Шрифт:

Системы мониторинга и диагностики серии СМД-4. Технология построения и использования. Работа СМД-4 в режиме общего мониторинга состояния

Содержание

alt

  1  2  3   4   5   6  

alt

 

Функции защиты вращающегося оборудования от возможных аварий могут выполнять средства аварийной защиты, аварийной сигнализации и мониторинга состояния. Задача аварийной защиты – гарантированно останавливать объект в начальный момент развития аварии, задача аварийной сигнализации – фиксировать момент возникновения предаварийной ситуации, а задача мониторинга состояния – заранее предупреждать о возможной аварийной ситуации и оценивать время, оставшееся до ее возникновения.

Контролируемая по стандартам вибрация работающего агрегата до частоты 1000Гц растет с развитием не каждого из опасных дефектов, но сильная зависимость ее уровня (мощности) от определенной группы дефектов позволяет зафиксировать момент предаварийного появления «цепочки» опасных дефектов, так как в любую цепочку, как правило, входит хотя бы один из этой группы. В качестве примера можно привести влияние дефектного подшипника качения на контролируемую по стандартам вибрацию агрегата, когда лишь после образования цепочки дефектов поверхностей трения в подшипнике, приводящей к деформации и разрыву сепаратора, резко растет вибрация ротора и агрегата в целом. По этой причине во многих системах аварийной защиты вращающегося оборудования используются простейшие средства обнаружения «цепочки» дефектов по вибрации в стандартной полосе частот.

Но если от системы аварийной сигнализации по вибрации требуется более раннее обнаружение предаварийной ситуации, возникает необходимость снижения вероятности как ложных тревог, так и пропуска значительной части опасных дефектов. Поэтому такие системы комплектуются еще и датчиками тока в электродвигателях, и датчиками температуры отдельных узлов. Кроме этого, дополнительно используются различные способы разделения аварийно-опасных и кратковременных скачков вибрации, см, например, предыдущий раздел.

Следующий шаг в повышении эффективности защиты вращающегося оборудования от аварий – переход на системы мониторинга состояния, прежде всего, за счет контроля не общего показателя вибрации – ее уровня (мощности), а мощности каждой из группы предварительно выделенных компонент вибрации, имеющих разную природу.

Трудности разделения сигнала вибрации, и не только низкочастотной, на отдельные компоненты в таких системах компенсируются достигаемыми результатами – появляются показатели, отвечающие за конкретные виды дефектов, и опасные изменения состояния объекта начинают обнаруживаться намного раньше возникновения предаварийного состояния. При этом контролируемые параметры вибрации могут реагировать на опасные изменения состояния задолго до скачка температуры и других физических величин, позволяя отказаться от их контроля. Но в вибрационном мониторинге состояния вращающегося оборудования без узлов возвратно-поступательного действия остаются и две важные проблемы – определение порогов состояния, которые не могут быть заданы руководящими документами, и оценка качества изоляции обмоток электрических машин, практически не влияющего на вибрационные процессы. Первая из проблем решается с СМД-4 автоматически, для решения второй чаще всего используются переносные средства испытаний и контроля изоляции в те моменты, когда производится обслуживание электро-агрегатов.

Таким образом, задачей мониторинга состояния агрегатов является формирование предупреждений об изменении технического состояния и прогноз остаточного ресурса эксплуатируемого агрегата в том случае, если обнаруженное изменение представляет опасность и достаточно быстро развивается. Конечным результатом мониторинга состояния является управление аварийной сигнализацией или работой агрегата в целом, обеспечивающее минимальные потери от прогнозируемого отказа. Наиболее информативными процессами, по параметрам которых производится мониторинг состояния агрегатов с узлами вращения, являются его вибрация, а также силовой ток приводного электродвигателя. Но в список контролируемых СМД-4 процессов и сигналов, отвечающих за состояния агрегата, по заявкам пользователей могут добавляться и другие – давление, температура, воздушный шум и т.п.

Существует два основных вида мониторинга состояния и несколько особенностей решения типовых задач мониторинга. Первый вид – общий мониторинг состояния, он не требует знания характеристик объекта мониторинга, но для его реализации необходимо знание режимов работы объекта, чтобы для каждого проводить независимый мониторинг. Второй вид мониторинга состояния – детальный мониторинг, с выделением тех параметров контролируемых процессов, которые отвечают за появление типовых видов дефектов. Он основан на учете всех необходимых особенностей конструкции объекта и условий его эксплуатации, т.е. требуемое описание конкретного объекта должно заранее вноситься в программное обеспечение СМД-4, что, при необходимости, позволяет проводить диагностику с определением вида развивающихся дефектов и уточнением их величины.

