Режим контрольно-диагностических измерений интеллектуальной системы

Разработанная ИС будет проводить два вида измерений:

  • • контрольные - для оценки технического состояния механических узлов транспортного оборудования по общему уровню вибрации без выявления дефектов и причин их возникновения;
  • • диагностические - для выявления дефектов и причин их возникновения, оценки и прогнозирования степени развития дефектов и разработки рекомендаций по их устранению.

Как следует из действующим международным и государственным стандартами ISO 2372, ISO 3945, ГОСТ Р ИСО 10816-1-97, ГОСТ Р ИСО 10816-3-99 в качестве основных вибрационных параметров для оценки технического состояния транспортного оборудования используют общие средние квадратические значения

  • • виброскорости Vv, мм/с;
  • • виброперемещение Sv, мкм;
  • • виброускорение av, м/с .

Требования к диапазонам и погрешностям измерений параметров вибрации приведены в таблице 1.

Таблица 1

Контролируемые параметры вибрации

Контролируемый

параметр

Частотный

диапазон,

Гц

Динамический

диапазон

Погрешность

измерений

по

частоте

по

амплитуде

Виброскорость Vv, мм/с

10-1000

0,1-30 мм/с

±3%

±6%

Виброперемещение Sv, мкм

2-100

0,1-50 мкм

±3%

±10%

Виброускорение

av, м/с2

10-3000

1-20 м/с2

±3%

±6%

Измерения и регистрация контролируемых параметров вибрации должно проводиться на всех штатных точках транспортного оборудования, определяемых в зависимости от конструкции привода, например:

  • • на корпусе подшипников редуктора;
  • • на корпусе электродвигателя;
  • • на корпусе конвейера.

Пример кинематической схемы контроля приведен на рисунке 8.

Измерение параметров вибрации следует проводить в трех ортогональных проекциях: вертикальной плоскости, поперечной и осевой (совпадающей с осью вала).

Кинематическая схема контроля

Рис. 8. Кинематическая схема контроля

Вибродатчики следует располагать в соответствии с ГОСТ ИСО 10816-1-97:

  • • вертикальный - на верхней крышке подшипника, по оси вала, в средней части крышки;
  • • продольный (горизонтальный) - ниже шва горизонтального разреза крышки (в зоне "погружения" вала);
  • • осевой - в направлении оси вала, на массивном участке крышки.

В общем случае, при расположении вибродатчиков следует избегать их установки на тонкостенных участках и стыках.

Каждая из выбранных точек ясно отмечена на транспортном оборудовании и зарегистрирована в журнале (протоколе).

В качестве критериев оценки используют не только абсолютное значение вибрации, но и их изменения в процессе эксплуатации. Поскольку развитие дефекта в узлах оборудования приводит к возрастанию амплитуды отдельных гармоник, то отслеживанием поведения отдельных частотных составляющих после преобразования Фурье можно распознавать различные неисправности и следить за ходом их развития. Ударные дефекты диагностируются с помощью анализа амплитуды огибающей вибросигнала, т.е. периодическая последовательность ударных импульсов проявляется в высокочастотной области в виде амплитудной модуляции вибрационного процесса.

Вместе с тем при широкой распространенности существующие методы вибродиагностики не дают достаточно объективных и качественных инструментов для контроля за состоянием транспортного оборудования в режиме реального времени. Возможная причина несовершенства заключается в том, что, во-первых, спектральный метод анализа вибросигналов имеет недостаток, связанный со сложностью выделения низкочастотных и трендовых составляющих шумового сигнала, что напрямую сказывается на достоверности оценки состояния объекта диагностики. Кроме того, наряду со стационарной составляющей вибросигнала, присутствуют флуктуационные составляющие, имеющие резко нестационарный «взрывной» (импульсный) характер значительной амплитуды. Усредняющий характер спектрального анализа нивелирует вклад этих сигналов и уменьшает информативность диагностической информации [23].

Во-вторых, в результате диагностического обследования одного объекта формируется большое количество вибросигналов сложной формы, и определить нечто общее в структуре сигналов очень сложно [24]. Поэтому, актуальной становится задача поиска таких методов анализа вибросигналов, с помощью которых удалось бы преодолеть недостатки спектрального подхода и, таким образом, повысить надежность диагностической оценки состояния.

Возможным решением задачи повышения качества вибродиагностики является создание интеллектуальных систем на базе более совершенных, надежных и быстрых алгоритмов распознавания состояний оборудования и поиска неисправностей [34-36]. В этой связи использование технологий теории идентификационных измерений оказывается наиболее обоснованным [37], так как к особенностям ее использования можно отнести работу с исследовательскими сигналами, слабо поддающимся структурированному анализу.

