Устройство диагностирования в реальном времени системы электродвижения судна

Изобретение относится к диагностике технического состояния двигателей и может быть использовано для диагностирования асинхронного двигателя, используемого в судовой системе электродвижения. Согласно изобретению устройство диагностирования в реальном времени системы электродвижения судна содержит аналого-цифровой преобразователь, контроллер и пульт оператора. Контроллер включает в себя блок идентификации параметров объекта диагностирования (ОД); эталонную модель ОД; блок вычисления текущих параметров ОД; блок хранения текущих состояний ОД; блок классификации состояния ОД; блок прогнозирования. Принятие решения о состоянии ОД осуществляется на основании сравнения его текущих параметров и параметров эталонной модели. Благодаря этому анализ тенденции изменения этих параметров позволяет сделать прогноз о зарождении и развитии дефектов ОД, что повышает надежность работы двигателей в реальном времени. 1 ил.

 

Изобретение относится к диагностике технического состояния двигателей, в частности к применению вейвлет-анализа для диагностирования асинхронного двигателя, используемого в судовой системе электродвижения.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Для решения задачи поиска дефекта следует иметь информацию о всех тех величинах, которые необходимы для определения места дефекта с заданной точностью.

Хранение текущих состояний объекта диагностирования дает возможность провести оценку тенденции изменения параметров состояния диагностируемого объекта и тем самым осуществить прогнозирование его остаточного ресурса.

На основании этого делается заключение о степени отклонения от идеальных параметров, что позволяет определить вид дефекта. Результат работы выводится на пульт оператора.

Устройство диагностирования в реальном времени системы электродвижения судна включает в себя аналого-цифровой преобразователь (АЦП), пульт оператора, контроллер, на котором реализованы блок идентификации параметров объекта диагностирования (ОД), эталонная модель ОД, блок вычисления текущих параметров ОД, блок классификации состояния ОД, блок хранения текущих состояний ОД и блок прогнозирования, отличающееся тем, что измеренные во времени параметры двигателя преобразуются в вейвлет-коэффициенты и анализируется их дисперсия в разных масштабах и по изменению делается заключение о наличии зарождающихся или развивающихся дефектов двигателя, при этом оценка изменений осуществляется относительно неизменных параметров эталонной модели, в режиме реального времени, которые были определены на этапе идентификации с использованием фильтра Калмана.