К основным особенностям мониторинга состояния по сравнению с вибрационным контролем можно отнести:

  • специальные требования к средствам измерения контролируемых процессов, ориентированные не на точность, а на повторяемость результатов измерений стабильной величины, а также на стабильность характеристик измерительных каналов во времени,
  • необходимость по накапливаемым результатам измерений определять пороги, разделяющие по каждому контролируемому параметру зоны состояния объекта с разной степенью опасности, поскольку значения этих порогов не определяются нормативной документацией,
  • необходимость адаптации пороговых значений к изменяющимся с различными скоростями внешним условиям эксплуатации объекта и средств измерений.

Кроме учета перечисленных особенностей, при работе СМД-4 и в режиме вибрационного контроля, и в режиме мониторинга состояния должны быть обеспечена одинаковое быстродействие и минимальная вероятность ошибочных решений.

Эксплуатация СМД-4 в режиме общего мониторинга состояния агрегатов с узлами вращения по вибрации лишь немного отличается от работы системы в помехоустойчивом режиме контроля вибрации, см. раздел 3. СМД-4 проводит непрерывный контроль вибрации во всем диапазоне частот от указанной ранее минимальной до максимальной, чуть ниже частоты собственного резонанса датчика вибрации. В наиболее широко используемых акселерометрах частота резонанса лежит в диапазоне 25-30кГц, и верхняя частота контролируемой вибрации выбирается равной 25600Гц. В датчиках с уменьшенным коэффициентом преобразования частота резонанса может быть выше 50кГц, и тогда верхняя частота контролируемой вибрации может быть увеличена до 51200Гц. Полосы частот, в которых контролируется величина вибрации, выбираются достаточно широкими, преимущество отдается измерению третьоктавного спектра виброускорения. Кроме третьоктавного спектра и уровня вибрации в стандартной полосе частот, которые измеряются в СМД-4 и при контроле вибрации, для общего мониторинга состояния дополнительно ведется контроль формы огибающей вибрации, выделяемой в более широких полосах на средних и высоких частотах.  Основная задача такого контроля – обнаружение импульсной вибрации от возможных ударов и оценка ее уровня. Для обнаружения импульсной вибрации используются двухоктавные фильтры, на выходе которых формируется огибающая выделенных компонент и контролируется пиковое и среднеквадратичное значения. Фильтры выбираются из следующей группы: 400-1600Гц, 1600 -6400Гц, 6400 - 25600Гц и 25600-51200Гц.

При дополнительном мониторинге состояния агрегата по току приводного электродвигателя контролируются значения третьоктавных составляющих тока в диапазоне частот 5-10000Гц, а также полная величина тока, измеряемая на выходе фильтра 25-100Гц

Все контролируемые параметры широкополосных составляющих вибрации (и тока) используются для мониторинга состояния, для чего по накапливаемым результатам их периодических измерений для каждого режима работы агрегата определяются пороги на каждый параметр. Пороги отсчитываются от среднестатистического значения параметра (базовой линии), рассчитываемого на определенном интервале времени. При контроле вибрации пороги опасности смещаются относительно базового значения на рекомендуемую специалистами величину, которая должна превышать естественный разброс значений этих параметров во всем диапазоне изменений внешних условий эксплуатации агрегата. Эта величина для уровней вибрации агрегатов на низких частотах обычно составляет для порогов «ограниченно годен», «не годен», и «отказ» соответственно 5, 10 и 15Дб относительно базовой линии, и растет с частотой контролируемой вибрации до значений в 10, 20 и 30дБ соответственно на частотах выше 10кГц.

Одним из основных условий обеспечения высокой эффективности мониторинга состояния является отсутствие неточностей при построении «базовой» линии для любого из контролируемых параметров. Для этого интервал накопления данных измерений должен быть, как минимум в 10 раз больше времени развития дефекта от среднего до сильного. А поскольку возможное время развития разных дефектов в разных режимах работы агрегата отличается на порядки, В СМД-4 параллельно и независимо проводится обнаружение изменений состояния по нескольким каналам обработки данных, с построением базовой линии за несколько минут, несколько часов, несколько суток и несколько месяцев. Соответственно эти каналы оптимизированы (адаптированы) для обнаружения дефектов с разной скоростью развития. Быстрые скорости развития характерны для дефектов, возникающих при ошибках управления или обслуживания агрегата, при перегрузках агрегата, в частности, в режимах пуска. Медленное развитие характерно для дефектов естественного износа.

