RU2578044C1 - Device for diagnostics and evaluation of technical state of mechatronic drives - Google Patents

Device for diagnostics and evaluation of technical state of mechatronic drives Download PDF

Info

Publication number
RU2578044C1
RU2578044C1 RU2014145879/28A RU2014145879A RU2578044C1 RU 2578044 C1 RU2578044 C1 RU 2578044C1 RU 2014145879/28 A RU2014145879/28 A RU 2014145879/28A RU 2014145879 A RU2014145879 A RU 2014145879A RU 2578044 C1 RU2578044 C1 RU 2578044C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mechatronic
unit
diagnostics
drives
vibration
Prior art date
Application number
RU2014145879/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Васильевич Абрамов
Андрей Иванович Абрамов
Юрий Рафаилович Никитин
Александр Васильевич Романов
Оксана Евгеньевна Зорина
Павол Божек
Владимир Штоллманн
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова"
Priority to RU2014145879/28A priority Critical patent/RU2578044C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2578044C1 publication Critical patent/RU2578044C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: measuring devices.
SUBSTANCE: invention relates to devices for measurement of two or more variables and can be used as part of equipment comprising mechatronic drives. As you know, mechatronic devices combine precision mechanics with electronics and computer devices, so the proposed technical solution is rational to use in the diagnostics of gear motors and machine tools with digital control. Device for diagnostics and evaluation of technical state of mechatronic drives comprises mechatronic module including a precise mechanics unit with attached electric motor and control unit. Device additionally contains resistance and current sensors which inputs are connected to windings of electric motor, as well as vibration and temperature sensors installed in the housing of mechatronic module. Resistance sensor output is connected to diagnostic test unit and outputs of current, vibration and temperature sensors are connected to trend calculation and functional diagnostics units. Outputs of said units are connected to residual operation life computing unit which output is connected to indication unit. Residual operation life computing unit may be configured based on a microprocessor system and indication unit - on the basis of matrix LCD-indicator.
EFFECT: high accuracy of diagnostics of mechatronic drives due to measurement and control of at least two parameters, possibility of permanent monitoring of precision mechanics mechatronic module and module of mechatronic drive residual life dynamic calculation that as a whole increases its reliability.
3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим измерение двух или более переменных величин, и может быть использовано в составе оборудования, содержащее мехатронные приводы. Как известно, мехатронные устройства сочетают в себе узлы точной механики с блоками электроники и компьютерными устройствами, поэтому предлагаемое техническое решение рационально использовать при диагностике мотор-редукторов, а также станков с числовым программным управлением.The invention relates to devices for measuring two or more variables, and can be used as part of equipment containing mechatronic drives. As you know, mechatronic devices combine precision mechanics with electronics and computer devices, therefore, the proposed technical solution is rational to use when diagnosing gear motors, as well as numerically controlled machines.

Из уровня техники известно устройство диагностики электрических двигателей переменного тока и связанного с ними механического оборудования (RU 90199, МПК G01M 7/02, G01M 15/00, опубл. 27.12.2009), состоящее из корпуса с внешними разъемами для датчиков измерения вибрации, излучаемой электродвигателем по трем осям, размещенными внутри корпуса измерительным блоком с аналого-цифровым преобразователем и персональным компьютером. Корпус устройства выполнен герметичным, а аналого-цифровой преобразователь соединен с выходами датчиков через мультиплексор. Устройство производит диагностику электрического двигателя и связанного с ним механического оборудования.The prior art device for the diagnosis of AC electric motors and associated mechanical equipment (RU 90199, IPC G01M 7/02, G01M 15/00, publ. 12/27/2009), consisting of a housing with external connectors for sensors for measuring vibration emitted an electric motor along three axes located inside the housing by a measuring unit with an analog-to-digital converter and a personal computer. The case of the device is sealed, and the analog-to-digital converter is connected to the outputs of the sensors through a multiplexer. The device diagnoses an electric motor and associated mechanical equipment.

