RU2451299C1

RU2451299C1 - Device for on-line diagnostic of electric propulsion system of ship

Info

Publication number: RU2451299C1
Application number: RU2010140866/28A
Authority: RU
Inventors: Виталий Сергеевич Абрамов (RU); Виталий Сергеевич Абрамов; Борис Васильевич Бруслиновский (RU); Борис Васильевич Бруслиновский; Игорь Михайлович Васин (RU); Игорь Михайлович Васин; Николай Викторович Голодный (RU); Николай Викторович Голодный; Наталья Александровна Петрова (RU); Наталья Александровна Петрова; Роман Сергеевич Пономарь (RU); Роман Сергеевич Пономарь; Лев Николаевич Токарев (RU); Лев Николаевич Токарев
Priority date: 2010-10-07
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2012-05-20
Also published as: RU2010140866A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: device for on-line diagnostics of ship electric propulsion comprises an analog-to-digital converter, a controller and an operator's panel. A controller comprises a unit for identification of device under test (DUT) parameters; a reference DUT model; a unit to calculate current DUT parameters; a unit to store current DUT conditions; a unit to classify a DUT status; a forecasting unit. Making a decision on a DUT status is carried out on the basis of comparison of its current parameters and parameters of a reference model.

EFFECT: analysis of a trend to vary these parameters makes it possible to do a forecast on origination and development of DUT defects, which increases reliability of motor operation on a real-time basis.

1 dwg

Description

Изобретение относится к диагностике технического состояния двигателей, в частности к применению вейвлет-анализа для диагностирования асинхронного двигателя, используемого в судовой системе электродвижения.The invention relates to the diagnosis of the technical condition of engines, in particular to the use of wavelet analysis for diagnosing an induction motor used in a ship's electric propulsion system.

Диагностирование асинхронного двигателя осуществляется путем анализа измеренных токов и напряжений статора. Наиболее близким к предлагаемому способу диагностирования является способ, описанный В.В.Кухарчук и С.Ш.Кацывом в работе «Применение вейвлет-преобразований в задачах мониторинга, вибродиагностирования машин и оборудования». Этот способ заключается в анализе таких физических величин, как вибросмещение, виброскорость, виброускорение и скорость изменения виброускорения, тем самым обеспечивается выявление изменения виброакустического состояния объекта, выделение тех изменений, которые связаны с необратимыми изменениями его состояния, и прогнозирование развития дефектов.Diagnosis of an induction motor is carried out by analyzing the measured currents and voltages of the stator. Closest to the proposed diagnostic method is the method described by V.V. Kukharchuk and S.Sh. Katsyv in "Application of wavelet transforms in monitoring problems, vibration diagnostics of machines and equipment." This method consists in the analysis of such physical quantities as vibration displacement, vibration velocity, vibration acceleration and vibration acceleration change rate, thereby detecting changes in the object's vibro-acoustic state, highlighting those changes that are associated with irreversible changes in its state, and predicting the development of defects.

Применение в данной системе вейвлет-анализа сигнала, в отличие от анализа его амплитудно-частотного спектра, позволяет обнаружить дефекты даже при уровне шумов, значительно превосходящих уровень самого сигнала, что, в свою очередь, позволяет выявлять неисправность на ранней стадии ее развития по изменению дисперсии соответствующих вейвлет-коэффициентов. Однако недостатком этого метода является слабая помехозащищенность. Дело в том, что установка датчиков вибрации осуществляется непосредственно на корпус двигателя, который кроме собственных вибраций подвержен вибрации от других элементов системы электродвижения. Что можно рассматривать как вибрационные помехи.The use of a wavelet analysis of a signal in this system, in contrast to the analysis of its amplitude-frequency spectrum, makes it possible to detect defects even at noise levels significantly exceeding the level of the signal itself, which, in turn, makes it possible to identify a malfunction at an early stage of its development by changing the variance corresponding wavelet coefficients. However, the disadvantage of this method is the low noise immunity. The fact is that the installation of vibration sensors is carried out directly on the engine casing, which, in addition to its own vibrations, is subject to vibration from other elements of the electric movement system. What can be considered as vibrational interference.

В предлагаемом изобретении вейвлет-анализу подвергается ток статора асинхронного двигателя, что обосновывается следующими преимуществами: большей помехозащищенностью датчиков тока и напряжения, возможностью пространственного анализа деталей сигналов как по времени, так и по частоте, анализ может проводиться не только в стационарных условиях, но и в процессе работы двигателя, временная развертка изменений вейвлет-коэффициентов во времени позволяет определить дефекты на ранней стадии.In the present invention, the stator current of an induction motor is subjected to wavelet analysis, which is justified by the following advantages: greater noise immunity of current and voltage sensors, the possibility of spatial analysis of signal details both in time and frequency, the analysis can be carried out not only in stationary conditions, but also in during engine operation, a temporary scan of changes in wavelet coefficients in time allows you to identify defects at an early stage.

