RU144352U1

RU144352U1 - DEVICE FOR DIAGNOSTING THE TECHNICAL CONDITION OF ELECTROMECHANICAL SYSTEMS

Info

Publication number: RU144352U1
Application number: RU2014114354/28U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Маркович Шпрехер; Владимир Михайлович Степанов; Геннадий Иванович Бабокин
Original assignee: Дмитрий Маркович Шпрехер
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2014-08-20

Abstract

Устройство диагностирования технического состояния электромеханических систем, содержащее блок управления электродвигателя, машинный агрегат, датчики тока и напряжения, преобразователь, компьютер со специальным программным обеспечением, отличающееся тем, что блок управления электродвигателя и машинный агрегат объединены в блок электромеханической системы, 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 электромеханической системы, 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 электромеханической системы, выход аппаратуры синхронизации связан со вторым входом устройства формирования группового сигнала контроля технического состояния электромеханической системы, выход которого связан с входом компьютера со специальным программным обеспечением путем канала связи.A device for diagnosing the technical condition of electromechanical systems, comprising an electric motor control unit, a machine unit, current and voltage sensors, a converter, a computer with special software, characterized in that the electric motor control unit and the machine unit are combined into an electromechanical system unit, the converter is designed as a matching device additionally introduced sensors of temperature, noise, vibration and engine speed, synchronization equipment, Kana communication device for generating a group signal for monitoring the technical condition of the electromechanical system, consisting of series-connected switch and a modulator, the outputs of the electromechanical system being connected to the inputs of all sensors, the outputs of which are connected to the inputs of the matching device, the outputs of which are connected to the inputs of the device for generating the group signal for monitoring the technical condition electromechanical system, the output of the synchronization equipment is connected to the second input of the device ppov signal monitoring the technical condition of the electromechanical system, the output of which is connected to the input of the computer with special software through the communication channel.

Description

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.The proposed technical solution relates to the field of electrical engineering, namely to the diagnosis of mechanisms and systems with an electric drive and can be used in automated AC electric drives.

Известно техническое решение (патент РФ №2414048, МПК⁸ 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.A technical solution is known (RF patent No. 2414048, IPC ⁸ H02P 7/292, G05B 11/01, published March 10, 2011. A method for automatically controlling the parameters of an electromechanical system and a device for its implementation). The device for automatic control of the parameters of the electromechanical system (EMC), contains a thyristor converter, through a current sensor connected to a DC motor, which is mechanically connected to a speed sensor and to an actuator, an intensity adjuster, the output of which is connected to the non-inverting input of the adder, the inverting input of the adder is connected to electrical output of the speed sensor, the second input of the summing amplifier through the first amplifier is connected to the electrical output of the speed sensor , the third input of the summing amplifier through the second amplifier is connected to the information output of the current sensor, the output of the summing amplifier is connected to the control input of the thyristor converter, and the information output of the current sensor through a nonlinear element of the current cutoff circuit and the linear element of the current cutoff circuit is connected to the inverting input of the summing amplifier, in a relay block, a zero organization block and an integrator are introduced to it, and the adder output through the relay block and the integrator is connected to the first input of the sums uyuschego amplifier output non-linear element is connected to the control input of the relay unit, and a reset input connected to the relay unit block organization zero.

Недостатком известного технического решения является низкая динамическая точность системы и ограниченность видов диагностируемых неисправностей.A disadvantage of the known technical solution is the low dynamic accuracy of the system and the limited types of diagnosed faults.

Наиболее близким техническим решением является (патент РФ №2431152, МПК⁸ 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.The closest technical solution is (RF patent No. 2431152, IPC ⁸ G01R 31/34, publ. 10.10.2011) A method for diagnosing mechanisms and systems with an electric drive, in which the device for implementing the method consists of a control unit associated with a machine unit, the output of which connected to current and voltage sensors connected to a personal computer with special software.