В настоящее время существуют современные системы по автоматизированному сбору сигналов, который производится с помощью датчиков вибраций в ортогональных направлениях для измерения СКЗ виброскорости в диапазоне частот от 10 Гц до 1 кГц, виброперемещения и виброускорения в соответствующей полосе частот.

В результате диагностики формируются временные и спектральные характеристики вибраций в ортогональных направлениях. В частности, на рисунке 9 представлены примеры временных характеристик реальных вибросигналов на электроприводе нижнего конвейера, а на рисунке 10 - пример спектральных характеристик виброускорения.

Измерительные диагностические сигналы на электроприводе нижнего конвейера

Рис. 9. Измерительные диагностические сигналы на электроприводе нижнего конвейера: верхний ряд - характеристики виброперемещения, средний — виброскорости, нижний - виброускорения.

Как видно из рисунка 10, временные характеристики вибросигналов имеют сложную форму, содержащую стационарные и нестационарные составляющие и описать их математическими зависимостями, связывающими внутренние структуры сигналов, довольно сложно.

С другой стороны данные измерительные сигналы можно эффективно анализировать при помощи инструментов теории идентификационных измерений (ТИИС).

ТИИС - это комплекс интеллектуальных технологий (методов и компьютерных средств) идентификации, распознавания и цифровой обработки сигналов [37]. Использование отдельных достижений ТИИС позволяет положительно решать прикладные задачи, в том числе и в области медицинской и технической диагностики [38, 39].

Спектральные характеристики виброускорения на электроприводе нижнего конвейера

Рис. 10. Спектральные характеристики виброускорения на электроприводе нижнего конвейера

Содержанием ТИИС являются измерения формы - распределения мгновенных значений и вариабельности - распределения временных интервалов сигнала и его характеристик с обработкой идентификационных параметров в структуре глобальных эталонов с помощью идентификационной шкалы (рисунок 11), состоящей из тестеров идентификационных параметров (IdP-тестеры), базы данных (БД) и логического анализатора (ЛА).

IdP-тестеры преобразуют массивы входных характеристик сигналов в числа IdP (идентификационные параметры), свойства которых подчиняются принципам масштабной инвариантности, эквивалентности и согласованной упорядоченности.

Встроенная БД содержит значения идентификационных параметров и сортированные имена формы и вариабельности эталонов. В качестве эталонов могут выступать характеристики сигналов определенных состояний объекта или сигналы с известными законами распределений.

Структурная схема идентификационной шкалы

Рис. 11. Структурная схема идентификационной шкалы

Работа ЛА построена на выдаче экспертных оценок (количественных и качественных) или рекомендаций по результатам идентификационных измерений исследовательского сигнала и его характеристик, применения методов и алгоритмов сортировки и фильтрации эталонов, сравнении идентификационных параметров сигналов с эталонными значениями.

Особенностью идентификационных измерений является возможность идентификации и распознавания распространенных характеристик сигнала и его приращений: временной, спектральной, вероятностной, корреляционной, вейвлетной, а главное, лингвистической.

Методика исследования базируется на основных положениях теории идентификационных измерений. Структурная схема исследований (рисунок 12) состоит из считывателя сигналов (СС), идентификационный анализатор сигналов (ИАС), компаратор (К), база данных эталонных сигналов (БДЭС), табличный и иерархический классификаторов (ТК и ИК), а также интерпретатора. С помощью СС в компьютерный прибор вводятся измерительные вибросигналы с автоматизированных систем сбора.

Структура схема исследований

Рис. 12. Структура схема исследований

Исследуемые сигналы анализируются двумя каналами: абсолютных и относительных измерений (КАИ и КОИ). Блок ИАС измеряет несколько интегральных идентификационных параметров сигналов, с применением которых возможно построение двумерной табличной классификации (блок ТК) - при выполнении исследований не использовался.

Компаратор и БДЭС служат для измерения отклонений входных сигналов от системы из 17 эталонных сигналов с известными распределениями мгновенных значений: 2mod - двумодальное; asin - аркси- нусное; bern-1 - Бернулли, левое; bern-r - Бернулли, правое; binom - биномиальное; even - равномерное; ехр-1 - экспоненциальное, левое; ехр-г - экспоненциальное, правое; gamm - гамма; gaus - нормальное; kosh - Коши; lapl - двустороннее экспоненциальное; pois - Пуассона; rele - Рэлея; simp - треугольное; trap - трапецеидальное.

Для оценки суммарных значений отклонений, исследуемые и эталонные сигналы имели одинаковое число отсчетов. В результате анализа автоматически создается таблица средних значений отклонений от всех эталонов. Блок ИК производит сортировку эталонных сигналов по отклонениям для каждого из входных сигналов с тем, чтобы, затем, построить из имен эталонов классификационное дерево.