Недостатком известного устройства является низкая точность выявления износа электродвигателя и связанного с ним механического оборудования, вследствие выполнения диагностики лишь посредством измерения вибрационных характеристик.A disadvantage of the known device is the low accuracy of detecting wear of the electric motor and associated mechanical equipment, due to the diagnosis only by measuring vibrational characteristics.

Наиболее близким аналогом заявленного технического решения может считаться микроконтроллерное устройство для диагностики изоляции обмотки асинхронного двигателя (RU 2428707, МПК G01R 31/06, опубл. 10.09.2011), содержащее источник постоянного напряжения, микроконтроллер, индикатор, ключ. При этом индикатор подключен к микроконтроллеру, вывод управления ключом также подключен к микроконтроллеру, первый вывод ключа подключен к первой клемме источника постоянного напряжения. Дополнительно к указанным конструктивным признакам устройство содержит управляемый источник опорного напряжения, делитель напряжения и индуктивность.The closest analogue of the claimed technical solution can be considered a microcontroller device for diagnosing insulation of the windings of an induction motor (RU 2428707, IPC G01R 31/06, publ. 09/10/2011), containing a constant voltage source, microcontroller, indicator, key. In this case, the indicator is connected to the microcontroller, the key control terminal is also connected to the microcontroller, the first key output is connected to the first terminal of the DC voltage source. In addition to the indicated design features, the device comprises a controllable voltage reference source, a voltage divider and an inductance.

Недостатком устройства является низкая точность диагностики, обусловленная мониторингом только одного из важных параметров технического состояния асинхронного двигателя - дефектов изоляции обмотки, что делает невозможным использование описанного технического решения для выявления неисправностей по уровню вибраций.The disadvantage of this device is the low diagnostic accuracy due to monitoring of only one of the important parameters of the technical condition of the induction motor - winding insulation defects, which makes it impossible to use the described technical solution to detect malfunctions in terms of vibration level.

Основной технической задачей, для решения которой применимо заявленное устройство, является повышение точности диагностики мехатронных приводов, за счет измерения и контроля не менее двух параметров, характеризующих их техническое состояние.The main technical task, for the solution of which the claimed device is applicable, is to increase the accuracy of diagnosis of mechatronic drives, by measuring and monitoring at least two parameters characterizing their technical condition.

Указанная задача решена за счет того, что устройство диагностирования и оценки технического состояния мехатронных приводов содержит мехатронный модуль, включающий в себя узел точной механики с подключенными к нему электрическим двигателем и блоком управления. При этом устройство дополнительно содержит датчики сопротивления и силы тока, входы которых подключены к обмоткам электрического двигателя, а также датчики вибрации и температуры, установленные в корпусе мехатронного модуля. Выход датчика сопротивления подключен к блоку тестовой диагностики, а выходы датчиков силы тока, вибрации и температуры подключены к блоку расчета тренда и блоку функциональной диагностики. Выходы упомянутых блоков подключены к блоку расчета остаточного ресурса, выход которого подключен к блоку индикации. Блок расчета остаточного ресурса может быть выполнен на основе микропроцессорной системы, а блок индикации - на основе матричного LCD-индикатора.This problem is solved due to the fact that the device for diagnosing and evaluating the technical condition of mechatronic drives contains a mechatronic module that includes a precision mechanics unit with an electric motor and a control unit connected to it. The device further comprises resistance and current sensors, the inputs of which are connected to the windings of the electric motor, as well as vibration and temperature sensors installed in the mechatronic module housing. The output of the resistance sensor is connected to the test diagnostic unit, and the outputs of the current, vibration, and temperature sensors are connected to the trend calculation unit and the functional diagnostic unit. The outputs of these blocks are connected to the residual resource calculation unit, the output of which is connected to the display unit. The unit for calculating the residual resource can be performed on the basis of a microprocessor system, and the display unit - on the basis of a matrix LCD indicator.

