PL229798B1

PL229798B1 - Method for monitoring the electric device and the supervisor of the electric device

Info

Publication number: PL229798B1
Application number: PL410735A
Authority: PL
Inventors: Andrzej Bień; Dariusz Borkowski; Jakub Kowalski; Andrzej Wetula; Marcin Czupryna
Original assignee: Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie; Akademia Górniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie; Efekt Tech Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia; Efekt Technologies Spólka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2018-08-31
Also published as: PL410735A1

Abstract

Sposób obserwowania urządzenia elektrycznego z użyciem strażnika, charakteryzuje się tym, że za pomocą układu separująco - skalującego (2) dostosowuje się napięcie sygnału z obserwowanego urządzenia (1) do sygnału wejściowego strażnika. Za pomocą układu uśredniająco - pamiętającego z powolnym zapominaniem (3) uśrednia się i zapamiętuje wartości mierzonych sygnałów i równocześnie, za pomocą układu skalującego (4) skaluje się wartości i czas trwania bieżącego pomiaru. Wartości i czas trwania bieżącego pomiaru skaluje się tak, aby różnice pomiędzy zapamiętanymi wartościami mierzonych sygnałów a aktualną wartością wybranych sygnałów, wyznaczone za pomocą znanego układu różnicowego (5), miały możliwie małe wartości. Następnie wyznacza się miarę działania obserwowanego urządzenia (1) i przedstawia się w założonej, wielostopniowej skali. Strażnik urządzenia elektrycznego, charakteryzuje się tym, że obserwowane urządzenie (1) połączone jest poprzez układ separująco - skalujący (2) z układem uśredniająco - pamiętającym z powolnym zapominaniem (3) i równocześnie z układem skalującym (4). Układy te połączone są z wejściami układu różnicowego (5), natomiast wyjście układu różnicowego (5) poprzez miernik różnicy (6) połączone jest z wyjściowym interfejsem (7).The method of observing an electric device with the use of a guard is characterized in that the voltage of the signal from the observed device (1) is adjusted to the input signal of the guard by means of the separating-scaling system (2). Using the averaging-memory system with slow forgetfulness (3), the values of the measured signals are averaged and remembered, and at the same time the values and duration of the current measurement are scaled using the scaling system (4). The values and duration of the current measurement are scaled so that the differences between the stored values of the measured signals and the current value of the selected signals, determined by the known differential circuit (5), have as small values as possible. Then, the measure of the operation of the observed device (1) is determined and presented in an assumed, multi-level scale. The guardian of the electrical device is characterized by the fact that the observed device (1) is connected via the separating-scaling system (2) with the averaging-remembering system with slow forgetfulness (3) and simultaneously with the scaling system (4). These circuits are connected with the inputs of the differential circuit (5), while the output of the differential circuit (5) is connected to the output interface (7) through the difference meter (6).

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób obserwowania urządzenia elektrycznego oraz strażnik obiektu elektrycznego do realizacji tego sposobu. Rozwiązanie przeznaczone jest do obserwacji, zwłaszcza ciągłej, odbiorników energii elektrycznej celem reagowania na nienormalne zachowanie urządzenia. Obserwowane urządzenia to odbiorniki energii elektrycznej współpracujące z maszynami pracującymi w zakładach przemysłowych.The present invention relates to a method of observing an electrical appliance and an electrical object guard for carrying out the method. The solution is designed to observe, especially continuously, electricity receivers in order to react to abnormal device behavior. The monitored devices are electric energy receivers cooperating with machines operating in industrial plants.

Znane są rozwiązania do obserwowania pracy urządzeń, między innymi wymienione poniżej opisy patentowe.There are known solutions for monitoring the operation of devices, including the patents listed below.

