1.4 Засоби технічного діагностування

У силу історичних причин найбільший розвиток одержали стаціонарні системи вібраційної діагностики з певної, роками відпрацьованою структурою засобів вимірювання й аналізу вібрації. Оскільки перед цими системами ставилося завдання достовірного виявлення аварійної ситуації до того, як вона стане необоротної, питання ідентифікації дефектів на ранній стадії розвитку, з метою планування строків й обсягів ремонту для мінімізації витрат, відходив на другий план. Завданням систем вібраційної діагностики, як стаціонарних, так і переносних, на відміну від систем моніторингу, є мінімізація всіх витрат, як на саму систему і її обслуговування, так і на обслуговування й ремонт всієї групи діагностуючих машин. При такому підході “масового” діагностичного обслуговування переносні системи діагностики мають певні переваги, якщо вони з високою ймовірністю виявляють більшість дефектів, що зароджуються, і дозволяють спостерігати за їхнім розвитком. Такі системи, які можна назвати системами моніторингу розвитку дефектів, дають максимальний економічний ефект при плануванні обслуговування й ремонту машин, але можуть бути недостатньо ефективні при визначенні моменту настання аварійної ситуації, коли в машині одночасно є кілька сильних дефектів.

Різні функції систем моніторингу й діагностики можуть приводити до розходжень у їхній структурі. Але, якщо системи моніторингу часто використаються без засобів діагностики, то в системи діагностики складовою частиною звичайно входять засобу моніторингу.

Першої зі складових частин систем вібраційної діагностики є засоби виміру й аналізу сигналу вібрації. Для роторних машин основним видом аналізу сигналів є спектральний, легко реалізований за допомогою цифрового перетворення Фур'є. Для виміру й аналізу крім датчиків вібрації використаються або цифрові прилади (аналізатори спектра), або комп'ютери, але в останньому випадку вони комплектуються додатковими пристроями узгодження з датчиками й перетворення сигналу в цифрову форму.

Pисунок 1.6 – Портативні системи моніторингу й діагностики - на основі цифрового приладу для вимірювання й аналізу вібрації, а також на основі персонального комп'ютера з відповідними пристроями у вигляді двох додаткових плат.

Іноді користувачеві доводиться встановлювати датчики вібрації в недоступні місця стаціонарно, і в таких випадках він може або вивести кабелі в доступні місця й у них вимірювати вібрацію приладом, або об'єднати ці датчики в стаціонарну систему діагностики. Структура такої системи наведена на рисунку1.7.

Рисунок 1.7 – Структура стаціонарної системи діагностики, що складає із центральної діагностичної станції - комп'ютера з пакетом програм керування, діагностики, відображення стану встаткування, блоків посилення й комутації, плат для перетворення сигналів у цифрову форму й датчиків вібрації.

Сучасна система моніторингу й діагностики містить у собі чотири складові частини:

- засоби вимірювання й аналізу сигналів;

- засоби моніторингу;

- засоби діагностики;

- засоби технічного обслуговування.

Засоби вимірювання й аналізу сигналів виконуються у двох видах, а саме, у вигляді окремого приладу, збирача даних - аналізатора, або у вигляді плат для персонального комп'ютера. Їхня загальна особливість - розширені можливості аналізу високочастотних складові вібрації, тому що саме властивості високочастотної вібрації дають максимальну діагностичну інформацію про стан контрольованого вузла. Засоби діагностики являють собою програмне забезпечення для виявлення, ідентифікації й прогнозу розвитку дефектів у кожному контрольованому вузлі машини.

2 Розробка структурної схеми технічного діагностування електричних машин на основі вібраційних параметрів

2.1 Вибір оптимального варіанту структурної схеми

В другому пункті курсової роботи розробляється структурна схема технічної діагностики. Буде розглянуто три варіанта структурних схем, порівняно їх між собою за шістьма критеріями, коротко охарактеризовано кожну та обрано оптимальну структурну схему, на основі якої буде розроблена система технічної діагностики. При виборі оптимальної структурної схеми слід враховувати кількісні та якісні характеристики кожної з них, а саме швидкодію, надійність, простоту реалізації, низьку собівартість, точність. Розглянемо першу структурну схему, яка приведена на рисунку 2.1.

Рисунок 2.1 – Перший варіант реалізації структурної схеми системи технічної діагностики електричних машин на основі вібраційних параметрів

Позначення на схемі:

- м/U – датчик вібрації, акселерометр трьохкомпонентний, призначений для вимірювання трьох взаємно перпендикулярних вектори віброприскорення, що проходять через одну точку, що знаходиться в центрі п`єзоелемента вібродатчика;

-g/U – датчик вібрації, акселерометр, призначений для вимірювання трьох параметрів вібрації: віброприскрення, вібропереміщення, віброшвидкість;

- U/F – перетворювач напруги в частоту;

- MX – мультиплексор;

- – тригер Шмітта;

- MCU – мікроконтролер;

- USART/RS232 – інтерфейс обміну даними;

- PC – персональний комп’ютер.