Положительным техническим результатом, обеспечиваемым указанной совокупностью конструктивных признаков, является повышение точности диагностики мехатронных приводов, обеспечение возможности постоянного контроля состояния узлов точной механики мехатронного модуля и динамического расчета остаточного ресурса мехатронного привода, что в целом увеличивает его надежность.A positive technical result provided by the specified set of design features is to increase the accuracy of diagnostics of mechatronic drives, providing the possibility of constant monitoring of the state of the nodes of the exact mechanics of the mechatronic module and the dynamic calculation of the residual life of the mechatronic drive, which generally increases its reliability.

Устройство поясняется чертежом, где на фигуре показана его структурная схема.The device is illustrated in the drawing, where the figure shows its structural diagram.

Устройство диагностирования и оценки технического состояния мехатронных приводов содержит мехатронный модуль 1, включающий в себя узел точной механики 2 с подключенными к нему электрическим двигателем 3 и блоком управления 4. При этом устройство дополнительно содержит датчики сопротивления 5 и силы тока 6, входы которых подключены к обмоткам электрического двигателя, а также датчики вибрации 7 и температуры 8, установленные в корпусе мехатронного модуля. Выход датчика сопротивления подключен к блоку тестовой диагностики 9, а выходы датчиков силы тока, вибрации и температуры подключены к блоку расчета тренда 10 и блоку функциональной диагностики 11. Выходы упомянутых блоков подключены к блоку расчета остаточного ресурса 12, выход которого подключен к блоку индикации 13.The device for diagnosing and evaluating the technical condition of mechatronic drives contains a mechatronic module 1, which includes a precision mechanics unit 2 with an electric motor 3 and a control unit 4 connected to it. Moreover, the device further comprises resistance sensors 5 and current strength 6, the inputs of which are connected to the windings electric motor, as well as vibration sensors 7 and temperature 8, installed in the mechatronic module housing. The output of the resistance sensor is connected to the test diagnostics unit 9, and the outputs of the current, vibration, and temperature sensors are connected to the trend calculation unit 10 and the functional diagnostics unit 11. The outputs of these blocks are connected to the residual resource calculation unit 12, the output of which is connected to the indication unit 13.

Устройство работает следующим образом. Электрический двигатель 3, режимами работы которого управляет блок управления 4, преобразует электрическую энергию в механическую и воздействует на узел точной механики 2. Одновременно с этим датчик сопротивления 5 измеряет сопротивление обмоток электрического двигателя при отсутствии на них электрического напряжения, а датчик силы тока 6 измеряет, соответственно, силу электрического тока, протекающего через обмотки электрического двигателя при наличии на них электрического напряжения. Датчик вибрации 7, расположенный в непосредственной близости от подшипников качения, установленных на валу электрического двигателя, измеряет уровень вибраций, а датчик температуры 8 - температуры корпуса мехатронного модуля. Блок тестовой диагностики 9 определяет техническое состояние электрического двигателя на основе данных, полученных от датчика сопротивления, а блок расчета тренда 10 выполняет прогнозирование возможных изменений диагностируемых параметров на основе статистической информации, собранной за определенный временной интервал. На основе данных, полученных от датчиков 6, 7 и 8, блок функциональной диагностики 11 определяет техническое состояние мехатронного привода, а блок расчета остаточного ресурса 12 вычисляет прогнозное значение остаточного ресурса мехатронного привода на основе данных, полученных от блока тестовой диагностики и блока расчета тренда. Результаты диагностики, выполненные описанными выше блоками, выводятся на экран блока индикации. При этом в случае если полученные диагностические данные не имеют резких отклонений от установленных критических значений, то мехатронный привод продолжает работать в штатном режиме, в противном случае на экран блока индикации выводится сообщение о неисправности мехатронного привода и времени, оставшемся до предполагаемой аварии.The device operates as follows. An electric motor 3, the operating modes of which are controlled by a control unit 4, converts electrical energy into mechanical energy and acts on an exact mechanics unit 2. At the same time, the resistance sensor 5 measures the resistance of the windings of the electric motor in the absence of electric voltage, and the current sensor 6 measures accordingly, the strength of the electric current flowing through the windings of an electric motor in the presence of electric voltage on them. The vibration sensor 7, located in close proximity to the rolling bearings mounted on the shaft of the electric motor, measures the level of vibration, and the temperature sensor 8 - the temperature of the mechatronic module housing. The test diagnostic unit 9 determines the technical condition of the electric motor based on data received from the resistance sensor, and the trend calculation unit 10 predicts possible changes in the diagnosed parameters based on statistical information collected for a certain time interval. Based on the data received from sensors 6, 7 and 8, the functional diagnostics unit 11 determines the technical condition of the mechatronic drive, and the residual life calculation unit 12 calculates the predicted value of the residual life of the mechatronic drive based on data received from the test diagnostics unit and the trend calculation unit. Diagnostic results performed by the blocks described above are displayed on the display unit. In this case, if the obtained diagnostic data does not have sharp deviations from the established critical values, the mechatronic drive continues to operate normally, otherwise a message about the failure of the mechatronic drive and the time remaining before the alleged accident will be displayed on the display unit.

