УСТРОЙСТВО МОНИТОРИНГА СУДОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для комплексного мониторинга и прогнозирования состояния судового электрооборудования на судах с особыми требованиями к малошумности хода, в частности на научно-исследовательском судне, изучающем миграцию рыбных косяков.
Устройство мониторинга судового электрооборудования включает автоматизированное рабочее место, сервер, выполненный с возможностью прогнозирования состояния контролируемого электрооборудования и выдачи рекомендаций по проведению технического обслуживания электрооборудования для корректировки его технического состояния и уменьшения виброактивности и по изменению текущей схемы работы электрооборудования с целью уменьшения шумности хода, оборудование локальной сети передачи данных, контроллеры первичной обработки информации с датчиков, выполненные с возможностью цифровой обработки сигналов по алгоритмам вибрационной диагностики и спектрального анализа и передачи данных в локальную сеть, датчики вибрации (акселерометры) и датчики напряжения и тока и блоки усиления и согласования сигналов датчиков с оборудованием контроллеров первичной обработки информации.
Из предшествующего уровня техники известно устройство для контроля состояния судовых технических средств, содержащее датчики параметров, блоки согласования, блоки сравнения, блоки отображения, блок цифрового измерения блок обработки служебных сигналов, блок формирования управляющих сигналов, генератор сигналов, генератор сигналов настройки, регулятор сигналов настройки, коммутатор, усилитель, индикатор, преобразователь аналог-код, шифратор, индикатор уровня, регулятор уставки, схему сравнения, измерительный элемент, элемент задержки, узел управления (SU 783801 (A1), G05B 23/02 (IPC1-7): G06F 15/46, 22.01.1979).
Недостатком известного устройства является высокое количество линий связи (в устройстве не используются известные локальные сети), низкое для современного уровня развития техники использование интегральных средств, отсутствие микропроцессорной обработки данных, отсутствие анализа вибрационных характеристик электрооборудования и качества электрической энергии, отсутствие прогноза технического состояния судовых технических средств.
Известна структурированная система мониторинга и управления инженерным оборудованием объекта, содержащая центральный вычислительный модуль с устройством ввода-вывода, с которым по каналам информационной сети связаны датчики контроля, и/или измерения, и/или управления и устройства управления узлами и агрегатами инженерного оборудования здания. Система снабжена контроллерами, подключенными по схеме "звезда" или по схеме шин к устройству ввода-вывода центрального вычислительного модуля. А к каждому контроллеру последовательно подключены модули удаленного ввода-вывода, к каждому из которых подсоединен соответствующий датчик или устройство управления (RU 2133490 C1, G05B 15/00, G05B 23/00, 21.09.1998).
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемой полезной модели.
Существенными недостатками данной системы мониторинга являются отсутствие мониторинга вибрационных параметров существующего в схеме электромеханического оборудования, являющихся комплексным показателем технического состояния механических составляющих оборудования, отсутствие в системе мониторинга качества электрической энергии, которое непосредственным образом влияет на работу электромеханического оборудования, отсутствие прогноза технического состояния оборудования и оценки уровней шума, создаваемого работающим оборудованием.
Технической задачей настоящей полезной модели является устранение вышеуказанных недостатков.
Технический результат обеспечивается тем, что устройство мониторинга судового электрооборудования включает автоматизированное рабочее место, сервер, выполненный с возможностью прогнозирования состояния контролируемого электрооборудования и выдачи рекомендаций по проведению технического обслуживания электрооборудования для корректировки его технического состояния, уменьшения виброактивности и по изменению текущей схемы работы электрооборудования с целью уменьшения шумности хода, оборудование локальной сети передачи данных, контроллеры первичной обработки информации с датчиков, выполненные с возможностью цифровой обработки сигналов по алгоритмам вибрационной диагностики и спектрального анализа и передачи данных в локальную сеть, датчики вибрации (акселерометры или лазерные датчики виброперемещения), датчики напряжения и тока и блоки усиления и согласования сигналов датчиков с оборудованием контроллеров первичной обработки информации.
Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, заключается в повышении производительности системы, обеспечении надежной оценки текущего технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса элементов судового электрооборудования и темпов изменения шумности хода, обеспечение, вследствие наличия прогноза, возможности снижения шумности хода судна за счет изменения режимов работы электроприводов основного хода и маневровых приводов, а также за счет изменения схемы их питания и изменения режимов работы шумящего оборудования.
Техническая сущность полезной модели поясняется иллюстрацией (фиг.), на которой в виде схемы отображена работа настоящей системы на примере электрооборудования исследовательского ихтиологического судна. Данное судно ввиду особых требований к малошумности хода обеспечено электроприводами ведущего и маневровых движителей (винтов), электрическая энергия для которых вырабатывается дизельными генераторами.
Представленное устройство в частности обеспечивает вибрационный мониторинг и мониторинг технического состояния электрооборудования по качеству вырабатываемой и/или потребляемой электрической энергии. Датчики вибрации (1) (ИВД3Ц-3, ООО «Прософт-Системы»; ТХ5638, фирмы Trolex; АР98, ЗАО "Электронные технологии и метрологические системы"), размещаемые на корпусах электроприводов и генераторов, обеспечивают контроль вибрации валов и подшипниковых групп. Датчики напряжения (DVL 2000/SP5, LEM S.A) и тока (LT 4000-S, LEM S.A) (2), размещаемые на выходе управляемых полупроводниковых преобразователей рода тока и на выходе генераторов питающего напряжения, обеспечивают контроль мгновенных значений и формы постоянного напряжения и тока, потребляемого приводами, а также генерируемого переменного напряжения и тока, потребляемого электрооборудованием судна.