Patent WO 02/41091 A1: opisuje urządzenie do zarządzania procesem w stanie przejściowym to jest zmiennym dynamicznie, stany te muszą występować by urządzenie działało. Urządzenie składa się z komputerów i oprogramowania i służy do nadzoru złożonych procesów mechanicznych chemicznych i podobnych.Patent WO 02/41091 A1: describes a process management device in a transient state, i.e. dynamically variable, these states must be present for the device to function. The device consists of computers and software and is used to monitor complex mechanical, chemical and similar processes.

Patent WO 2012/074823 A1: opisuje urządzenie badające czy występują defekty za pomocą analizy danych i budowania modelu obserwowanej maszyny. Obserwowanych jest szereg parametrów a kluczowy jest analizowany czy nie ma wartości odbiegającej od przyjętej za stan normalny.Patent WO 2012/074823 A1: describes a device for examining whether there are defects by data analysis and building a model of the observed machine. A number of parameters are monitored and the key one is analyzed if there is no value deviating from the value assumed as normal.

Patent US 2003/0225466 A1: wynalazek dotyczy sposobu detekcji nieprawidłowości działania urządzenia na podstawie analizy, przynajmniej dwóch, parametrów jednocześnie, na podstawie zbudowanej wielowymiarowej mapy wzajemnych zależności pomiędzy parametrami. Mapa jest budowana w przestrzeni parametrów, przez określenie prawdopodobieństwa znalezienia się stanu urządzenia w danym punkcie. Jeżeli prawdopodobieństwo jest niskie, może nastąpić zgłoszenie alarmu. Prezentowany sposób generuje dwa wyniki: dobry, zły.Patent US 2003/0225466 A1: the invention relates to a method of detecting a malfunction of an apparatus based on the analysis of at least two parameters simultaneously, based on a constructed multi-dimensional map of interrelationships between parameters. The map is built in the parameter space by determining the probability of finding the device state at a given point. If the probability is low, an alarm may be raised. The presented method generates two results: good and bad.

Patent EP 2204778 A2: monitorowanie działania systemów elektromechanicznych, przez porównanie stanu urządzenia z modelem statystycznym. Model statystyczny jest budowany na podstawie analizy działania takiego samego urządzenia w warunkach jego pracy.Patent EP 2204778 A2: monitoring the operation of electromechanical systems by comparing the state of the device with a statistical model. The statistical model is built on the basis of an analysis of the operation of the same device under its operating conditions.

Istotą sposobu obserwowania urządzenia elektrycznego za pomocą strażnika, a polegającego na mierzeniu wybranego sygnału i określeniu prawidłowości działania tego urządzenia, jest to, że najpierw za pomocą układu separująco-skalującego dostosowuje się napięcie sygnału z obserwowanego urządzenia do sygnału wejściowego strażnika. Potem, za pomocą układu uśredniająco-pamiętającego z powolnym zapominaniem uśrednia się i zapamiętuje wartości mierzonych sygnałów i równocześnie, za pomocą układu skalującego skaluje się wartości i czas trwania bieżącego pomiaru. Wartości i czas trwania bieżącego pomiaru skaluje się tak, aby różnice pomiędzy zapamiętanymi wartościami mierzonych sygnałów a aktualną wartością wybranych sygnałów miały możliwie małe wartości. Różnice te wyznacza się za pomocą znanego układu różnicowego. Następnie wyznacza się miarę działania obserwowanego urządzenia i przedstawia się w założonej, wielostopniowej skali.The essence of the method of observing an electrical device with a guard, which consists in measuring a selected signal and determining the correctness of this device's operation, is that first, by means of a separating-scaling system, the voltage of the signal from the observed device is adjusted to the input of the guard. Then, by means of the averaging-memory system with slow forgetting, the values of the measured signals are averaged and stored, and at the same time, the values and duration of the current measurement are scaled by means of a scaling system. The values and duration of the current measurement are scaled so that the differences between the stored values of the measured signals and the current value of the selected signals are as small as possible. These differences are determined using a known differential system. Then, the measure of the operation of the observed device is determined and presented in an assumed, multi-level scale.