Claims (3)

1. Устройство диагностирования и оценки технического состояния мехатронных приводов, содержащее мехатронный модуль, включающий в себя узел точной механики с подключенными к нему электрическим двигателем и блоком управления, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит датчики сопротивления и силы тока, входы которых подключены к обмоткам электрического двигателя, а также датчики вибрации и температуры, установленные в корпусе мехатронного модуля; выход датчика сопротивления подключен к блоку тестовой диагностики, а выходы датчиков силы тока, вибрации и температуры подключены к блоку расчета тренда и блоку функциональной диагностики; выходы упомянутых блоков подключены к блоку расчета остаточного ресурса, выход которого подключен к блоку индикации.1. A device for diagnosing and evaluating the technical condition of mechatronic drives, comprising a mechatronic module, which includes a precision mechanics unit with an electric motor and a control unit connected to it, characterized in that the device further comprises resistance and current sensors, the inputs of which are connected to the electric windings engine, as well as vibration and temperature sensors installed in the mechatronic module housing; the output of the resistance sensor is connected to the test diagnostic unit, and the outputs of the current, vibration, and temperature sensors are connected to the trend calculation unit and the functional diagnostic unit; the outputs of the said blocks are connected to the residual resource calculation unit, the output of which is connected to the indication unit. 2. Устройство диагностирования и оценки технического состояния мехатронных приводов по п. 1, отличающееся тем, что блок расчета остаточного ресурса выполнен на основе микропроцессорной системы.2. The device for diagnosing and evaluating the technical condition of mechatronic drives according to claim 1, characterized in that the residual resource calculation unit is based on a microprocessor system. 3. Устройство диагностирования и оценки технического состояния мехатронных приводов по п. 1, отличающееся тем, что блок индикации выполнен на основе матричного LCD-индикатора. 3. The device for diagnosing and evaluating the technical condition of mechatronic drives according to claim 1, characterized in that the display unit is based on a matrix LCD indicator.
RU2014145879/28A 2014-11-14 2014-11-14 Device for diagnostics and evaluation of technical state of mechatronic drives RU2578044C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014145879/28A RU2578044C1 (en) 2014-11-14 2014-11-14 Device for diagnostics and evaluation of technical state of mechatronic drives

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014145879/28A RU2578044C1 (en) 2014-11-14 2014-11-14 Device for diagnostics and evaluation of technical state of mechatronic drives

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2578044C1 true RU2578044C1 (en) 2016-03-20

Family

ID=55648140

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014145879/28A RU2578044C1 (en) 2014-11-14 2014-11-14 Device for diagnostics and evaluation of technical state of mechatronic drives

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2578044C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2727386C1 (en) * 2019-10-23 2020-07-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Device for diagnostics and evaluation of residual life of electric motors
RU2818697C1 (en) * 2020-10-15 2024-05-03 Сименс Акциенгезелльшафт Method of fault detection in drive

