CC BY
30
УДК 004.891.3
СОЗДАНИЕ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРИ ПОМОЩИ
LABVIEW
А.Е. Козярук, Ю.Л. Жуковский, А.А. Коржев
Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г. В. Плеханова (технический университет), г. Санкт-Петербург
^yMbicma Kawemmi e^memdi Kypaumbm wohb OHM KOMmwmepee mycipemm depeKmep wubrnmbiebwaH KYPbi^eaH 6aedapnaManbi-annapammbiK KewemH Kypydb^ e^eMeciH wacay ycbmbinadbi.
This work presents development of a hardware-software complex consisting of the computer and the device of data gathering, making necessary measurements and transferring them of the computer.
Постановка задачи
Затраты на ремонт и техническое обслуживание вращающегося электрооборудования составляют значительную часть общих эксплуатационных затрат промышленных предприятий. При этом их общая доля в процессе эксплуатации по мере выработки ресурса возрастает. По этому особую важность имеют вопросы связанные с оценкой текущего состояния используемого вращающегося электрооборудования, своевременной диагностики аварийных и предаварийных режимов его работы, оценки остаточного ресурса используемого оборудования. На данный момент перспективным является переход от технического обслуживания по регламенту или по выходу из строя оборудования к обслуживанию по фактическому состоянию. При эксплуатации электрооборудования по фактическому состоянию контроль осуществляется по вторичным параметрам, поэтому эти параметры должны удовлетворять определенным требованиям:
Измерение параметров должно обеспечиваться по возможности простыми, портативными техническими средствами;
50
Диапазон изменения контролируемых параметров в процессе работы механизма от состояния «отличное» до состояния «неудовлетворительное» должен быть достаточно большим для своевременного выявления зарождающихся дефектов и достоверного прогнозирования остаточного ресурса;
Стоимость выполнения работ по контролю вторичных параметров и время их выполнения должны быть существенно ниже, чем при ремонтах;
Высокая достоверность контроля по вторичным параметрам;
Параметры контроля должны быть по возможности универсальны для диагностики одинаковых дефектов однотипного оборудования.
Для перехода с обслуживания и ремонта по регламенту на ремонт и обслуживание по фактическому состоянию необходима тщательная диагностика электрооборудования, причем, чтобы подготовиться к ремонту, желательно обнаружить все дефекты, влияющие на ресурс, задолго до отказа. По этим причинам необходимо применение методов диагностики не только относящихся к категории функциональных, но и позволяющих выявить дефект конкретной части электрооборудования. К тому же методы функциональной диагностики экономически наиболее предпочтительны, так как не требуют даже временного вывода электрооборудования из эксплуатации.
Разрабатываемый комплекс должен быть мобильным и осуществлять диагностику без непосредственного доступа к электрооборудованию. Программа, выполняемая на компьютере, должна, в свою очередь, определенным образом обработать входную информацию и определить наиболее вероятный вид повреждения работающего электропривода или сделать заключение об его исправности. Разрабатываемый метод диагностики электроприводов по электрическим параметрам позволит также хранить на компьютере большие базы данных с информацией об отслеживаемой динамике повреждений электродвигателя с последующим прогнозированием выхода его из строя, а так же использовать искусственные нейронные сети, нечеткую логику и экспертные системы.
Используемое оборудование и программное обеспечение
При разработке системы диагностики планируется использовать: среду графического программирования - LabVIEW 8.5; модульную систему сбора данных N1 CompactDAQ, а именно модули С - серии N1 9206, N1 9211, N1 9233.
Описание решения.
Возможность создания системы диагностики электроприводов переменного тока основана на том, что любые неисправности
51
электрических машин и механизмов, сопряженных с ними, в конечном итоге приводят к возникновению электромагнитной несимметрии поля в зазоре машины, а, следовательно, к изменению спектрального состава токов и напряжений. Также в качестве критерия для оценки энергетических процессов в реальной машине, обладающей неравномерным полем в воздушном зазоре и, как следствие, имеющей полигармонический состав спектра токов и напряжений, используют сравнение величины потерь мощности на характерных для определенных повреждений частот с эталонными сигналами, полученными на исправном агрегате. Таким образом, анализируя форму графика сигнала тока и мощности на определенном периоде времени можно обнаружить повреждение в электромеханической части электродвигателя и распознать его вид.
Разрабатываемый измерительный комплекс содержит следующие оборудования. 5 - датчик тока; 6 - датчик напряжения; 7 - фильтр низких частот; 8 - устройство сбора данных; 9 - портативный компьютер. Также на рис.1 изображены: 1 - статический силовой преобразователь; 2 -электрический двигатель; 3 - механический преобразователь; 4 - рабочий орган.