Недостатком наиболее близкого технического решения является невысокая достоверность и точность диагностирования систем контроля технического состояния, сложность необходимых измерений,The disadvantage of the closest technical solution is the low reliability and accuracy of the diagnosis of control systems of the technical condition, the complexity of the necessary measurements,

Задачей предложенного технического решения является повышение достоверности и точности диагностирования систем контроля технического состояния и упрощение необходимых измерений.The objective of the proposed technical solution is to increase the reliability and accuracy of diagnosing control systems of the technical condition and simplify the necessary measurements.

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.The problem is solved in such a way that in the device for diagnosing the technical condition of electromechanical systems, containing an electric motor control unit, a machine unit, current and voltage sensors, a converter, a computer with a special program, an electric motor control unit and a machine unit are combined into an electromechanical system (EMC) unit, the converter is made in the form of a matching device, sensors of temperature, noise, vibration and engine speed are additionally introduced, equipment with synchronization, a communication channel and a device for generating a group signal for monitoring the technical condition of the EMC, consisting of series-connected switch and a modulator, the outputs of the electromechanical system being connected to the inputs of all sensors, the outputs of which are connected to the inputs of a matching device, the outputs of which are connected to the inputs of the device for generating the group signal of control EMC technical condition, the output of the synchronization equipment is connected to the second input of the device for generating a group signal of technical control Skog EMC state, the output of which is connected with the input of computer with special software by the communication channel.

На Фиг. 1 представлена структурная схема устройства диагностирования технического состояния электромеханических систем.In FIG. 1 is a structural diagram of a device for diagnosing the technical condition of electromechanical systems.

На Фиг. 2 показаны основные наиболее часто встречающиеся неисправности асинхронного двигателя и их связь с измеряемыми параметрами для обнаружения этих неисправностей.In FIG. 2 shows the main most common malfunctions of an induction motor and their relationship with the measured parameters for detecting these malfunctions.

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.The device for diagnosing the technical condition of electromechanical systems contains an electromechanical system unit - 1 with an electric drive and a machine unit whose outputs are connected to the inputs of the sensor blocks 2 for measuring the values of phase currents and electric motor voltages, shaft rotation speed, stator winding temperature, noise level and vibration, the outputs of which connected to the inputs of the block matching device 3, the outputs of which are connected to the inputs of the block of the device forming the group signal of control of technical the state of the electromechanical system 4, consisting of series-connected block of the switch 5 and the block of the pulse modulator 6, the output of the block of synchronization equipment 7 is connected to the second input of the block of the device for generating the group signal for monitoring the technical condition of the electromechanical system 4, the output of which is connected to the input of the personal computer 9 with a special software providing, by the block of the communication channel 8.

Работает устройство диагностирования технического состояния электромеханических систем следующим образом.A device for diagnosing the technical condition of electromechanical systems works as follows.

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.A personal computer 9 with special software allows you to determine the following types of damage: motor overload, phase failure at the terminals of the stator winding, interphase short circuits of the stator winding, the mode of incorrect alignment of the motor shaft (misalignment of the motor shafts and the mechanism), the mode of violation of normal engine ventilation, and modes of increasing and decreasing the voltage supplying the stator winding.

Признаки наступления того или иного аварийного режима фиксируют изменения измеряемые датчиками 2 параметров, согласно таблице, представленной на фиг. 2.Signs of the onset of a particular emergency mode record the changes measured by the sensors 2 parameters, according to the table presented in FIG. 2.

С помощью датчиков 2D_i, i=1, …6, устанавливаемых в различных точках контролируемого объекта - электромеханической системы 1 производят преобразование физических величин λ_i, i=1, …N подлежащих контролю в ЭМС, в электрические сигналы s_i, 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.Using the sensors 2D _i , i = 1, ... 6, installed at various points of the controlled object - the electromechanical system 1, the physical quantities λ _i , i = 1, ... N to be monitored in the EMC are converted into electrical signals s _i , i = 1 , ... N, which are fed to the inputs of the information channels of the device for generating a group signal for monitoring the technical condition (TS) of EMC 4. Under a group signal for monitoring the TS means a time sequence of readouts of measured parameters, i.e. a sequence of measurement intervals following each other.

