УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Предложенное техническое решение относится к области электротехники, а именно к диагностике механизмов и систем с электрическим приводом и может быть использовано в автоматизированных электроприводах переменного тока.
8
Известно техническое решение (патент РФ №2414048, МПК H02P 7/292, G05B 11/01, опубл. 10.03.2011. Способ автоматического управления параметрами электромеханической системы и устройство для его осуществления). Устройство автоматического управления параметрами электромеханической системы (ЭМС), содержит тиристорный преобразователь, через датчик тока соединенный с двигателем постоянного тока, который механически связан с датчиком скорости и с исполнительным механизмом, задатчик интенсивности, выход которого подключен к неинвертирующему входу сумматора, инвертирующий вход сумматора соединен с электрическим выходом датчика скорости, второй вход суммирующего усилителя через первый усилитель соединен с электрическим выходом датчика скорости, третий вход суммирующего усилителя через второй усилитель соединен с информационным выходом датчика тока, выход суммирующего усилителя подключен к управляющему входу тиристорного преобразователя, а информационный выход датчика тока через нелинейный элемент контура токовой отсечки и линейный элемент контура токовой отсечки подключен к инвертирующему входу суммирующего усилителя, в него введены релейный блок, блок организации нуля и интегратор, причем выход сумматора через релейный блок и интегратор подключен к первому входу суммирующего усилителя, выход нелинейного элемента подключен к управляющему входу релейного блока, а к входу сброса релейного блока подключен блок организации нуля.
Недостатком известного технического решения является низкая динамическая точность системы и ограниченность видов диагностируемых неисправностей.
8
Наиболее близким техническим решением является (патент РФ №2431152, МПК G01R 31/34, опубл. 10.10.2011) Способ диагностики механизмов и систем с электрическим приводом, в котором устройство для реализации способа состоит из блока управления связанного с машинным агрегатом, выход которых связан с датчиками тока и напряжения, связанного с персональным компьютером со специальным программным обеспечением.
Недостатком наиболее близкого технического решения является невысокая достоверность и точность диагностирования систем контроля технического состояния, сложность необходимых измерений,
Задачей предложенного технического решения является повышение достоверности и точности диагностирования систем контроля технического состояния и упрощение необходимых измерений.
Поставленная задача решается таким образом, что в устройстве диагностирования технического состояния электромеханических систем, содержащем блок управления электродвигателя, машинный агрегат, датчики тока и напряжения, преобразователь, компьютер со специальной программой, блок управления электродвигателя и машинный агрегат объединены в блок электромеханической системы (ЭМС), преобразователь выполнен в виде согласующего устройства, дополнительно введены датчики температуры, шума, вибрации и частоты вращения двигателя, аппаратура синхронизации, канал связи и устройство формирования группового сигнала контроля технического состояния ЭМС, состоящее из последовательно связанных коммутатора и модулятора, причем выходы электромеханической системы связаны с входами всех датчиков, выходы которых связаны с входами согласующего устройства, выходы которого связаны с входами устройства формирования группового сигнала контроля технического состояния ЭМС, выход аппаратуры синхронизации связан со вторым входом устройства формирования группового сигнала контроля технического состояния ЭМС, выход которой связан с входом компьютера со специальным программным обеспечением путем канала связи.
На Фиг. 1 представлена структурная схема устройства диагностирования технического состояния электромеханических систем.
На Фиг. 2 показаны основные наиболее часто встречающиеся неисправности асинхронного двигателя и их связь с измеряемыми параметрами для обнаружения этих неисправностей.
Устройство диагностирования технического состояния электромеханических систем содержит блок электромеханической системы - 1 с электрическим приводом и машинным агрегатом выходы которой связаны с входами блоков датчиков 2 для измерения значений фазных токов и напряжений электродвигателя, скорости вращения вала, температуры обмоток статора, уровня шума и вибрации, выходы которых связаны с входами блока согласующего устройства 3, выходы которых связаны с входами блока устройства формирования группового сигнала контроля технического состояния электромеханической системы 4, состоящего из последовательно связанных блока коммутатора 5 и блока импульсного модулятора 6, выход блока аппаратуры синхронизации 7 связан со вторым входом блока устройства формирования группового сигнала контроля технического состояния электромеханической системы 4, выход которого связан с входом персонального компьютера 9 со специальным программным обеспечением, путем блока канала связи 8.
