Любое работающее вращающееся оборудование вибрирует. Причем для каждого механизма существует свой определённый набор характерных частот вибрации, который позволяет обеспечить диагностику, как механизма в целом, так и его составных частей. Вибродиагностику применяют для широкого спектра оборудования, например, насосов, вентиляторов, механизмах буровых установок, качалок, компрессоров.
Рис. 1
Какие существуют подходы к вибродиагностике?
-
Периодическая вибродиагностика, заключается в периодическом съеме показаний вибрации с помощью переносного оборудования, выполняются вручную, часто требует останова оборудования, для установки датчиков. После чего производится запуск оборудования и проведение измерений на определённых для этого частотах. Данные, полученные в результате измерения, сравниваются с данными из предыдущих измерений и анализируются изменения, на основании анализа выдаётся заключение о состоянии оборудования. Основной недостаток метода, нет возможности оценки состояния механизма между периодами. Быстро развивающиеся проблемы в механизме могут быть не выявлены и привести к выходу из строя оборудования и внеплановым простоям производства. Кроме того, необходимо устанавливать большое количество датчиков для съема максимума данных по механизму. И сама такая диагностика занимает по нескольку часов на единицу оборудования.
-
Непрерывная вибродиагностика – производится с помощью стационарных систем вибродиагностики, измерения производятся автоматически с периодичностью, измеряемой в секундах. Оборудование и его отдельные узлы всегда находятся под контролем, любые изменения в состоянии фиксируются и непрерывно анализируются. По существу в каждый момент времени, можно точно знать состояние оборудования и определять возможные проблемы заблаговременно. Что по существу является ключевым фактором для работы систем предиктивной диагностики и автоматизации технического обслуживания и ремонта (ТОиР). При этом требуется меньше точек измерения и соответственно датчиков, чем при периодической вибродиагностике.
Как работает стационарная система вибродиагностики?
Для примера возьмём SIPLUS CMS1200 -эта система сочетает три основных метода анализа:
-
Характеристический – основан на анализе среднеквадратичных значений виброскорости и среднеквадратичных значений виброускорения, кроме того, используется дополнительный анализ параметра состояния подшипников качения DKW. Анализ этих показателей позволяет судить об общем состоянии механизма в точке измерения и, сравнивая с заданными уставками, определять наличие нарастающих неисправностей о которых сигнализировать оператору оборудования, простыми визуальными сигналами. Основные сигналы: рабочий режим, достижение уровня предупреждения, достижения уровня аварии.
-
Частотно-селективный - основан на анализе частотного спектра и даёт возможность определить возможные причины нарастающей проблемы. Каждое механическое повреждение имеет собственный частотный спектр. А амплитуда позволяет определить степень повреждения и сделать выводы об оставшемся сроке службы. Решающую роль в этом случае играют собранные данные.
Рис. 2
Преобразование частотного сигнала с помощью быстрого преобразования Фурье в спектр.
- Экспертный метод – основан на потоковом анализе данных с помощью программного обеспечения, например, Х-Tools. Что даёт возможность использовать исходные данные для построения моделей анализа, точно соответствующих конкретному механизму и обеспечить высокий уровень автоматизации работы специалистов по вибродиагностике.
Какие датчики лучше применять проводные или беспроводные?