Korzystnym jest, że jako składnik różnicy stosuje się zawartość pamięci z powolnym zapominaniem. Realizowanie powolnego zapominania wartości średnich eliminuje błędy powstające w przypadku nałożenia się kolejnych pomiarów.It is preferred that slow forget memory content is used as the difference component. Implementation of slow forgetting of average values eliminates errors that occur in the case of overlapping consecutive measurements.

Istotą strażnika urządzenia elektrycznego jest połączenie obserwowanego urządzenie poprzez układ separująco-skalujący z układem uśredniająco-pamiętającym z powolnym zapominaniem. Równocześnie połączone jest z układem skalującym. Układy te połączone są z wejściami układu różnicowego. Wyjście układu różnicowego poprzez miernik różnicy połączone jest z wyjściowym interfejsem.The essence of the electrical device guardian is the connection of the observed device through a separating and scaling system with averaging-remembering system with slow forgetting. At the same time, it is connected with the scaling system. These circuits are connected with the inputs of the differential circuit. The output of the differential circuit through the differential meter is connected to the output interface.

Korzystnym jest, gdy układ separująco-skalujący ma na wejściu potencjometr, lub transformator z odczepami, przyłączone do wzmacniacza separującego, którego wyjście jest wyjściem układu separująco-skalującego. Układ uśredniająco-pamiętający z powolnym zapominaniem ma na wejściu wzmacniacz pamiętający, którego wyjściu połączone jest z masą poprzez kondensator pamiętający i równoległy do niego rezystor odpowiedzialny za zapominanie. Układ skalujący stanowi wzmacniacz skalujący. Układ skalujący dopasowuje wzmocnienia wzmacniacza skalującego do układu uśredniająco-pamiętającego z powolnym zapominaniem, tak by różnica na wyjściu była możliwie najmniejsza. Układem różnicowym jest wzmacniacz różnicowy w układzie symetrycznym. Wzmacniacz użyty na wejściu układu uśredniająco-pamiętającego z powolnym zapominaniem zapobiega wpływaniu na obciążenie kondensatora przez obwody wejściowe.It is advantageous if the isolating-scaling system has an input potentiometer or a transformer with taps, connected to the isolating amplifier, the output of which is the output of the separating-scaling system. Averaging-remembering circuit with slow forgetting has a memory amplifier at its input, the output of which is connected to ground through a memory capacitor and a parallel resistor responsible for forgetting. The scaling circuit is a scaling amplifier. The scaling circuit adjusts the gain of the scaling amplifier to the average-memory circuit with slow forgetfulness, so that the difference in the output is as small as possible. The differential circuit is a symmetrical differential amplifier. The slow-forget amplifier used at the input of the averaging-memory circuit prevents the input circuits from influencing the capacitor load.

Korzystnym jest, gdy układ uśredniająco-pamiętający z powolnym zapominaniem stanowi RAM, którego wartość jest cyklicznie modyfikowana.Preferably, the slow forget averaging system is RAM, the value of which is cyclically modified.

PL 229 798 B1PL 229 798 B1

Rozwiązanie według wynalazku nie wymaga tworzenia modelu obserwowanego urządzenia, ani nie jest oparta na analizie statystycznej i dzięki temu może pracować z pojedynczym parametrem. Analiza stanu technicznego oparta jest wyłącznie na podstawie danych pomiarowych, zebranych podczas normalnej pracy urządzenia, zakładając, że urządzenie działa w tym czasie prawidłowo.The solution according to the invention does not require creating a model of the observed device, nor is it based on a statistical analysis, and therefore it can work with a single parameter. The analysis of the technical condition is based solely on the measurement data collected during normal operation of the device, assuming that the device is functioning properly at that time.

Szczególną zaletą jest to, iż wynik obserwacji jest wielostopniowy z przedziału pracy urządzenia, a nie wyłącznie ocena jako stan dobry lub zły.A particular advantage is that the result of the observation is multi-stage within the range of the device's operation, and not only the assessment as good or bad.