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6366865B1 (en) * 1999-11-03 2002-04-02 Motorola, Inc. Apparatus and method for estimating the coil resistance in an electric motor
RU2283501C1 (en) * 2005-03-21 2006-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Device for estimating and predicting technical state of isolation of windings of electric motor
RU2356061C1 (en) * 2007-08-10 2009-05-20 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") Method of automatic control of mechanical damages of three-phase asynchronous motors
RU90199U1 (en) * 2008-01-17 2009-12-27 ГОУ ВПО Военный инженерно-технический университет DIAGNOSTIC DEVICE FOR AC ELECTRIC MOTORS AND MECHANICAL EQUIPMENT ASSOCIATED WITH THEM
RU2428707C1 (en) * 2010-04-21 2011-09-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" Microcontroller device for diagnostic operation of insulation of asynchronous motor winding

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6366865B1 (en) * 1999-11-03 2002-04-02 Motorola, Inc. Apparatus and method for estimating the coil resistance in an electric motor
RU2283501C1 (en) * 2005-03-21 2006-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Device for estimating and predicting technical state of isolation of windings of electric motor
RU2356061C1 (en) * 2007-08-10 2009-05-20 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") Method of automatic control of mechanical damages of three-phase asynchronous motors
RU90199U1 (en) * 2008-01-17 2009-12-27 ГОУ ВПО Военный инженерно-технический университет DIAGNOSTIC DEVICE FOR AC ELECTRIC MOTORS AND MECHANICAL EQUIPMENT ASSOCIATED WITH THEM
RU2428707C1 (en) * 2010-04-21 2011-09-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" Microcontroller device for diagnostic operation of insulation of asynchronous motor winding

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2727386C1 (en) * 2019-10-23 2020-07-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Device for diagnostics and evaluation of residual life of electric motors
RU2818697C1 (en) * 2020-10-15 2024-05-03 Сименс Акциенгезелльшафт Method of fault detection in drive

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3090269B1 (en) System for condition monitoring of electric machine, mobile phone and method thereof
US9823308B2 (en) Method for monitoring demagnetization
US10408879B2 (en) Method and apparatus for diagnosing a fault condition in an electric machine
CN106304846B (en) Method and system for determining fault status of synchronous machine
TWI751170B (en) Pump assembly, method of analysing data received from an accelerometer mounted on a pump and computer program
JP2018515706A (en) Pump monitoring apparatus and method
KR101381822B1 (en) Vibration signal analysis method in motors
JP2017096836A (en) Abnormality diagnosis system
KR20200053579A (en) Fault diagnosis device, fault diagnosis method and fault diagnosis system
KR101498527B1 (en) Diagnosis system using vibration frequency analysis program for rotation equipment of power plant
CN103869139A (en) Voltage anomaly detection device
CN109120208B (en) Apparatus for diagnosis of abnormality and abnormality diagnostic method
US20130187389A1 (en) Method for predictive monitoring of switch contactors and system therefor
RU2578044C1 (en) Device for diagnostics and evaluation of technical state of mechatronic drives
JP2012007924A (en) Insulation diagnostic device of rotating electrical machine
CN109212241A (en) A kind of testing machine method for detecting operation state and device
RU111684U1 (en) AUTOMATED MOTOR TECHNICAL CONDITION CONTROL SYSTEM
KR100905971B1 (en) System and method for on-Line diagnostic of Generator-Motor
KR20130050618A (en) Apparatus for diagnosing electric motor for vehicle and method thereof
RU123167U1 (en) TACHOMETER CHECK UNIT
RU153005U1 (en) ELECTRIC TRUCK ENGINE DIAGNOSTIC SYSTEM
RU2804260C1 (en) Method and device for monitoring temperature and vibration of electrical machinery
JP2019070536A (en) Gear diagnostic device and gear diagnostic method
RU219490U1 (en) PORTABLE STAND FOR DIAGNOSTICS OF SENSORS AND MEASURING CHANNELS OF ROTATION FREQUENCY CONTROLLERS OF ROTATING BODIES
RU2727386C1 (en) Device for diagnostics and evaluation of residual life of electric motors

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171115