами оффлайн анализа записанных сигналов

3. Создание модулей обработки результатов онлайн анализа для решения различных практических задач, в частности для экспертизы спектрального состава сигнала, для балансировки роторов на нестабильных частотах вращения, и других.

В настоящее время часть таких разработок уже выполнена  применительно к системе мониторинга состояния и оперативной диагностики СМД-4, но это узкоспециализированные решения, предполагающие знание конструктивных особенностей и режимов работы объектов исследования и диагностики. В рамках создания анализатора сигналов вибрации для исследований такие ограничения будут сниматься, позволяя исследователю пользоваться экспертными возможностями программы в диалоговом режиме.

Разработчики онлайн анализатора сигналов на основе выпускаемых разными фирмами многоканальных измерителей, т.е. средств оцифровки аналоговых сигналов, готовы поставлять подобную продукцию по цене от 200т.р. Программное обеспечение анализатора будет поддерживаться и обновляться по мере его развития. Учреждения, использующие анализатор в учебных целях без осуществления на его основе коммерческой деятельности, могут получить скидку на программное обеспечение до 50%.