Способы крепления вибродатчиков 4 страница

• Агрегат - уровень непосредственно конкретной единицы оборудования. К агрегату "привязываются" технологические параметры, оборотные, дополнительные измерительные датчики (например, датчики штатной системы контроля) и графическая схема. В каждой станции может быть описано до 255 агрегатов.

• Точка - уровень физического расположения измерительной точки на агрегате. Помимо идентификатора и описания к точке "привязывается" датчик того или иного типа и направление измерения. Отдельным видом точки является точка ручного ввода, используемая для хранения локальных данных контрольно-измерительных приборов (например, температур вкладышей подшипников).

• Замер - Описание непосредственно типа измерения, которое необходимо выполнить в данной точке. В каждой точке может быть описано до 255 замеров, выполняемых автоматически последовательно с помощью одного и того же датчика.

• Данные - Собственно те данные измерений, которые были получены при периодических обследованиях. Количество данных, хранимых для замера, не ограничено. Все данные записываются вместе с датой и временем их измерения и вместе с данными описанных для этого агрегата (модели) технологических параметров и частот вращения оборотных.

Наиболее ответственными уровнями структуры являются измерительные точки и описания замеров. В зависимости от того, насколько правильно выбраны точки на агрегате для измерений и насколько грамотно описаны параметры необходимых замеров, полностью зависит информативность получаемых данных и, следовательно, эффективность использования системы.

Рис.48

Понятие о маршрутах обследования

Для обеспечения максимальной автоматизациипроведения обследований и снижения вероятности ошибок необходимо описанную структуру БД вместе с описаниями замеров загрузить в коллектор данных. Далеко не всегда есть необходимость грузить в коллектор всю описанную структуру. Гораздо чаще надо загрузить ее часть (например, один агрегат или частично некоторые замеры по агрегатам). Для такой возможности служат создаваемые в системе маршруты обследований. По своей сути маршрут представляет собой некоторую выделенную часть структуры БД только без данных. В системе "Диамант2" можно создавать до 255 маршрутов и нет необходимости сохранять их до разгрузки данных обследований. При разгрузке данных система сама определит, куда их разгружать и могут ли они быть разгружены вообще. Например, не удастся разгрузить данные "не в свою" БД или разгрузить данные для точки, которая была из БД удалена.

При проведении обследований по загруженному маршруту от оператора требуется только по запросу коллектора подключить требуемый датчик и грамотно его установить в требуемую точку. Все измерения производятся в автоматическом режиме.

 

Базы данных

Формирование маршрутов

Для каждого маршрута задается его уникальный внутри БД идентификатор и описание. Кроме того, задаются опции загрузки, определяющие необходимость загрузки вместе с маршрутом дополнительных примечаний к объектам структуры, БД и самому маршруту. После создания "шапки" маршрута в него переносится часть структуры (или вся она) до уровня замеров.

Периодичность и объем измерений

Периодичность проведения обследований и их объем зависят от критичности оборудования и необходимой степени информативности полученных данных. Например, на стабильно работающем агрегате нет необходимости ежедневно снимать во всех измерительных точках подробные спектры, формы сигналов и пр. Эти данные будут только "загромождать" БД. Достаточно контролировать, например, данные общего уровня и некоторых наиболее информативных частотных полос, данные пик-фактора или эксцесса для подшипников качения и зубчатых передач. При появлении каких-либо изменений (повышении общего уровня вибрации, превышении уставок сигнализации и т.д.) возникает необходимость более подробного обследования агрегата. Для реализации такой схемы мониторинга достаточно сформировать в БД для этого агрегата (или группы агрегатов) два маршрута - первый упрощенный, сбор данных, по которому производится быстрее и самих данных немного, а второй - подробный с измерением всех необходимых спектров, сигналов и пр. Кроме того, следует учитывать, что более подробное вибрационное обследование рекомендуется производить в районе того узла агрегата, где замечены изменения вибрационного состояния.