Работает устройство диагностирования технического состояния электромеханических систем следующим образом.
Персональный компьютер 9 со специальным программным обеспечением позволяет определить следующие виды повреждений: перегрузку двигателя, обрыв фазы на выводах обмотки статора, межфазные короткие замыкания обмотки статора, режим неправильной центровки вала двигателя (несоосность валов электродвигателя и механизма), режим нарушения нормальной вентиляции двигателя, а также режимы повышения и понижения напряжения, питающего обмотку статора.
Признаки наступления того или иного аварийного режима фиксируют изменения измеряемые датчиками 2 параметров, согласно таблице, представленной на фиг. 2.
i
i
i
С помощью датчиков 2D, i=1, …6, устанавливаемых в различных точках контролируемого объекта - электромеханической системы 1 производят преобразование физических величин λ, i=1, …N подлежащих контролю в ЭМС, в электрические сигналы s, i=1, …N, которые подают на входы информационных каналов устройства формирования группового сигнала контроля технического состояния (ТС) ЭМС 4. Под групповым сигналом контроля ТС подразумевают временную последовательность отсчетов измеряемых параметров, т.е. последовательность интервалов измерений следующих друг за другом.
Между датчиками 2 и входами устройства формирования группового сигнала контроля технического состояния данных ЭМС устанавливают согласующие устройства 3, предназначенные для нормализации сигналов и согласования сопротивлений входа канала и выхода датчика. Идет преобразование различных электрических сигналов в напряжение постоянного тока, пределы изменения которого составляют строго заданную для всех величину, например от 0 до 5 В.
i
Для временного разделения каналов s, i=1, …N аппаратура синхронизации 7 вставляет временные метки в групповой сигнал ТС, т.е. осуществляет привязку каждого отсчета по каждому параметру ко времени. В пределах данных полос производят одновременную и непрерывную передачу измерительной информации.
i
Структура устройства формирователя группового сигнала контроля технического состояния 4 электромеханической системы включает в себя коммутатор 5 каналов и импульсный модулятор 6. С помощью коммутатора 5 каналов на вход импульсного модулятора 6 (кодирующего устройства) последовательно на время канального интервала подают сигналы датчиков 2λ, λ=i, …N. Здесь формируют последовательность импульсов (кодовых групп), несущих сведения о значениях измеряемых параметров. Основной задачей указанного формирователя является образование группового сигнала контроля ТС ЭМС. В состав группового сигнала добавляют синхронизирующие и другие служебные сигналы (аппаратура синхронизации), необходимые для разделения каналов при приеме и для обработки информации.
Σ
С выхода устройства формирования группового сигнала контроля технического состояния 4 ЭМС исходный входной образ S(t) передают на персональный компьютер 9, содержащий специальное авторское программное обеспечение либо по беспроводному каналу связи, либо с использованием переносных Flash-накопителей. Эти данные в автоматическом режиме распаковывают и помещают в единую базу данных ЭМС. Далее специальная программа формирует обучающую выборку, определяет состояние ЭМС как работоспособное, и выполняют обучение нейронной сети.
Процесс обучения контролируют оператором и завершают при достижении заданной величины среднеквадратичной ошибки (обычно от 1 до 4%) сети на всем объеме обучающей выборки.
После завершения процесса обучения оператору предоставляют возможность, либо повторить обучение, либо использовать уже обученную модель для распознавания, не входящих в обучающую и проверочную выборки данных, т.е. использовать распознающую модель многослойной нейронной сети для распознавания вида технического состояния ЭМС. При этом каждое выявленное ТС ЭМС представляют в бинарной форме записи, состоящей из нулей и единиц, где каждому из технических состояний соответствует свой код.
Предложенное устройство диагностирования технического состояния электромеханических систем позволило повысить достоверность и точность диагностирования систем контроля технического состояния в несколько раз и упростить необходимые измерения за счет объединения потока измеряемой информации в групповой диагностический сигнал контроля технического состояния ЭМС, применения специального программного обеспечения объекто-ориентированного на данный класс ЭМС и за счет применения дополнительных датчиков температуры, шума, вибрации и частоты вращения двигателя, позволяющих увеличить объем информации о диагностируемом объекте.