8.8.2 Приклад системи моніторингу вібрацій гідроагрегатів
Система моніторингу вібрацій є апаратно-програмним комплексом, який складається з чотирьох вимірювальних каналів вібрації (ВКВ1 – ВКВ4), підсистеми поточного моніторингу вібрації та підсистеми діагностування і прогнозування, яку наведено на рис. 8.29. Кожна з вищеназваних підсистем розташовані на окремому комп’ютері. Розглянемо складові системи детальніше.
Рисунок 8.29
При неперервному вимірюванні вібраційного процесу в об’єкті найчастіше визначають одну з таких фізичних величин, як віброзміщення (амплітуду вібрації), віброшвидкість (швидкість зміни координати) та віброприскорення (швидкість зміни віброшвидкості).
Вібросенсори ВД1, ВД2 вимірювального каналу ВКВ-1 встановлені по радіальним вертикальному і горизонтальному напрямку на турбінному підшипнику гідроагрегату, а вібросенсори ВД3, ВД4 вимірювального каналу ВКВ-2 по тим же напрямкам на опорно-упорному підшипнику. Вібросенсор ВД5 вимірювального каналу ВКВ-3 встановлено в радіально вертикальному напрямку на маслоприймачі гідроагрегату, а сенсор обертів (частоти обертання) СО закріплено біля обертового диску вала. Вібросенсори ВД6, ВД7 вимірювального каналу ВКВ-4 встановлено в радіально вертикальному напрямку на корпусах вентиляторів. Вібросенсори ВД1...ВД7 забезпечують також вимірювання вібрації по вісьовому напрямку валів обладнання.
В вібросенсорах ВД1-ВД5 в якості первинних вимірювальних перетворювачів використано інтегральні акселерометри типу ADXL 322 з діапазоном вимірювання 2g, а в вібросенсорах ВД6, ВД7 – інтегральні акселерометри типу ADXL 320 з діапазоном вимірювання 5g. Детально будова та принцип дії вібросенсора (ємнісного акселерометра) наведено в підрозділі 6.3.2.
Отже, вібросенсори кожного вимірювального каналу за допомогою своїх первинних вимірювальних перетворювачів перетворюють механічні коливання, що викликані обертанням ротора гідроагрегату (вентилятора), в функціонально з ними пов’язаними електричні сигнали, значення яких прямопропорційне рівню вібрації в двох ортогональних напрямах.
Крім вібросенсорів до складу вимірювального каналу входить агрегатний мікроконтролер, в якому здійснюється фільтрація, підсилення і аналого-цифрове перетворення отриманих з виходу сенсорів аналогових електричних сигналів. До його складу входять такі елементи;
активні фільтри на операційних підсилювачах;
аналогові мультиплексори;
підсилювач із змінним коефіцієнтом підсилення;
аналого-цифровий перетворювач;
джерело опорної напруги;
мікроконтролер;
енергонезалежна оперативна пам’ять;
приймачі-передавачі інтерфейсу RS48.;
Для виділення сигналів, що поступають від вібросенсорів, які встановлено на гідроагрегаті, використовуються фільтри нижніх частот, а для виділення сигналів, що поступають від вібросенсорів, які встановлено на двигунах вентиляторів, використовується комбінація фільтрів верхніх частот та нижніх частот. Будова та принцип дії вимірювального каналу вібрацій наведено в підрозділі п.7.15.
В результаті формуються реалізації цифрових значень вібрацій розподілених в часі з заданим кроком дискретизації, які передаються по лініям зв’язку інтерфейсу RS 485 в підсистему поточного моніторингу вібрації.
Структурна схема підсистеми поточного моніторингу наведена на рис.8.30. Основна програма підсистеми в режимі реального часу отримує вібросигнали від вимірювальних каналів (ВКВ1 – ВКВ4), виконує первинну обробку даних, здійснює операцію контрою та архівацію.
Рисунок 8.30
Максимально допустимі значення вібрацій на конструктивних елементах гідроагрегату встановлюються 160 мкм, а на конструктивних елементах вентиляторів 113 мкм.
При досягненні максимально допустимого значення вібрації з комп’ютера системи моніторингу на комп’ютер управління агрегатом передається команда на зупинку та на аварійну сигналізацію. На мнемосхемі відповідного гідроагрегату червоним кольором відображається інформація про причини подачі команди на зупинку.
Сигнал на попередження відображається на мнемосхемі жовтим кольором при перевищенні виміряних значень вібрацій на 25% від встановленого робочого значення. Такий стан агрегату супроводжується звуковою попереджувальною сигналізацією.
Основні функції архівації та збереження даних:
- формування архівної бази всієї системи моніторингу з прив’язкою до астрономічного часу;
- архівація ходу зміни в часі параметрів вібрації у вигляді тренду;
- архівація протоколів аварійних ситуацій;
- архівація протоколів передаварійних і післяаварійних ситуацій;
Архівна інформація доступна для використання в розрахункових задачах.
Формування і видача вихідної інформації:
видача даних на монітор у вигляді мнемосхеми;
подання інформації у вигляді графіків;
вікон з результатами вимірювань та допусками на значення вібрації.
Функціональні можливості мнемосхеми:
умовне графічне зображення одночасно трьох гідроагрегатів на екрані монітора;
автоматичний та ручний режими спостереження за кожним агрегатом окремо;
автоматичний режим реалізується програмно (без участі оператора) у випадку відхилення вібрацій на гідроагрегаті від норми.
В цьому режимі на екрані монітору автоматично формується мнемосхема гідроагрегату, в якому виявлено відхилення, з одночасним поданням графічної та цифрової інформації про вібрацію;
ручний режим вибирається оператором в разі необхідності з виводом аналогічної інформації про вібраційний стан конкретного гідроагрегату;
на мнемосхемі відображаються три режими роботи гідроагрегата: НОРМА, ПОПЕРЕДЖЕННЯ, ЗУПИНКА.
Крім того, допоміжна програма зі заздалегідь обумовленим інтервалом часу формує масив даних і надсилає його до підсистеми діагностування і прогнозування за допомогою процедури WinSocket.
Підсистема діагностування і прогнозування дефектів наведена на рис. 8.31.
На початку роботи підсистеми в ній формується штучна нейронна мережа. Архітектура і характеристики нейромережі мають бути визначені в результаті подальших досліджень.
Вхідними даними підсистеми діагностування і прогнозування є масив, який надходить від підсистеми моніторингу за допомогою процедури WinSocket. Він містить в собі 7 стеків значень вібросигналу, які підсистема моніторингу одержує від вібросенсорів ВД1–ВД7.
Для діагностування та прогнозування використовується заздалегідь сформована штучна нейронна мережа. Початкове навчання цієї мережі здійснюється з «вчителем», а далі можливе самонавчання.
Всі ці діагностичні та прогнозні висновки повинні відображатися інтерфейсом підсистеми, а також записуватися до архіву.
Застосування системи моніторингу дозволяє виявити на ранній стадії появу дефектів частин гідроагрегату, що обертаються, і, таким чином, своєчасно виключити виникнення аварійних ситуацій, а також зменшити капітальні витрати на проведення ремонтів. Така конфігурація архітектури побудови системи дозволить зменшити похибку вимірювального каналу вібрацій порівняно з традиційним підходом (п’єзоелектричні, електромеханічні) з 15 – 20% до 3 – 5%, суттєво зменшити масу та габаритні розміри.
Рисунок 8.31