Периодический сбор данных при помощи коллектора

Современные коллекторы данных позволяют производить периодические обследования неквалифицированному персоналу. Все необходимые описания и установочные данные измерений загружаются вместе с маршрутом. При прохождении по маршруту коллектор при необходимости запрашивает ввод данных технологических параметров и частот вращения оборотных, при смене датчика напоминает о необходимости его подключения, при выполнении измерений с необходимостью подключения отметчика оборотов напоминает об этом. Перед выполнением измерений в конкретной точке на агрегате выводится ее описание. Оператору достаточно уметь правильно установить требуемый измерительный датчик, подключить и настроить отметчик оборотов и запустить измерения. Все остальное коллектор сделает сам.

Загрузка маршрута

Загрузка маршрута производится через стандартный последовательный интерфейс К5-232С персонального компьютера. Перед загрузкой оператор имеет возможность выбрать требуемый маршрут, просмотреть к нему примечания и при необходимости изменить опции его загрузки. Управление процессом загрузки производится с коллектора. Всего в коллекторы данных моделей "КВАРЦ" и "ТОПАЗ" можно загрузить до 255 маршрутов из различных БД. Скорость обмена при загрузке/разгрузке коллекторов составляет от 9600 до 115200 бит/сек.

Сбор данных

Приборы КВАРЦ позволяют загружать из различных БД до 255 маршрутов обследований. В составе маршрутов загружаются все необходимые идентификаторы и описания (станций, агрегатов, точек, замеров), установочные данные всех измерений, установочные данные оборотных, технологических параметров и дополнительных датчиков, представления и уровни 0 дБ измерительных единиц, примечания ко всем объектам (при включении соответствующих опций загрузки маршрута) и пр. Для каждого замера в составе маршрута можно произвести до 255 измерений. Измерения в одной измерительной точке могут выполняться последовательно по всем замерам с одной установки датчика. При измерениях автоматически учитываются калибровочные коэффициенты датчиков и представления единиц измерений. Оператору необходимо только подключить требуемый датчик, грамотно установить его в необходимую точку и, при необходимости, подключить и настроить отметчик оборотов. Есть возможность просмотреть и отредактировать (или ввести) при необходимости примечания ко всем объектам маршрута (включая оборотные, параметры и дополнительные датчики) и данным. Эти примечания также разгружаются в БД, где могут быть просмотрены.

Базы данных

Данные обследований записываются в память прибора и разгружаются в БД вместе со значениями частот вращения соответствующих оборотных и значениями технологических параметров. При записи данных коллектор контролирует статус сигнализации и выдает соответствующее сообщение. Проведение обследований максимально автоматизировано. От оператора требуется подключить необходимый датчик (запрос на подключение датчика выдается при первом входе в маршрут и при смене датчика), при необходимости установить, подключить и настроить отметчик оборотов (запрос на подключение оборотного выдается при первой необходимости его подключения и при его смене), правильно установить датчик в требуемую точку и нажать клавишу <ЗАПИСЬ>. Все измерения будут выполнены автоматически в соответствии с их типом и параметрами.

Измерения данных, не предусмотренных в маршруте, могут быть выполнены в режиме анализатора. Эти данные также имеют идентификацию станции, агрегата, точки и замера и разгружаются в БД, как данные анализатора. Представления единиц измерения и калибровочные данные дополнительных датчиков загружаются вместе с маршрутом и не зависят от установок коллектора.

Разгрузка данных

Коллекторы моделей "КВАРЦ" и "ТОПАЗ" позволяют разгружать в БД как данные собранные по загруженным маршрутам, так и автономные данные режима анализатора (в том числе данные спектров собственных частот, временных характеристик, разгонов/выбегов и дампов сигналов), которые имеют свою идентификацию и сортируются в соответствии с ней. Разгрузка данных по маршруту может производиться как полностью, так и по отдельному объекту маршрута вплоть до единичной разгрузки конкретных данных. Разгрузка производится также через стандартный порт К-8-232С со скоростью от 9600 до 115200 бит/сек. Управление разгрузкой производится с коллектора.

