УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МЕХАТРОННЫХ ПРИВОДОВ
DEVICE FOR DIAGNOSTICS AND EVALUATION OF TECHNICAL STATE OF MECHATRONIC DRIVES

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим измерение двух или более переменных величин, и может быть использовано в составе оборудования, содержащее мехатронные приводы. Как известно, мехатронные устройства сочетают в себе узлы точной механики с блоками электроники и компьютерными устройствами, поэтому предлагаемое техническое решение рационально использовать при диагностике мотор-редукторов, а также станков с числовым программным управлением.
Из уровня техники известно устройство диагностики электрических двигателей переменного тока и связанного с ними механического оборудования (RU 90199, МПК G01M 7/02, G01M 15/00, опубл. 27.12.2009), состоящее из корпуса с внешними разъемами для датчиков измерения вибрации, излучаемой электродвигателем по трем осям, размещенными внутри корпуса измерительным блоком с аналого-цифровым преобразователем и персональным компьютером. Корпус устройства выполнен герметичным, а аналого-цифровой преобразователь соединен с выходами датчиков через мультиплексор. Устройство производит диагностику электрического двигателя и связанного с ним механического оборудования.
Недостатком известного устройства является низкая точность выявления износа электродвигателя и связанного с ним механического оборудования, вследствие выполнения диагностики лишь посредством измерения вибрационных характеристик.
Наиболее близким аналогом заявленного технического решения может считаться микроконтроллерное устройство для диагностики изоляции обмотки асинхронного двигателя (RU 2428707, МПК G01R 31/06, опубл. 10.09.2011), содержащее источник постоянного напряжения, микроконтроллер, индикатор, ключ. При этом индикатор подключен к микроконтроллеру, вывод управления ключом также подключен к микроконтроллеру, первый вывод ключа подключен к первой клемме источника постоянного напряжения. Дополнительно к указанным конструктивным признакам устройство содержит управляемый источник опорного напряжения, делитель напряжения и индуктивность.
Недостатком устройства является низкая точность диагностики, обусловленная мониторингом только одного из важных параметров технического состояния асинхронного двигателя - дефектов изоляции обмотки, что делает невозможным использование описанного технического решения для выявления неисправностей по уровню вибраций.
Основной технической задачей, для решения которой применимо заявленное устройство, является повышение точности диагностики мехатронных приводов, за счет измерения и контроля не менее двух параметров, характеризующих их техническое состояние.
Указанная задача решена за счет того, что устройство диагностирования и оценки технического состояния мехатронных приводов содержит мехатронный модуль, включающий в себя узел точной механики с подключенными к нему электрическим двигателем и блоком управления. При этом устройство дополнительно содержит датчики сопротивления и силы тока, входы которых подключены к обмоткам электрического двигателя, а также датчики вибрации и температуры, установленные в корпусе мехатронного модуля. Выход датчика сопротивления подключен к блоку тестовой диагностики, а выходы датчиков силы тока, вибрации и температуры подключены к блоку расчета тренда и блоку функциональной диагностики. Выходы упомянутых блоков подключены к блоку расчета остаточного ресурса, выход которого подключен к блоку индикации. Блок расчета остаточного ресурса может быть выполнен на основе микропроцессорной системы, а блок индикации - на основе матричного LCD-индикатора.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым указанной совокупностью конструктивных признаков, является повышение точности диагностики мехатронных приводов, обеспечение возможности постоянного контроля состояния узлов точной механики мехатронного модуля и динамического расчета остаточного ресурса мехатронного привода, что в целом увеличивает его надежность.
Устройство поясняется чертежом, где на фигуре показана его структурная схема.
Устройство диагностирования и оценки технического состояния мехатронных приводов содержит мехатронный модуль 1, включающий в себя узел точной механики 2 с подключенными к нему электрическим двигателем 3 и блоком управления 4. При этом устройство дополнительно содержит датчики сопротивления 5 и силы тока 6, входы которых подключены к обмоткам электрического двигателя, а также датчики вибрации 7 и температуры 8, установленные в корпусе мехатронного модуля. Выход датчика сопротивления подключен к блоку тестовой диагностики 9, а выходы датчиков силы тока, вибрации и температуры подключены к блоку расчета тренда 10 и блоку функциональной диагностики 11. Выходы упомянутых блоков подключены к блоку расчета остаточного ресурса 12, выход которого подключен к блоку индикации 13.
Устройство работает следующим образом. Электрический двигатель 3, режимами работы которого управляет блок управления 4, преобразует электрическую энергию в механическую и воздействует на узел точной механики 2. Одновременно с этим датчик сопротивления 5 измеряет сопротивление обмоток электрического двигателя при отсутствии на них электрического напряжения, а датчик силы тока 6 измеряет, соответственно, силу электрического тока, протекающего через обмотки электрического двигателя при наличии на них электрического напряжения. Датчик вибрации 7, расположенный в непосредственной близости от подшипников качения, установленных на валу электрического двигателя, измеряет уровень вибраций, а датчик температуры 8 - температуры корпуса мехатронного модуля. Блок тестовой диагностики 9 определяет техническое состояние электрического двигателя на основе данных, полученных от датчика сопротивления, а блок расчета тренда 10 выполняет прогнозирование возможных изменений диагностируемых параметров на основе статистической информации, собранной за определенный временной интервал. На основе данных, полученных от датчиков 6, 7 и 8, блок функциональной диагностики 11 определяет техническое состояние мехатронного привода, а блок расчета остаточного ресурса 12 вычисляет прогнозное значение остаточного ресурса мехатронного привода на основе данных, полученных от блока тестовой диагностики и блока расчета тренда. Результаты диагностики, выполненные описанными выше блоками, выводятся на экран блока индикации. При этом в случае если полученные диагностические данные не имеют резких отклонений от установленных критических значений, то мехатронный привод продолжает работать в штатном режиме, в противном случае на экран блока индикации выводится сообщение о неисправности мехатронного привода и времени, оставшемся до предполагаемой аварии.