Przedmiot wynalazku objaśniony jest na przykładach wykonania na figurach rysunku, na których przedstawiono schematy układów strażnika. Fig. 1 jest schematem blokowym ogólnego układu strażnika, fig. 2 jest schematem rozwiązania cyfrowego, a fig. 3 jest schematem ideowym wykonania analogowego. W obu przykładach obserwowanym urządzeniem jest maszyna elektryczna. W przykładzie 1 strażnik jest zrealizowany w technice analogowej, a w przykładzie 2 w technice cyfrowej, wspomaganej programem komputerowym.The subject matter of the invention is elucidated on the basis of exemplary embodiments in the drawing figures which show diagrams of guard systems. Fig. 1 is a block diagram of a general guard system, Fig. 2 is a schematic diagram of a digital solution, and Fig. 3 is a schematic diagram of an analog embodiment. In both examples, the device observed is an electric machine. In example 1, the guard is implemented in analog technology, and in example 2 in digital technology, assisted by a computer program.

P r z y k ł a d 1.P r z k ł a d 1.

Obserwowane urządzenie 1 połączone jest z układem separująco-skalującym 2. Wyjście tego układu połączone jest równocześnie z układem uśredniająco-pamiętającym z powolnym zapominaniem 3 i z układem skalującym 4. Wyjścia tych układów przyłączone są do wejść układu różnicowego 5, natomiast wyjście układu różnicowego 5 do miernika różnicy 6. Z kolei na wyjściu miernika różnicy 6 przyłączony jest wyjściowy interfejs 7. Układ separująco-skalujący 2 ma na wejściu potencjometr lub transformator z odczepami. Przyłączone są do wzmacniacza separującego W1, którego wyjście jest wyjściem układu separująco skalującego 2. Układ uśredniająco-pamiętający z powolnym zapominaniem 3 ma na wejściu wzmacniacz pamiętający W2, którego wyjściu połączone jest z masą poprzez kondensator pamiętającym C i równoległy do niego rezystor R, natomiast układ skalujący 4 stanowi wzmacniacz skalujący W3. Układem różnicowym 5 jest wzmacniacz różnicowy W4 w układzie symetrycznym. Miernikiem różnicy jest woltomierz cyfrowy z interfejsem szeregowym.The monitored device 1 is connected with the separating and scaling system 2. The output of this system is connected simultaneously with the averaging-memory system with slow forgetting 3 and with the scaling system 4. The outputs of these systems are connected to the inputs of the differential circuit 5, while the output of the differential circuit 5 to the meter Difference 6. In turn, the output interface 7 is connected to the output of the difference meter 6. The separating-scaling system 2 has a potentiometer or a transformer with taps at its input. They are connected to the isolating amplifier W1, the output of which is the output of the separating and scaling circuit 2. The average-memory circuit with slow forgetting 3 has at its input the memory amplifier W2, whose output is connected to ground through the memory capacitor C and the parallel resistor R, while the circuit scaling amplifier 4 is the scaling amplifier W3. The differential circuit 5 is a differential amplifier W4 in a symmetrical arrangement. The differential meter is a digital voltmeter with serial interface.

P r z y k ł a d 2.P r z k ł a d 2.

Obserwowane urządzenie podłączone jest na wejście układu separująco-skalującego 8 z wyjściem cyfrowym. Z wyjścia tego układu sygnał cyfrowy podany jest do mikrokontrolera 9, który ma cyfrowy układ uśredniająco-pamiętający z powolnym zapominaniem 10 i cyfrowy układ uśredniająco-pamiętający z powolnym zapominaniem 11. Z tych układów sygnały przekazywane są do cyfrowego układu różnicowego i miernika różnicy 12. Na wyjście mikrokontrolera podłączony jest cyfrowy interfejs 13, będący czytnikiem wyników i jednocześnie połączeniem z komputerem do dalszego przetwarzania wyników obserwacji.The monitored device is connected to the input of the separating and scaling system 8 with a digital output. From the output of this circuit, the digital signal is fed to the microcontroller 9, which has a digital averaging-memory circuit with slow forgetting 10 and a digital averaging-memory circuit with slow forgetting 11. From these circuits, signals are transferred to a digital differential circuit and a difference meter 12. the output of the microcontroller is connected to the digital interface 13, which is the results reader and at the same time a connection to the computer for further processing of the observation results.