Принцип роботи наступний: по п’яти каналам проводяться вимірювання п’яти різних параметрів складного сигналу. На виходах цих каналів після вимірювання утворюється аналогові величини, які потім перетворюються з напруги в частоту і потрапляють на тригер Шмітта. Тригер Шмітта дозволяє реалізувати необхідний гістерезіс, який визначається номіналами резисторів, і також має високу завадостійкість і вхідний опір. Після цього отриманий код потрапляє на мультиплексор. Інформація з мультиплексора знімається мікропроцесором і за допомогою інтерфейсу обміну даних передається на ПК.

У ПК знаходиться база знань (БЗ), з якою порівнюються результати вимірювань. На основі цього порівняння робиться висновок про місце та причину виникнення несправностей, якщо вона є. У випадку, коли несправність виявлена, але її параметрів немає в базі знань, існує можливість введення до БЗ інформації про цю несправність. Результати технічного діагностування виводяться за допомогою засобів відображення (принтер). Окрім того до ПК входять периферійні пристрої, такі як клавіатура для введення інформації про нові несправності та ін.

Дана система є високоточною у вимірюваннях, тому найбільш важливим показником являється точність виміряних показань. Також не слід забувати про собівартість даного продукту.

Друга структурна схема має наступний вигляд (рисунок 2.2):

Рисунок 2.2 – Другий варіант реалізації структурної схеми системи технічної діагностики електричних машин на основі вібраційних параметрів

Позначення на схемі:

- м/U - датчик вібрації, акселерометр трьохкомпонентний, призначений для вимірювання трьох взаємно перпендикулярних вектори віброприскорення, що проходять через одну точку, що знаходиться в центрі п`єзоелемента вібродатчика;

- g/U– датчик вібрації, акселерометр, призначений для вимірювання трьох параметрів вібрації: віброприскрення, вібропереміщення, віброшвидкість;

- MX– мультиплексор;

- – АЦП;

- MCU – мікроконтролер;

- USART/RS232 – інтерфейс обміну даними;

- PC – персональний комп’ютер.

Принцип дії полягає в наступному: по п’яти каналам проводяться вимірювання п’яти різних параметрів складного сигналу. На виході яких після вимірювання утворюється аналогова величина, яка подається на мультиплексор і поступає на АЦП. АЦП перетворює аналогову величину в цифровий код, після цього мікропроцесор зчитує інформацію і за допомогою інтерфейсу обміну даних передає до персонального комп’ютера. Мікропроцесор також у відповідності до показань датчиків керує пристроями регулювання віброприскрення, вібропереміщення, віброшвидкості.

Третя структурна схема приведена на рисунку 2.3.

Рисунок 2.3 – Третій варіант реалізації структурної схеми системи технічної діагностики електричних машин на основі вібраційних параметрів

Позначення на схемі:

- м/U - датчик вібрації, акселерометр трьохкомпонентний, призначений для вимірювання трьох взаємно перпендикулярних вектори віброприскорення, що проходять через одну точку, що знаходиться в центрі п`єзоелемента вібродатчика;

- g/U– датчик вібрації, акселерометр, призначений для вимірювання трьох параметрів вібрації: віброприскрення, вібропереміщення, віброшвидкість;

- – АЦП;

- MCU – мікроконтролер;

- I - інтерфейс;

- PC – персональний комп’ютер.

Принцип дії третьої структурної схеми зводиться до того, що існують п’ять каналів за допомогою яких проводяться вимірювання п’яти різних параметрів складного сигналу. Після цього відбувається перетворення аналогового вхідного параметру у цифровий вихідний код, все це робиться за допомогою відповідних АЦП. Вихідні цифрові коди АЦП потрапляють на шину обміну даних, звідки вони зчитується, коли потрібно, мікроконтролером. Після цього код потрапляє на персональний комп’ютер через інтерфейс обміну даними.

Для того, щоб порівняти вище наведені структурні схеми занесемо основні параметри системи до таблиці і порівняємо (таблиця 2.1).

Таблиця 2.1 – Порівняння структурних схем

Параметри	Схема №1	Схема № 2	Схема № 3	Ідеальна схема
Швидкодія	1	0	1	1
Надійність	1	1	1	1
Складність схеми	0	1	0	1
Собівартість	0	1	0	1
Точність	1	1	1	1
Габаритність	0	1	0	1
Σ	3	5	3	6

Обчислимо узагальнений коефіцієнт якості, який знаходиться за наступною формулою:

. (2.1)

Узагальнений критерій якості першої схеми:

.

Узагальнений критерій якості другої схеми:

.

Узагальнений критерій якості третьої схеми:

.

Як бачимо, критерій якості другої схеми більший, ніж для інших структурних схем. Виходячи з цих розрахунків можна зробити висновок, що для поставленої нами задачі більше підходить структурна схема, представлена на рисунку 2.2.

Отже, ми запропонували оптимальний варіант структурної схеми. Використаємо цю схему для побудови електричної принципової схеми системи, що розробляється.