 

Проведение замеров

Замер общего уровня вибрации и уровня в полосе частот

Цель этого замера – оценка общего уровня вибрации в стандартной полосе частот и в определенном представлении. Границы полосы анализа, единицы и их представление определяются требованиями ГОСТа. Измерив вибрацию в характерных точках, мы сможем оценить её, сопоставив с заранее заданными (например, определёнными ГОСТом для данного оборудования), или сравнив её с вибрацией аналогичных машин. На основании такой оценки формируется большинство отчетов о состоянии оборудования. Так же по замерам общего уровня возможна предварительная диагностика. Для правильного проведения замеров необходимо выполнять ряд требований по способам установки (крепления), местам крепления и выбору типа датчика. Для выполнения замеров в дальнейшем[22] будем пользоваться штатным датчиком, входящем в комплект прибора. Для проведения измерения необходимо проделать определенную подготовительную работу:

• Соединим датчик с магнитом, поставляющемся в комплекте прибора.

• Подключим датчик с помощью кабеля к выключенному прибору.

• Установим датчик на исследуемую поверхность, при этом нужно убедится в надежности крепления с помощью покачивания датчика. Правильно установленный датчик не должен качаться. При установке датчика необходимо избегать сильных механических ударов датчика об исследуемую поверхность.

Перед проведением замера необходимо убедится в правильной установке чувствительности датчика. Для этого нужно зайти в соответствующее меню анализатора. В нем проверяют значение чувствительности датчика. Оно должно совпадать со значением, указанным в паспорте датчика. Также, при необходимости, проверяют представление используемых единиц измерения и выбор используемого в текущий момент датчика. Теперь можно перейти к установке параметров замера. Нам нужно войти в меню измерений в режиме анализа и выбрать замер общий уровень. И в соответствии с нашими требованиями к измерению заполнить параметры замера. К ним относятся определение частотного диапазона замера, единиц измерения, количества и типа усреднений. Вся подготовительная работа на этом закончена, запускаем режим измерений. После окончания процесса усреднений прочтем на дисплее искомое значение вибрации. Сохраняем замер, при необходимости редактируя идентификатор измерительной точки.

Форма сигнала.

При проведении полосового анализа теряется информация о фазе гармонических составляющих, которая, в свою очередь, может существенно дополнить картину происходящего в агрегате. Так, например, асимметрия колебания (в мкм) может говорить о дефекте в опоре (различная жесткость в противоположных направлениях). Посмотрим на два колебания. Спектры этих сигналов будут идентичны (1 и 2 гармоники одинаковых амплитуд), а колебания выглядят по-разному. Это объясняется потерей информации о фазе (во втором колебании гармонические составляющие сдвинуты друг относительно друга на 90°).

 

Проведение замеров

Важным моментом при проведении анализа формы волны является правильный выбор параметров замера, чтобы избежать потери в сигнале анализируемых составляющих. Для этого надо правильно выбрать частотный диапазон выборки, ее длину и число точек (отсчетов) При выполнении измерений формы сигнала с использованием фазового отметчика возможно применение усреднений, которое позволяет устранить влияние на форму сигнала случайных (непериодических) составляющих. По форме сигнала можно определить наличие биений или, скажем, амплитудной модуляции, на ней видны непериодические составляющие вибрации (удары и т.д.). На анализе формы с волны разработан целый ряд специальных диагностических методик (например, пик-фактор или эксцесс).

Измерение амплитуды и фазы.

Замер амплитуды/фазы можно отнести к специальным методам анализа. Обычно он используется при балансировке, но с его помощью так же можно проводить испытания, например на термическую стабильность ротора или, скажем, контролировать затяжку анкерных болтов.

Суть замера заключается следующем. Из вибрационного сигнала с помощью фильтров выделяют необходимую гармонику (обычно это гармоника оборотной частоты). Для этого используют синхронизирующий сигнал (чтобы точно определить частоту вращения). Источником таких сигналов может служить, например лазерный отметчик, который формирует один импульс за один оборот исследуемого ротора, причем этот импульс жестко привязан к определенному месту (углу) на поверхности ротора. Для дальнейшего описания принципа измерения нужно рассмотреть несколько рисунков:

На верхнем рисунке представлен исходный вибрационный сигнал, состоящий их первой и второй гармоник оборотной частоты, к которым добавлен широкополосный шум. На рисунке показаны три периода (или оборота) ротора. Второй рисунок показывает синхронизирующий сигнал с отметчика. Горизонтальная черта на рисунке показывает уровень запуска отметчика. Красная вертикальная черта определяет начало оборота. Третий рисунок иллюстрирует отфильтрованный сигнал первой гармоники оборотной частоты, а соответственно j – начальную фазу колебания. Амплитуда гармоники соответствует максимальному значению колебания на обороте.