Рисунок 1 - Структурная схема диагностического комплекса
Работа комплекса диагностики и оценки остаточного ресурса электроприводов переменного тока реализуется следующим образом. На вход статического силового преобразователя 1 из питающей сети поступает мощность Р преобразователь осуществляет в соответствии с введенным в него заданием у управление координатами скорости, момента и положения электродвигателя 2. С выхода преобразователя 1 сигнал мощности Р1 поступает на вход электродвигателя 2, в котором
52
после преобразования мощность на выходе будет равна P Сигнал мощности P2 поступает на вход механического преобразователя 3, с выхода которого мощность Pn поступает на рабочий орган 4. Сигнал трехфазного напряжения [u(t)] и трехфазного тока [i(t)] с преобразователя 1 поступают на датчики тока 5 и напряжения 6, аналоговый сигнал с датчиков 5 и 6 поступает на вход фильтра низкой частоты 7, также на фильтр 7 от преобразователя 1 поступает сигнал задания у. Отфильтрованные сигналы с выхода 7 поступают на вход устройства сбора данных 8 осуществляющие согласование сигналов и гальваническую развязку, в состав которого входит аналогово-цифровой преобразователь, который преобразует аналоговый сигнал в цифровой и передает его на портативный компьютер (ноутбук) 9. Данные, поступившие на компьютер, вносятся в базу данных и обрабатываются, после чего осуществляется расчет остаточного ресурса электропривода переменного тока.
В связи с необходимостью разработки на базе персонального компьютера программного комплекса диагностики электрооборудования, включающего несколько виртуальных приборов в составе единой аппаратной системы, и допускающего их параллельное использование при реализации планируется использовать оборудование компании National Instruments и среду графического программирования LabVIEW, что позволит создать легко дополняемое программное обеспечение модульного типа, а также осуществлять удаленное управление через сеть Ethernet.
Применение модульной системы сбора данных NI CompactDAQ позволит реализовать измерения с достаточной точностью и быстродействием. Подключение с помощью шины USB к ноутбуку позволит построить мобильную систему способную осуществлять диагностику электроприводов находящихся в труднодоступных местах, без непосредственного доступа к электрооборудованию, так как датчики тока и напряжения подключаются к шкафу управления электроприводом. Модульность данной системы позволит не ограничиваться измерением только электрических величин в случае, когда к диагностируемому оборудованию есть доступ. Применяя различные модули можно расширить диапазон контролируемых параметров, например, дополнительно контролировать температуру и вибрации.
При проектировании программного обеспечения в среде LabVIEW используется блок-схема, изображенная на рис. 2. Модуль сбора данных предназначены для чтения сигналов с измерительных датчиков, а остальные модули выполняют функции обработки, визуализации и регистрации данных.
53
Рисунок 2 - Блок-схема алгоритма программного обеспечения
В блоке настройки эксперимента производится выбор максимального уровня измеряемых сигналов тока и напряжения, ввод номинальных параметров электрооборудования, выбор времени замера. Блок сбора данных осуществляет сбор измеренных сигналов с указанных датчиков и передачу на соответствующие блоки обработки и отображения сигналов. Блок обработки и отображения сигналов содержит следующие составляющие: осциллографы мгновенных значений тока, напряжения и мощности; анализатор качества питающего напряжения; анализатор спектра тока и мощности, который производит преобразование Фурье полученных сигналов; мультиметр отображающий действующие значения мгновенных величин; блок расчета потерь мощности; блок измерения вибраций; блок измерения температуры.
Данные с блока обработки и отображения поступают в ячейки хранения базы данных, в которых хранится информация о предыдущих измерениях, а также эталонные и критические значения сигналов. В следующем блоке происходит обработка данных и сопоставление измеренных значений с эталонными и критическими. После сопоставления информация поступает на блок расчета остаточного ресурса, после чего конечный блок выдает отчет о наличии повреждения в электрооборудовании и рекомендации по его дальнейшему использованию.
Внедрение:
Разрабатываемый комплекс может быть внедрен на предприятиях добычи и переработки нефти, а также на горнодобывающих предприятиях для диагностики электроприводов переменного тока, работающих в сложных условиях, в том числе и когда непосредственный доступ к
54
диагностируемому оборудованию затруднен или невозможен, например, для приводных двигателей горно-транспортных машин, приводных двигателей скважинных погружных насосов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Аврамчук В.С., Бацева Н.Л. Функциональный контроль и диагностика электротехнических и электромеханических систем и устройств по цифровым отсчетам мгновенных значений тока и напряжения. - Томск, 2003.
2. Корпоративный сайт National Instruments http://www.ni.com.
55