Блок первичного преобразования и обработки сигналов (5) выполнен с возможностью сбора данных и обработки их по алгоритмам вибрационной диагностики и анализа качества напряжения и тока. Он может быть построен как на базе существующих анализаторов спектра, например: ZET 017-U8 ЗАО "Электронные технологии и метрологические системы", - так и на базе современных DSP-контроллеров или ПЛИС. Объединение функций предварительной обработки вибрационных сигналов и анализа качества электрической энергии в одном блоке является оправданным ввиду универсальности применяемых при обработке электрических и вибрационных сигналов алгоритмов: временная выборка, векторный анализ, быстрое преобразование Фурье, выделение огибающей сигнала, применение обуживающих окон и других алгоритмов цифровой обработки сигналов.
Полученные в ходе анализа интегральные показатели вибрации оборудования и качества электрической энергии передаются через локальную сеть (Ethernet) (6), выполненную для улучшения электромагнитной совместимости на основе оптоволоконного кабеля, в сервер (7), который представляет собой аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий сбор и накопление информации, получаемой от блоков первичного преобразования, обработку сигналов, исполнение алгоритмов обработки данных с возможностью прогноза будущего технического состояния отдельных объектов электрооборудования (на базе классических методов инженерного прогнозирования, нейросетевых структур или моделей с настраиваемыми параметрами) и выдачи на автоматизированное рабочее место рекомендаций по проведению технического обслуживания электрооборудования для корректировки его технического состояния, уменьшения виброактивности и шумности посредством автоматического мониторинга и анализа математических моделей элементов судового электрооборудования, уточняемых в процессе функционирования, а также предоставление доступа пользователям системы к накопленной информации.
Автоматизированное рабочее место (9), которое может быть размещено у пульта управления оборудованием судна может быть оснащено персональной либо промышленной ЭВМ с устройством цветного мнемонического отображения информации (8) о текущем и прогнозируемом состоянии электрооборудования и его виброшумовых характеристик и рекомендаций по изменению схемы работы элементов электрооборудования для достижения меньшей виброактивности и шумности хода.
Настоящее устройство работает следующим образом.
В процессе эксплуатации электротехнического судового оборудования (оборудование приводов, преобразователей, генераторов, кабелей) происходит изменение его технологических параметров, обусловленных старением и износом механических элементов, изменением параметров конденсаторов сглаживающих фильтров, старением изоляции кабелей и т.п., что сказывается на качестве его работы (изменение вибрационных и электрических показателей). При этом датчики измерения абсолютной и относительной вибрации (1) преобразуют механические колебания элементов электромеханических приводов и высокоскоростных генераторов в электрический сигнал, который через блок усиления и согласования сигналов (3) передается в блок первичного преобразования и обработки (5). Датчики напряжения и тока (2) на выходах полупроводниковых преобразователей и высокоскоростных генераторов также формируют сигналы, пропорциональные измеряемым величинам, и через блок усиления и согласования (4) передают их в блоки первичного преобразования и обработки (5).
Блок первичного преобразования и обработки (5), осуществляет сбор данных с ограниченного числа датчиков и обработку их для формирования спектров исследуемых сигналов, спектров огибающих, модального анализа и анализа качества питающего напряжения или потребляемого тока.
Интегральные показатели, характеризующие вибрацию и шум электромеханического оборудования судна, качество питающего это электрооборудование напряжения и потребляемого тока из блока первичного преобразования и обработки (5) через сетевое оборудование (6) поступают на сервер (7), осуществляющий системный мониторинг и прогнозирование изменения состояния оборудования. Сервер оценивает текущие значения и изменение интегральных показателей состояния электрооборудования, корреляционные связи между изменением качества работы электроприводов, полупроводниковых преобразователей и генераторов питающего напряжения, формирует отчеты о возможной причине изменения качества работы отдельных элементов системы электроснабжения и электродвижения, корректирует математические модели контролируемых процессов и, на основе текущей информации о работе системы и анализа работы моделей, формирует прогноз состояния электрооборудования на заданный пользователем интервал времени, рекомендации по увеличению надежности работы всей электроэнергетической системы судна и уменьшению шумности работы электромеханических приводов. Сформированная в сервере информация поступает на автоматизированное рабочее место (9), имеющее в своем составе блок индикации текущего состояния и прогноза в виде монитора или светодиодного экрана (8), в форме пакетов цифровых символьных и текстовых сообщений о результатах оценки состояния оборудования, его возможного состояния в ближайшем будущем и рекомендаций по изменению схемы или режимов работы электрооборудования. Компьютер автоматизированного рабочего места периодически принимает информационные пакеты сервера и отображает результаты на мнемосхеме монитора или светодиодном экране (8).
Дежурный визуально оценивает состояние объектов электрооборудования судна по информации, отображаемой на мнемосхемах монитора, и принимает решение об изменении схемы работы электрооборудования, проведении технического обслуживания или его аварийного отключения.