Трудности, которые могут возникнуть у пользователя при выполнении замера амплитуды/фазы обычно связаны с правильной настройкой отметчика. Для правильного выполнения этой задачи нужно выбрать открытое место на роторе, Вэтом осевом сечении наносят специальную метку. После установки отметчика начинают его настройку в статическом режиме. Для этого необходимо просто направить луч лазера на метку, при этом на корпусе отметчика должен загореться красный светодиод. Он горит, когда получает отражение от метки. Медленно поворачивая ротор, убеждаемся в четком загорании светодиода, при прохождении метки через луч лазера. Динамическая настройка отметчика сводится к правильному выбору уровня запуска на вращающемся роторе. Для этого в большинстве случаев достаточно запустить процедуру автоматической настройки анализатора.

 

Цифровая обработка сигнала

Понятие о цифровой обработке сигналов

Современная виброанализирующая аппаратура построена на микропроцессорах и в своей работе она использует цифровые технологии обработки сигналов. Такой подход обеспечивает возможность получить компактные, относительно недорогие приборы, обеспечивающие решение практически всех задач, стоящих перед вибродиагностами. Но для работы с цифровым прибором специалисту необходим набор минимальных знаний о принципах цифровой обработки сигналов. Реальный вибрационный сигнал представляет собой непрерывный во времени и по амплитуде процесс (так называемый аналоговый процесс), а его цифровое представление есть последовательность чисел. Преобразование аналогового сигнала в цифровой состоит из двух этапов: дискретизации по времени и квантования по амплитуде. Обе эти операции сужают информацию, которая содержаться в цифровых данных. Дискретизация по времени означает, что сигнал представляется рядом своих отсчетов, взятых через равные промежутки времени. Например, когда мы говорим, что частота дискретизации F равна 20 кГц, это значит, что сигнал измеряется 20000 раз в течение секунды.

На Рис. 51 показан исходный аналоговый вибросигнал. Основной задачей на первом этапе преобразования аналогового сигнала в цифровой (оцифровки) является выбор частоты дискретизации аналогового процесса. Решить ее помогает известная теорема Найквиста, утверждающая, что для того, чтобы аналоговый (непрерывный по времени) сигнал, занимающий полосу частот от 0 до f_в Гц,можно было абсолютно точно восстановить но его отсчетам, частота дискретизации должна быть как минимум вдвое больше максимальной частоты F=2f_в. Таким образом, если реальный аналоговый сигнал, который мы собираемся преобразовать в цифровую форму, содержит частотные компоненты от 0 Гц до 10 кГц, то частота дискретизации такого сигнала должна быть не меньше 20 кГц. Обычно частота дискретизации берется несколько больше чем в два раза по сравнению с верхней анализируемой полосой частот.

Для иллюстрации теоремы Найквиста, необходимо рассмотреть процесс дискретизации различных по частоте синусоид (Рис. 55). Пусть частота дискретизации равна F, рассмотрим процесс оцифровки постоянного смещения (частота сигнала равна 0 Гц). При этом при каждом отсчете мы от получаем одно и тоже постоянное значение. Следующим давайте посмотрим на синусоиду с частотой равной 9%от частоты дискретизации. Очевидно, что синусоида может быть однозначно восстановлена по этой оцифровке. Увеличим частоту синусоиды до 31% от частоты дискретизации. По-прежнему, синусоиду можно однозначно восстановить по отсчетам дискретизации. Рассмотрим теперь процесс оцифровки синусоиды с частотой 95% от частоты дискретизации. Из рисунка видно, что мы получили вместо оцифрованной синусоиды колебание совсем другой частотой. Это явление называется сверткой спектра. Для предотвращения этого явления необходимо перед оцифровкой сигнала выполнить аналоговую низкочастотную фильтрацию, чтобы исходный вибрационный сигнал был ограничен полосой 0-f_вГц.