Предлагаемое изобретение представляет собой устройство диагностирования трехфазного асинхронного двигателя в реальном времени, используемого в судовой системе электродвижения. В состав устройства входят аналого-цифровой преобразователь (АЦП), пульт оператора и контроллер, на котором реализован блок идентификации параметров объекта диагностирования (ОД), эталонная модель ОД, блок вычисления текущих параметров ОД, блок хранения текущих состояний ОД, блок прогнозирования, блок классификации состояния ОД. Структурная схема устройства диагностирования в реальном времени системы электродвижения судна представлена на чертеже.The present invention is a device for diagnosing a three-phase asynchronous motor in real time, used in a ship's electric propulsion system. The device includes an analog-to-digital converter (ADC), an operator console and a controller that implements a unit for identifying the parameters of the diagnostic object (OD), a reference model for the OD, a unit for calculating the current parameters of the OD, a unit for storing the current status of the OD, a prediction unit, a classification unit OD status. The structural diagram of a device for diagnosing in real time the ship's electric propulsion system is shown in the drawing.

На вход устройства диагностирования, через блоки гальванической развязки (БГР), выполняющие функцию согласования измеряемых величин с входом АЦП, с датчиков тока (ДТ1, ДТ2, ДТ3) подаются токи обмоток статора (Ia, Ib, Ic), напряжения (Ua, Ub, Uc), а также скорость вращения вала (w) и момент нагрузки (М) диагностируемого асинхронного двигателя. АЦП преобразует входные параметры к необходимому для обработки цифровому виду. Процесс обработки данных осуществляется на контроллере. Результат работы которого выводится на пульт оператора.To the input of the diagnostic device, through galvanic isolation units (BGR), which perform the function of matching the measured values with the input of the ADC, currents of the stator windings (Ia, Ib, Ic), voltages (Ua, Ub, Uc), as well as the shaft rotation speed (w) and the load moment (M) of the diagnosed asynchronous motor. The ADC converts the input parameters to the digital form necessary for processing. The data processing process is carried out on the controller. The result of which is displayed on the operator panel.

Для начала необходимо настроить устройство диагностирования под определенный тип двигателя. Для этого по токам и напряжениям обмотки статора, с использованием фильтра Калмана, определяются параметры двигателя, которые в дальнейшем устанавливаются в эталонной модели. На этом же этапе формируются особые состояния объекта: предельно допустимые значения параметров технического состояния, предаварийные ситуации, прекращение нормального функционирования.First you need to configure the diagnostic device for a specific type of engine. For this, the current and voltage of the stator winding, using the Kalman filter, determine the motor parameters, which are subsequently set in the reference model. At the same stage, special conditions of the object are formed: the maximum permissible values of the parameters of the technical condition, emergency situations, the termination of normal functioning.

В блоке вычисления текущих параметров объекта диагностирования (ОД) вычисляются вейвлет-коэффициенты и их дисперсии входных сигналов. Текущие параметры непрерывно сравниваются с параметрами эталонной модели. В блоке классификации состояния ОД осуществляется процедура принятия решения об отнесении состояния ОД к определенной категории технического состояния, которое базируется на сравнении полученной оценки показателя с некоторым его допустимым значением, которое определяется на более высоких уровнях контроллера. При нахождении оценки технического состояния в допустимых значениях принимается решение «годен» (исправен, работоспособен или правильно функционирует). В противном случае принимается решение «не годен». Это необходимо для определения предаварийных (или недопустимых) состояний объекта.In the block for calculating the current parameters of the diagnostic object (OD), the wavelet coefficients and their dispersions of the input signals are calculated. The current parameters are continuously compared with the parameters of the reference model. In the block for classifying the state of the OD, a decision-making process is carried out on assigning the state of the OD to a certain category of technical condition, which is based on comparing the obtained estimate of the indicator with a certain acceptable value, which is determined at higher levels of the controller. When the technical condition assessment is in acceptable values, the decision is “suitable” (operational, operational or functioning correctly). Otherwise, the decision is “unfit”. This is necessary to determine the pre-emergency (or unacceptable) conditions of the object.

Для решения задачи поиска дефекта следует иметь информацию о всех тех величинах, которые необходимы для определения места дефекта с заданной точностью.To solve the defect search problem, one should have information on all those quantities that are necessary to determine the location of the defect with a given accuracy.

Хранение текущих состояний объекта диагностирования дает возможность провести оценку тенденции изменения параметров состояния диагностируемого объекта и тем самым осуществить прогнозирование его остаточного ресурса.Storage of the current state of the diagnostic object makes it possible to assess the trend in the state parameters of the diagnosed object and thereby predict its residual life.

На основании этого делается заключение о степени отклонения от идеальных параметров, что позволяет определить вид дефекта. Результат работы выводится на пульт оператора.Based on this, a conclusion is drawn on the degree of deviation from ideal parameters, which allows one to determine the type of defect. The result of work is displayed on the operator panel.

Claims

The real-time diagnostic device of the ship’s electric propulsion system includes an analog-to-digital converter (ADC), an operator console, a controller that implements a unit for identifying the parameters of the diagnostic object (OD), a reference model for OD, a unit for calculating the current parameters of OD, and a unit for classifying the status of OD , a block for storing current OD states and a prediction block, characterized in that the engine parameters measured over time are converted into wavelet coefficients and their dispersion is analyzed in different ma At the headquarters and on the change, a conclusion is made about the presence of incipient or developing engine defects, while the changes are evaluated relative to the constant parameters of the reference model, in real time, which were determined at the identification stage using the Kalman filter.