Для построения базовых линий по разным интервалам накопления данных используются группы последовательных накопителей (см. рис 7)

Последовательные накопители значений каждого из контролируемых параметров в каждой точке контроля

Рис 7. Последовательные накопители значений каждого из контролируемых параметров в каждой точке контроля. Зона состояния параметра определяется и прогнозируется по трендам в каждом накопителе, пороги зон и типовые скорости обнаруживаемых ухудшений состояния снижаются в каждом следующем накопителе-

После заполнения данными любого из накопителей значений конкретного параметра данные в нем проверяются на наличие тренда развивающегося дефекта и статистически усредняются. Полученное и откорректированное с учетом наклона тренда среднее считается базовым уровнем для данного параметра и по нему определяется порог для каждого вновь поступающего в накопитель значения параметра, а полученный базовый уровень передается на вход следующего накопителя.

Для оценки степени опасности состояния после превышения порогов одним или несколькими параметрами определяется вся совокупность зарегистрированных превышений, учитывается скорость развития параметров, превысивших пороги, и их диагностическая ценность (весовой коэффициент с учетом имеющейся дополнительной информации о типовых отказах подобных агрегатов). Особое внимание уделяется обнаруживаемым в разных узлах ударным импульсам и трендам их роста на средних и высоких частотах.

Форма представления результатов общего мониторинга состояния системой СМД-4 одинаковая при решении ранее рассмотренной задачи вибрационного контроля с аварийной сигнализацией, и при мониторинге состояния агрегата по вибрации и току. Она представлена на рис.8. Отличается лишь объем доступного для визуального (графического) анализа оператором результатов выполняемых измерений.

Основное окно состояния агрегата на мониторе системы СМД-4

Рис.8. Основное окно состояния агрегата, выводимое на монитор системы СМД-4, работающей в режиме мониторинга состояния.

Основное окно состояния включает в себя три составные части. Первая (верхняя) – панель индикаторов состояния всех агрегатов, охваченных распределенной системой СМД-4. Если контролируемых агрегатов, внесенных в дерево оборудования – много, и они разбиты на группы, на индикатор выводится состояние каждой группы, которое определяется худшим по состоянию агрегатом из этой группы. Если дерево оборудования состоит из нескольких не объединенных в группы агрегатов, на панель индикаторов выводится состояние всех агрегатов.

Средняя часть окна – информационное поле, в которое выводятся мнемосхемы состояния всех агрегатов предварительно выбранной группы. Каждый агрегат имеет общий индикатор его состояния в целом, простые индикаторы состояния агрегата по точкам контроля и детальные индикаторы конкретных из измеряемых параметров.

Количество простых индикаторов на конкретном агрегате соответствует числу измерительных каналов, выполняющих измерения на этом агрегате, количество детальных индикаторов не ограничивается, оно задается при конфигурировании системы по заявке пользователя. Чаще всего на детальные индикаторы выводится информация об уровне вибрации, измеряемой по стандарту, т.е. простые индикаторы отражают техническое состояния агрегата по точкам контроля, а детальные – вибрационное состояние. Это позволяет выделить агрегаты, текущее техническое состояние которых неудовлетворительно, а их вибрация еще в норме.

Нижняя часть окна отведена под журнал событий. В журнал выводятся зарегистрированные изменения состояния каждого их агрегатов, отображенных в информационном поле, например, с помощью мнемосхемы. Отмечается время регистрации события, содержание события, имя агрегата и имя точки контроля вибрации (тока).

Для более полной информации о состоянии контролируемого агрегата достаточно нажать стрелкой мыши на его индикатор состояния, откроется окно его состояния, в котором дается более полное описание, прогноз остаточного ресурса с указанием накопителя, в котором обнаружено изменение состояния, т.е. с определением типовой скорости развития дефекта.

Для информации о виде измерений, по которым определено состояние агрегата, достаточно нажать стрелкой мыши на простой индикатор в выбранной точке контроля агрегата, открыв окно тех измерений, по которым обнаружено изменения состояния, см. рис. 9.

Окно результатов измерений на мониторе СМД-4 в выбранной точке контроля агрегата. Третьоктавный спектр и зависимость уровня выбранной составляющей от времени

 Рис.9. Окно результатов измерений в выбранной точке контроля агрегата. Третьоктавный спектр и зависимость уровня выбранной составляющей от времени

В окне измерений отображается дерево оборудования (выбранные агрегат и точка контроля), результаты измерения и анализа в выбранном накопителе, в котором обнаружены изменения состояния, и тренд конкретного из контролируемых параметров, выбираемого с помощью курсора.

Результаты общего мониторинга состояния агрегатов, не имеющих в системе СМД-4 полного описания, могут передаваться в диагностический модуль для предварительной диагностики по широкополосным измерениям. Такая диагностика дает грубую оценку причины изменения состояния и указывает на возможное место появления дефекта.

Содержание

alt

  1  2  3   4   5   6  

alt