 

После того, как мы выбрали частоту дискретизации, мы можем преобразовать аналоговый сигнал в числовые значения на каждом интервале выборки (Рис. 53). Для этого используется аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) Точность преобразования определяется разрядностью АЦП. Представим себе, что дискрет (отсчет) представляет собой некий столбик или полоску. Длина этой полоски и есть амплитуда сигнала в данном дискрете. Процесс квантования амплитуды можно представить как измерение длины полоски с помощью линейки. Чем чаще метки на линейке, тем точнее мы можем измерить длину полоски (амплитуду) и тем меньше будут ошибки измерения (шумы квантования) (Рис. 54). Шумы квантования не превышают половину отношения динамического диапазона сигнала к числу меток на линейке. Однако чем чаще расположены метки на линейке, тем больше бит нам потребуется для записи числа, соответствующего измеренной длине полоски. Например, если на линейке 32 метки, то для представления длины полоски в виде числа понадобится максимум 5 бит (2⁵=32). В данном случае 5 бит и будет разрядностью АЦП.

Таким образом, процесс квантования амплитуд дискретов фактически заключается в измерении их величин по отношению к некоторому опорному источнику (линейка) и выражении этих величин в виде чисел, состоящих из конечного числа бит.

Давайте теперь подытожим. Процесс оцифровки вибросигнала разбивается на три этапа. Первый этап - аналоговая фильтрация сигнала. Верхняя частота среза фильтра определяется максимальной интересующей нас частотой анализа. Второй - переход от непрерывного вибросигнала к дискретному. Третий - преобразование дискретного вибросигнала в цифровую форму.

Давайте теперь определим, какой длины должна быть выборка. Длина выборки Т связана с минимальной анализируемой частотой. Известно, что связь между частотой и периодом обратная, т.е. на пример, одно колебание частоты 0.5 Гц имеет период 5 секунд. Ясно, что для того, чтобы измерить это колебание, нужно оцифровывать сигнал в течение, по крайней мере, 5 секунд. Верхняя частота анализа определяет интервал между отсчетами. Следовательно, имея границы анализируемого диапазона, мы можем определить минимальную длину выборки и ее частоту. Зная их, найдем число отсчетов в выборке N.

 

Время измерений

Мы с вами знаем, какое время мы должны затратить на проведение одного измерения. Но перед тем, как прибор начнет выполнять измерение, необходимо настроить усиление измерительного тракта прибора таким образом, чтобы пиковые значения входного сигнала не превышали определенный уровень для АЦП. На это прибор тратит определенное время. По окончании процедуры настройки усиления измерительного тракта (АРУ) прибор переходит в режим измерений. Вибрационный сигнал имеет в своем составе большое число случайных составляющих, которые устраняются усреднениями. При каждом усреднении прибор повторно берет выборку, которую затем обрабатывает.

Таким образом, время измерений складывается из времени затрачиваемого на настройку АРУ, непосредственно измерения, обработки полученных данных и повторных измерениях при использовании усреднений.

 

Типы усреднений

Усреднения, используемые при измерениях, бывают трех типов: линейные, пиковые и экспоненциальные.

• Линейные усреднения получили наиболее широкое распространение при измерениях стационарной вибрации. Их мы получим вычислением отношения суммы отдельных значений усредняемой величины к их общему числу.

• Пиковые усреднения применяются в специальных случаях, когда мы ищем редкие выбросы. Они получаются простым поиском максимального значения на интервале измерения.

• Экспоненциальные усреднения применяются при измерениях нестационарных сигналов. При таких усреднениях последнее измерение считается наиболее достоверным. Если при линейныч усреднениях вклад каждого усредняемого значения был одинаков, то при экспоненциальных усреднениях он максимальный у последнего замера и минимальный у первого. Этот вклад обычно называют весом или весовым коэффициентом. При экспоненциальных усреднениях весовые коэффициенты распределены по экспоненциальному закону, отсюда и произошло его название.