Модуль E20-10 в вибродиагностической системе ПУЛЬС

Внедрение: 2016 г.

В Физико-механическом институте им. Г.В. Карпенко НАН Украины в лаборатории вибродиагностики создана мобильная вибродиагностическая система ПУЛЬС [1]. Она предназначена для отбора и обработки вибрационных сигналов вращающихся механизмов с целью выявления и предупреждения дефектов на ранних стадиях их зарождения, для предупреждения аварийных ситуаций на турбогенераторах, нефтеперекачивающих станциях, бурильных установках, для диагностики тел вращения, электродвигателей, газоперекачивающих агрегатов, портальных кранов, электрогенерирующих установок (высоковольтные трансформаторы в том числе) и т.п.

Структурная схема вибрационной диагностической системы ПУЛЬС показана на рисунке 1. Система состоит из следующих основных узлов: дифференциальных усилителей сигнала для работы как с электронными, так и пьезокерамическими датчиками виброускорения; фазолинейных фильтров 8‑го порядка; схемы управления частоты среза фильтров низких частот; быстродействующего АЦП Е20‑10; канала синхронизации отбора сигналов; модуля регулятора температуры; блока питания и персонального компьютера (ПК).

Рисунок 1. Структурная схема вибрационной диагностической системы ПУЛЬС. Примеч. от L‑Card: судя по всему, функциональная схема E20‑10 (выделенная пунктиром) взята из документа «Модуль E20‑10 (USB 2.0). Руководство пользователя». 

Для согласования пьезокерамических датчиков виброускорения используются преобразователь заряда, построенный на специализированной интегральной микросхеме фирмы Analog Devices типа AD745. С целью расширения функциональных возможностей, а также использования разработанных электронных датчиков виброускорения на базе сенсора ADXL001, хорошо зарекомендовавших себя в работе в реальных условиях, дополнительно введена схема согласования сигнала упомянутого сенсора с АЦП. На рисунках 2 и 3 показан внешний вид и конструкция системы ПУЛЬС.

Рисунок 2. Система ПУЛЬС, внешний вид [3].

Рисунок 3. Система ПУЛЬС, внутренняя конструкция [3].

В качестве датчика виброускорения выбран пьезокерамический акселерометр типа АВС117, собственная резонансная частота которого находится в пределах 100 кГц. Основой системы является быстродействующий модуль АЦП E20‑10 с интерфейсом USB2.0. 

По найденным данным [2] система ПУЛЬС была внедрена на следующих промышленных объектах:

• на Бурштынской ТЭС (диагностика турбогенераторов ТГВ‑200 и установления причин повышенной вибрации, г. Бурштын);
• в Одесском торгово-морском порту (диагностика редукторов угольных конвейеров, г. Одесса);
• в Морском торговом порту “Южный” (диагностика редукторов портальных кранов, Одесская обл., г. Южное);
• в Экспертно-диагностическом центре ДИАЛАБ (работы по установлению технического состояния портальных кранов, г. Одесса);
• в ООО “ПортТехЕксперт” (работы по установлению технического состояния подшипниковых узлов электродвигателей угольного конвейера, Одесская обл.).

Готовность системы ПУЛЬС – 100 %. Патенты Украины: №99358 Устройство для вибрационной диагностики; №102759 Вибрационная диагностическая система [2].

Выводы [1]:

• Разработана новая многоканальная переносная вибродиагностическая система ПУЛЬС с управляемыми частотными характеристиками. Благодаря использованию быстродействующего АЦП E20‑10 при соответствующих датчиках система дает возможность регистрировать сигналы с частотой до 5 МГц при одноканальном, 2,5 МГц – при двухканальном и 1,25 МГц – при четырехканальном вариантах сбора вибрационных сигналов. Система может осуществить предварительную обработку вибрационных сигналов в реальном времени с возможностью хранения их для дальнейшей обработки.
• Создано алгоритмическое обеспечение для взаимокорреляционного и взаимоспектрального анализа периодически нестационарных вибрационных сигналов, в том числе для вычисления введенных функций когерентности двух типов. Первая из них – характеристика связанности свойств нестационарности сигналов, она определяет корреляцию гармонических составляющих сигналов. Вторая – характеризует корреляционные связи между случайными процессами, которые модулируют основные гармонические составляющие сигналов, что дает возможность более детально проанализировать структуру этой связности. Обе функции когерентности являются инвариантами относительно линейных преобразований. Поскольку появление дефектов сопровождается нелинейными эффектами, то эти величины целесообразно использовать при разделении источников дефектов, а их частотные зависимости – для установки их типов.
• С использованием покомпонентной функции когерентности проведен анализ дефектов, возникающих в подшипниковых узлах промышленного оборудования на предприятиях Украины.

Примеч. от L-Card: С учётом ранее публиковавшейся статьи о вибрационно-диагностической системе ВЕКТОР этих же авторов мы прослеживаем серьёзное развитие вибродиагностических систем с применением различных внешних (по отношению к ПК) АЦП L-Card в качестве встраиваемых модулей. 

Источники:

1. Яворський І.М., Юзефович Р.М., Кравець І.Б., Мацько І.Й., Стецько І.Г. Розробка вібродіагностичної системи для визначення дефектів промислового обладнання з використанням методів нестаціонарної статистичної обробки вібраційних та акустичних коливань // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. – 2015. – № 4. – С. 36‑41.
2. Вібродіагностична система ПУЛЬС: [Електронний ресурс] // Каталог розробок Фізико-механічного інституту ім Г.В. Карпенка НАН України. Інноваційні технології & обладнання. – Львів. – 2016. – URL: http://www.ipm.lviv.ua/katalog.PDF. (Дата обращения: 17.11.2018).
3. Юзефович Р.М. Моделювання та статистичний аналіз взаємопов’язаних періодично нестаціонарних вібраційних сигналів для виявлення дефектів механізмів: дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук. – Львів. – 2017. – 414 с.

Разработчик: Яворский И.Н., Юзефович Р.М., Стецько И.Г. (Физико-механический институт им. Г.В. Карпенко НАН Украины, г. Львов)