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.Between the sensors 2 and the inputs of the device for generating a group signal for monitoring the technical condition of the EMC data, matching devices 3 are installed, which are designed to normalize the signals and match the resistance of the channel input and sensor output. Various electrical signals are being converted to DC voltage, the limits of change of which are strictly specified for all, for example, from 0 to 5 V.

Для временного разделения каналов s_i, 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.For the temporary separation of channels s _i , i = 1, ... N, the synchronization equipment 7 inserts time stamps into the group signal of the vehicle, i.e. binds each sample for each parameter to time. Within these bands, simultaneous and continuous transmission of measurement information is performed.

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_i, 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.The structure of the device of the driver of the group signal for monitoring the technical condition 4 of the electromechanical system includes a 5-channel switch and a pulse modulator 6. Using a 5-channel switch, the signals of the sensors 2λ _i , λ = i are supplied to the input of the pulse modulator 6 (encoder) sequentially for the duration of the channel interval , ... N. Here they form a sequence of pulses (code groups) that carry information about the values of the measured parameters. The main task of this shaper is the formation of a group signal of control of the EMC vehicle. The group signal is supplemented with synchronizing and other overhead signals (synchronization equipment), necessary for channel separation at reception and for information processing.

С выхода устройства формирования группового сигнала контроля технического состояния 4 ЭМС исходный входной образ S_Σ(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.From the output of the device for generating a group signal for monitoring the technical state of 4 EMCs, the initial input image S _Σ (t) is transferred to a personal computer 9 containing special copyright software either via a wireless communication channel or using portable Flash drives. This data is automatically unpacked and placed in a single EMC database. Next, a special program generates a training sample, determines the state of EMC as operational, and perform training on the neural network.

Процесс обучения контролируют оператором и завершают при достижении заданной величины среднеквадратичной ошибки (обычно от 1 до 4%) сети на всем объеме обучающей выборки.The learning process is controlled by the operator and completed upon reaching the specified value of the standard error (usually from 1 to 4%) of the network throughout the entire training sample.

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.After completion of the training process, the operator is given the opportunity to either repeat the training or use the already trained model for recognition that are not included in the training and verification data samples, i.e. use a recognizing model of a multilayer neural network to recognize the type of technical state of EMC. Moreover, each identified EMC TS is represented in binary form, consisting of zeros and ones, where each of the technical conditions has its own code.

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.The proposed device for diagnosing the technical state of electromechanical systems made it possible to increase the reliability and accuracy of diagnosing technical state control systems several times and simplify the necessary measurements by combining the flow of measured information into a group diagnostic signal for monitoring the technical condition of the EMC, using special software object-oriented for this class of EMC and through the use of additional sensors for temperature, noise, vibration and engine speeds, allowing to increase the amount of information about the diagnosed object.

Claims

A device for diagnosing the technical condition of electromechanical systems, comprising an electric motor control unit, a machine unit, current and voltage sensors, a converter, a computer with special software, characterized in that the electric motor control unit and the machine unit are combined into an electromechanical system unit, the converter is designed as a matching device additionally introduced sensors of temperature, noise, vibration and engine speed, synchronization equipment, Kana communication device for generating a group signal for monitoring the technical condition of the electromechanical system, consisting of series-connected switch and a modulator, the outputs of the electromechanical system being connected to the inputs of all sensors whose outputs are connected to the inputs of the matching device, the outputs of which are connected to the inputs of the device for generating a group signal for monitoring the technical condition electromechanical system, the output of the synchronization equipment is connected to the second input of the device ppov signal monitoring the technical condition of the electromechanical system, the output of which is connected to the input of the computer with special software through the communication channel.