W obu przykładach sposób działania polega na mierzeniu wybranych sygnałów i określeniu prawidłowości działania tego urządzenia. Napięcie sygnału z obserwowanego urządzenia 1, za pomocą układu separująco-skalującego 2, dostosowuje się do sygnału wejściowego strażnika. Tak przygotowany sygnał, za pomocą układu uśredniająco-pamiętającego z powolnym zapominaniem 3, uśrednia się i zapamiętuje wartości mierzonych sygnałów. Układ realizuje powolne zapominania średniej poprzez rozładowanie kondensatora za pomocą rezystora. Równocześnie, za pomocą układu skalującego 4 skaluje się wartości i czas trwania bieżącego pomiaru tak, aby różnice pomiędzy zapamiętanymi wartościami mierzonych sygnałów a aktualną wartością wybranych sygnałów, miały możliwie małe wartości. Różnice te wyznacza się za pomocą znanego układu różnicowego 5. Następnie wyznacza się miarę działania obserwowanego urządzenia 1 i przedstawia się w założonej, wielostopniowej skali.In both examples, the method of operation is to measure the selected signals and determine whether the device is functioning properly. The voltage of the signal from the monitored device 1 adjusts to the input signal of the guard by means of the separating-scaling system 2. The signal prepared in this way is averaged and the values of the measured signals are averaged by means of the averaging-memory system with slow forgetting 3. The circuit implements slow average forgetting by discharging the capacitor with a resistor. At the same time, the scale 4 scales the values and duration of the current measurement so that the differences between the stored values of the measured signals and the current value of the selected signals are as small as possible. These differences are determined with the help of the known differential system 5. Next, the measure of the operation of the observed device 1 is determined and presented on the assumed, multi-level scale.

Zastrzeżenia patentowePatent claims

Claims

1. A method of observing an electrical device, consisting in measuring selected signals and determining the correct operation of this device, characterized in that, by means of the separating-scaling system (2), the voltage of the signal from the observed device (1) is adjusted to the input signal of the guard, and then, using the averaging-memory system with slow forgetfulness (3), the values of the measured signals are averaged and remembered, and at the same time, the values and duration of the current measurement are scaled using the scaling system (4), while the values and duration of the current measurement are scaled in such a way, to make differences between the stored values of measured signals and the current value

The selected signals, determined by means of the known differential system (5), had the smallest possible values, and then the measure of the operation of the observed device (1) is determined and presented in the assumed, multi-step scale.

2. A method of observing an electrical device according to claim The method of claim 2, wherein slow forget memory content is used as the difference component.

The guardian of the electrical device, characterized in that the observed device (1) is connected through the separating-scaling system (2) with the average-memory system with slow forgetting (3) and simultaneously with the scaling system (4), which systems are connected with the inputs of the differential circuit (5), while the output of the differential circuit (5) is connected to the output interface (7) through the differential meter (6).

4. A guard as defined in claim 2, characterized in that the separating-scaling system (2) has at the input a potentiometer or transformer with taps connected to the separating amplifier (W1), the output of which is the output of the separating-scaling system (2), averaging-remembering system with slow forgetfulness (3) it has a memory amplifier (W2) at the input, the output of which is connected to ground through a memory capacitor (C) and a parallel resistor (R) responsible for forgetting, while the scaling circuit (4) is the scaling amplifier (W3), and the differential circuit ( 5) there is a differential amplifier (W4) in a symmetrical arrangement.

5. A guard, according to p. 2. The method of claim 2, characterized in that the slow forget averaging-memory system (3) is RAM, the value of which is cyclically modified.