Всё зависит от условий эксплуатации и применения, но в большинстве случаев предпочтение отдаётся проводным датчикам. Конечно, беспроводной датчик выглядит перспективно, его главное достоинство – отсутствие прокладки кабелей. Но главный недостаток беспроводных датчиков, кроме цены самого датчика, являются его элементы питания. В среднем многие производители заявляют о том, что срок службы элемента питания составляет 5 лет, но это в случае, если производится, например, одно измерение в день. Если измерений производится больше, то срок службы элемента питания резко снижается, тоже самое происходит и в случае отрицательных температур. И при активной эксплуатации, придётся часто менять элементы питания с разборкой датчика, остановкой оборудования, а в случае, например, с буровой установкой ещё и в не самых комфортных полевых условиях. А для взрывозащищённых датчиков, элементы питания незаменяемые, придётся полностью менять датчик. Также есть вопросы с размерами самого датчика, беспроводные в среднем более габаритные чем проводные варианты. Случаются вопросы и с электромагнитной совместимостью. Есть ещё такой тонкий момент, это совместимость беспроводных датчиков разных производителей, обычно она отсутствует. У проводных датчиков – один недостаток, это прокладка кабеля. В остальном – это лучший вариант, не требует обслуживания в рамках поверочного интервала, большой диапазон рабочих температур, обычно от -50 до +100, но есть и с расширенным диапазоном, совместимость датчиков различных производителей в рамках одного интерфейса, например, IEPE/ISP, могут подключаться как к стационарным системам, так и к переносным.
Возможно ли использование стационарной системы вибродиагностики без использования внешнего программного обеспечения и как интегрировать систему в цифровую среду предприятия?
Если рассматривать SIPLUS CMS1200, то да, система может использоваться без внешнего аналитического программного обеспечения, только за счет встроенного ПО, доступ к которому осуществляется через web-сервер. Встроенное ПО даёт возможность использовать как характеристический метод анализа, так и частотно-селективный. При возникновении необходимости, систему можно также подключать к внешнему ПО, без какой-либо доработки.
Для интеграции с любыми уровнями цифровых систем, используется встроенный OPC UA сервер как в самих модулях вибродиагностики, так и в управляющем контроллере S7-1200. Физическое подключение к модулю осуществляется через встроенные порты Ethernet. Связь с контроллером осуществляется по внутренней шине, что обеспечивает высокий уровень кибербезопасности, путём разделения контроллера и входных портов модуля на уровне внутреннего интерфейса.
Также система может быть легко интегрирована с различными IoT устройствами.
Возможно ли полностью сделать автоматическую систему вибродиагностики?
Однозначного ответа здесь нет. С одной стороны, полностью настроенная система вибродиагностики даёт достаточно высокую точность при характеристическом анализе, что позволяет предупредить аварийные выходы из строя оборудования в автоматическом режиме. С другой стороны, использование частотно-селективного метода анализа требует работы специалистов по вибродиагностике. Да, стационарная система вибродиагностики позволяет на порядок увеличить эффективность работы вибродиагноста, но полностью заменить на данном уровне не сможет.
Возможно ли использовать искуственный интеллект, например, машинное обучение и нейросети для задач вибродиагностики?
Возможности искусственного интеллекта сейчас активно внедряется во всех областях деятельности человека. И конечно было бы весьма интересно применить нейросети в анализе данных вибрации. Важным моментом использования нейросетей является их обучение, обучение производится с помощью наборов данных, так называемых data set. И вот с этими наборами данных есть сложности, такие наборы данных должны создаваться для конкретных механизмов, причём для всех режимов работы и данными анализа правильно/неправильно, и если правильно, то насколько правильно. Это весьма трудоёмкая процедура и длительная по времени, хотя и возможная. Поэтому на данный момент возможности искусственного интеллекта для потокового анализа вибраций используют в очень ограниченных случаях. Но вот, где есть возможность использовать искусственный интеллект, так это в рамках предиктивной аналитики. Где уже идёт анализ обработанных данных вибродиагностики с учётом исторических данных по предупреждённым случаям выхода из строя и обработкой сопутствующих данных, например, из системы АСУ ТП. Вот здесь использование ИИ, позволяет получить эффект и возможность оптимизации параметров систем вибродиагностики. При этом постоянное накопление данных позволит все точнее и точнее определять время оставшейся работы оборудования и его узлов.
В заключении хотелось бы сказать, что применение систем вибродиагностики интересная и многогранная тема, позволяющая создать необходимые условия, для максимально эффективного использования оборудования.