Структура исследовательской системы была реализована в виде компьютерного прибора в среде LabVIEW. В результате проведения исследований был получен ряд реляционных баз данных в виде таблиц в среде EXCEL результатов идентификационных измерений- представления форм временных характеристик различными параметрами. Все они являются достаточно информативными для кодирования, идентификации и распознавания вибросигналов.

Рассмотрим вариант преобразования формы временных характеристик вибросигналов в идентификационные параметры по отклонению исследуемых вибросигналов от эталонов на примере результатов, представленных в таблице 2, преобразования временных функций реальных вибросигналов двигателя при бездефектном состоянии электродвигателя нижнего конвейера. В первом столбце представлено имя файла с записью вибросигнала, включающего место (в соответствии с рисунком 8) и направление измерения, скорость вращения двигателя, СКЗ виброскорости и виброперемещения. Во втором столбце указано имя эталона внутренней базы с самым минимальным отклонением от исследуемого вибросигнала среди всех эталонов.

В интерпретаторе (рисунок 12) путем сортировки и фильтрации записей базы данных возможно построение линейной и древовидной классификации, связывающей имена файлов сигналов с диагностируемыми состояниями объектов.

Идентификационная таблица

Таблица 2

Виброиеремещение

File name

Decision

ИСС - 1В, СКЗ (скорость, 10-1000 Гц)_ 1,8 мм_с СКЗ (польз.)_ 0,72 м с2 lB.txt

fract 0,15

ИСС - 10, СКЗ (скорость, 10-1000 Гц)_ 1,49 мм_с СКЗ (польз.)_ 0,95 м с2 10.txt

rele 0,24

ИСС - 1П, СКЗ (скорость, 10-1000 Гц)_ 1,8 мм_с СКЗ (польз.)_ 1,13 м с2 in.txt

rele 0,24

ИСС - 2В, СКЗ (скорость, 10-1000 Гц)_ 2,77 мм_с СКЗ (польз.)_ 0,95 м с2 2B.txt

rele 0,21

ИСС - 20, СКЗ (скорость, 10-1000 Гц)_ 1,52 мм_с СКЗ (польз.)_ 0,87 м с2 20.txt

even 0,30

ИСС - 2П, СКЗ (скорость, 10-1000 Гц)_ 1,12 мм_с СКЗ (польз.)_ 0,72 м с2 2n.txt

trap 0,12

Виброскорость

File name

Decision

ИСС - 1В, СКЗ (скорость, 10-1000 Гц)_ 1,8 мм_с СКЗ (польз.)_ 0,72 м с2 lB.txt

fract 0,13

ИСС - 10, СКЗ (скорость, 10-1000 Гц)_ 1,49 мм_с СКЗ (польз.)_

fract 0,14

0,95 м с2 10.txt

ИСС - 1П, СКЗ (скорость, 10-1000 Гц)_ 1,8 мм_с СКЗ (польз.)_ 1,13 м с2 in.txt

rele 0,10

ИСС - 2В, СКЗ (скорость, 10-1000 Гц)_ 2,77 мм_с СКЗ (польз.)_ 0,95 м с2 2B.txt

even 0,21

ИСС - 20, СКЗ (скорость, 10-1000 Гц)_ 1,52 мм_с СКЗ (польз.)_ 0,87 м с2 20.txt

kosh 0,34

ИСС - 2П, СКЗ (скорость, 10-1000 Гц)_ 1,12 мм_с СКЗ (польз.)_ 0,72 м с2 2n.txt

trap 0,13

Виброускорение

Filename

Decision

ИСС - 1В, СКЗ (скорость, 10-1000 Гц)_ 1,8 мм_с СКЗ (польз.)_ 0,72 м с2 lB.txt

simp 0,06

ИСС - 10, СКЗ (скорость, 10-1000 Гц)_ 1,49 мм_с СКЗ (польз.)_ 0,95 м с2 10.txt

simp 0,08

ИСС - 1П, СКЗ (скорость, 10-1000 Гц)_ 1,8 мм_с СКЗ (польз.)_ 1,13 M_c2_in.txt

simp 0,05

ИСС - 2В, СКЗ (скорость, 10-1000 Гц)_ 2,77 мм_с СКЗ (польз.)_ 0,95 м с2 2B.txt

simp 0,05

ИСС - 20, СКЗ (скорость, 10-1000 Гц)_ 1,52 мм_с СКЗ (польз.)_ 0,87 м с2 20.txt

simp 0,09

ИСС - 2П, СКЗ (скорость, 10-1000 Гц)_ 1,12 мм_с СКЗ (польз.)_ 0,72 M_c2_2n.txt

simp 0,07

Разработанная система является интеллектуальным анализатором, поскольку содержит встроенную базу данных эталонов - сортированные распределения мгновенных значений, автоматически настраивающиеся на определенный объем исследуемой выборки входного сигнала.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >