Яблоков А.Е. Федоренко Б.Н., Латышев М.А.
Аннотация. Для обеспечения безопасной эксплуатации технологического оборудования, перехода к стратегии технического обслуживания по фактическому состоянию необходимо иметь доступные и эффективные системы технического мониторинга. Разработанная в МГУПП система СТМ-12Т обеспечивает мониторинг, диагностику и защиту технологических машин роторного типа по параметрам вибрации, температуры, шума и потребляемого тока. Функция беспроводной передачи измеренной информации в базу данных позволяет накапливать и анализировать диагностическую информацию. Проводятся исследования по применению современных методов классификации технического состояния машин с использованием искусственных нейронных сетей.
Ключевые слова. Технологические машины, технический мониторинг, диагностика, средства мониторинга и защиты, техническое обслуживание
TECHNICAL MONITORING, DIAGNOSTICS AND PROTECTION OF EQUIPMENT
Yablokov A.E. Fedorenko B.N., Latyshev M.A.
Abstract. To ensure safe operation of process equipment, the transition to a strategy of maintenance based on the actual condition, it is necessary to have accessible and effective systems of technical monitoring. The STM-12T system developed at MSUPP provides monitoring, diagnostics and protection of rotary-type technological machines according to the parameters of vibration, temperature, noise and consumed current. The function of wireless transmission of measured information to the database allows accumulating and analyzing diagnostic information. Research is carried out on the application of modern methods of classification of the technical condition of machines using artificial neural networks.
Keywords. Technological machines, technical monitoring, diagnostics, monitoring and protection tools, maintenance
Вопросы рационального технического обслуживания оборудования комбикормового предприятия являются актуальными по ряду причин. Во-первых, техническое состояние производственных фондов предприятия определяет техногенную безопасность производства. Внезапная поломка оборудования может привести к серьезным авариям на производстве. Во-вторых, техническое состояние машин непосредственно влияет на количественные и качественные показатели готовой продукции. Затраты на эксплуатацию оборудования являются текущими затратами предприятия, их снижение положительно сказывается на прибыли.
Для предотвращения аварийных ситуаций на производстве и поддержания оборудования в работоспособном состоянии используются различные стратегии управления техническим обслуживанием и ремонтами (ТОиР). Основные из них представлены на рис.1. Выбор стратегии должен определяться уровнем критических последствий, возникающих в результате отказа оборудования.
На комбикормовых заводах преимущественно используются два вида ТО: реактивное обслуживание (после выхода из строя) и по регламенту (система плановых предупредительных ремонтов (ППР)). Оба метода имеют свои недостатки. В случае эксплуатации оборудования до выхода из строя возникают незапланированные простои производства вследствие аварийной остановки оборудования. Применение системы ППР в большинстве случаях экономически неоправданно т.к. базируется на усредненных нормативах и имеет высокую трудоемкость.
Стратегия проактивного технического обслуживания заключается в обеспечении максимально возможного межремонтного срока эксплуатации оборудования за счет применения современных технологий обнаружения и подавления источников отказов. Внедрение такой стратегии предполагает использования автоматизированных систем управления ТОиР для документирования отказов оборудования и сервисных мероприятий для последующего статистического анализа причин и последствий поломок с целью их предотвращения в дальнейшем.
Наиболее прогрессивной и экономически оправданной формой эксплуатации оборудования является стратегия обслуживания по техническому состоянию. Однако для ее внедрения необходимо наличие системы мониторинга и диагностики оборудования, устройств сигнализации о возможных неисправностях в машинах при их эксплуатации [1,2].
Рисунок 1 — Основные стратегии управления ТОиР
Отечественный и зарубежный опыт эксплуатации технологического оборудования в различных отраслях промышленности показывает, что внедрение методов и средств технической диагностики является одним из важнейших факторов повышения экономической эффективности использования технологического оборудования. Современные методы и средства мониторинга и диагностики позволяют выявлять дефекты на ранней стадии их развития, что способствует предупреждению отказов и аварий, позволяет поддерживать эксплуатационные показатели в установленных пределах, более полно использовать ресурс машин, благодаря переходу от технического обслуживания по регламенту к обслуживанию по состоянию. Различные методы технического диагностирования успешно используются различных отраслях промышленности. Несмотря на высокую эффективность современных систем технического контроля на комбикормовых предприятия они еще не нашли широкого применения по причинам высокой стоимости и сложности существующих на рынке средств мониторинга.
В Московском государственном университете пищевых производств (МГУПП) на кафедре «Пищевая инженерия» проводится работа по созданию системы технического мониторинга и диагностирования технологических машин пищевых предприятий [2]. Исследования показали, что для анализа технического состояния машины в процессе ее функционирования наиболее универсальными и информативными диагностическими параметрами являются вибрационные, акустические, тепловые и электротехнические. Контроль и анализ значений этих параметров (диагностических признаков) позволяет судить о техническом состоянии машины, зарождении и развитии дефектов. Исследования, проведенные на комбикормовом заводе [2,3], показали высокую эффективность применения методов функционального вибродиагносирования для оборудования роторного типа (молотковых дробилок, вентиляторов, компрессоров, смесителей и пр.) при определении таких дефектов как, дисбаланс ротора, дефекты муфт, подшипников, ременных и зубчатых передач и пр.
По результатам исследований разработана стационарная система технического мониторинга и диагностики оборудования роторного типа. Система предназначена для контроля в режиме реального времени технического состояния ответственных, тяжело нагруженных машин с одним или двумя роторами (валами) и механической передачей (молотковые дробилки, вентиляторы, воздуходувки, компрессоры, вальцовые дробилки, редукторы и пр.). Функциональная схема системы мониторинга молотковой дробилки представлена на рис. 2.
Рисунок 2 — Функциональная схема системы технического мониторинга и диагностики молотковой дробилки
Основой системы является 12-ти канальный прибор СТМ-12Т, который в режиме реального времени измеряет и математически обрабатывает различные физические параметры (диагностические признаки), сопровождающие работу машин (вибрацию, температуру, уровень излучаемого шума, значение потребляемого тока фазой электродвигателя, обороты вала). В качестве первичных средств измерения используются цифровые датчики вибрации, температуры, тока, звука и оборотов. Датчики вибрации и температуры, как правило, устанавливаются на подшипниковых узлах машины и для удобства подключения объединены в один корпус, который с помощью винта крепится к поверхности. Датчики подключаются к прибору по протоколу RS232 с максимальной длиной кабеля – 15 метров. Мониторинг состояния оборудования и допусковый контроль осуществляется по интегральным характеристикам (среднее квадратическое значение (СКЗ)) виброскорости, потребляемого тока фазой электродвигателя, излучаемого звука и температуры подшипниковых узлов машины.
Контроль осуществляется путем сравнения текущих значений диагностических признаков с предельно допустимыми значениями (ПДЗ). В результате сравнительного анализа состояние машины относится к одному из трех классов «Норма», «Требуется осмотр» или «Аварийное состояние». В последнем случае включается световая и звуковая сигнализации, обеспечивается аварийное отключение машины. Измеренная информация с прибора по радиоканалу (GSM/GPRS) передается на сервер в базу данных (БД) для дальнейшей статистической обработки и углубленного анализа.
Обладая невысокой стоимостью, система имеет широкий функционал. Основные функциональные возможности системы представлены в таблице.
Таблица — Технические возможности прибора СТМ-12Т
Система имеет гибкие настройки. Для каждого контролируемого параметра устанавливаются свои ПДЗ диагностических признаков, настраиваются флаги включения световой и звуковой сигнализации, отключения машины в случае превышения предельных значений. Информация о работе машины выводится на дисплей и дублируется световыми индикаторами. Система мониторинга (прибор СТМ-12Т и средства автоматизации включения сигнализации и защитного отключения) может быть смонтирована в силовой щит автоматики. Вариант такого монтажа представлен на рис. 3.
Рисунок 3 — Вариант монтажа прибора СТМ-12Т системы мониторинга в щит автоматики
Процедура диагностирования подразумевает более детальный анализ спектрального состава вибрации, шума, потребляемого тока и требует значительных вычислительных ресурсов, которые могут быть обеспечены посредством «облачных» технологий на удаленном сервере. Для этой цели прибор СТМ-12Т снабжена функцией телеметрии и позволяет ежеминутно посредством встроенного GSM-модема передавать в базу данных (БД) на ftp-сервер измеренную диагностическую информацию. Подключив несколько систем к одной БД можно обеспечить сбор большого объема статистической информации как по однотипному оборудованию, работающего в одинаковых или различных условиях, так и по оборудованию различного типа и назначения. Собранная информация относится к типу «Большие данные» (Big Data). Доступ заинтересованных лиц к накопленной в БД информации обеспечивается по сети Internet посредством WEB-интерфейса.
В настоящее время в МГУПП проводятся исследования по использованию новых методов классификации технического состояния оборудования с использованием технологии искусственных нейронных сетей, нечеткой логики, статистического анализа большого объема диагностической информации [4].
Система мониторинга может использоваться как дополнительная опция к новому оборудованию, так и в варианте дооснащения уже функционирующих машин. Система мониторинга достаточно универсальна, имеет гибкие настройки и подходит для различных машин роторного типа.
МГУПП приглашает к сотрудничеству всех заинтересованных лиц, заинтересованных во внедрении данной системы на производстве. Более подробная информация на сайте системы www.stm2.ru
Выводы
- Мониторинг и техническая диагностика являются эффективным инструментом совершенствования технического обслуживания, повышения надежности и безопасной эксплуатации оборудования комбикормового производства;
- Наиболее доступными, информативными и универсальными диагностичесчкими параметрами являются параметры температуры, вибрации, излучаемого шума и мгновенных значений потребляемого электродвигателем тока;
- Разработана универсальная система мониторинга технического состояния оборудования роторного типа с возможностью допускового контроля и защитного отключения машины в случае превышения ПДЗ контролируемых параметров;
- Перспективными являются работы по созданию распределенной интеллектуальной системы мониторинга и технического диагностирования оборудования с использованием IT-технологий удаленного доступа посредством сети Internet. Для дальнейшей обработки и анализа диагностической информации используются статистические методы анализа данных и технологии искусственных нейронных сетей.
Литература.
- Надежность машиностроительной продукции: Практическое руководство по нормированию, подтверждению и обеспечению. –М.: Издательство стандартов, 1990. –328 с.
- Яблоков А.Е. Техническая диагностика оборудования: перспективные методы и средства. // Комбикорма. 2013. №5. — С. 57–59.
- Терехин С.Ю. Разработка методики и системы вибродиагностики технологического оборудования для производства комбикормов. Дис…. канд. техн. наук, – М., 2014. 159 С.
- Яблоков А.Е. Нейросетевые технологии в задаче мониторинга машин комбикормового производства. // Хранение и переработка сельхозсырья. 2015. № 6. с. 41-44.