Материал: АСКВ2 БУ max90-ru_v1.20
Модули мобильной системы X90
5.4.1.6.1.2 Традиционные методы мониторинга состояния
•Обычно доступны большие объемы данных измерений и процессов, которые не используются для мониторинга состояния (CM). Выявление связей и соотношений параметров процесса с прочими параметрами мониторинга состояния зачастую требует больших усилий.
•Системы для мониторинга состояния развертываются в виде «изолированных приложений». В таких случаях за мониторинг состояния отвечают изолированные датчики и измерительные системы с отдельным аппаратным и программным обеспечением.
•Разнообразие систем может привести к значительным сложностям при их эксплуатации на производстве. Наличие различных программных решений усложняет задачу, поскольку предполагает отдельные интерфейсы и оборудование для каждого метода и инструмента мониторинга состояния.
•Во многих случаях нет источника экспертных знаний о конкретной системе. Пользователям зачастую не хватает опыта для полноценной работы с особо сложными инструментами настройки.
Использование модуля X90CM480 совместно со стандартными модулями компании B&R обеспечивает следующие преимущества:
•Простота обмена данными технологического процесса и мониторинга состояния
•Простая интеграция параметров в общий процесс
•Модульная конструкция
5.4.1.6.1.3 Обзор методов мониторинга состояния
Метод |
Краткое описание действий |
Доступные сигналы/интерфейсы |
|
Определение состояния охлаждающих и сма- |
Количественный анализ продуктов износа (фильтрация, |
|
|
зочных материалов, |
магнитные уловители, феррография, спектральный анализ |
|
|
визуальная оценка, фильтрация, феррография, |
масла, подсчет частиц), полученных из смазочного масла |
|
|
магнитное обнаружение, спектроскопия, |
или охлаждающей жидкости. |
|
|
анализ радиоактивных следов. |
Регулярный отбор проб в соответствии с установленным |
|
|
|
графиком или часами работы. |
|
|
|
Количественное сравнение образцов. |
|
|
Температурная диагностика. |
Сбор данных о температуре с помощью датчиков с различ- |
При наличии подходящих измеритель- |
|
Датчики температуры, термометрия, |
ными физическими режимами работы. |
ных систем эти методы мониторинга |
|
измерение инфракрасного излучения. |
Сбор данных о распределении температуры посредством |
||
состояния можно использовать в рам- |
|||
|
регистрации инфракрасного излучения. |
||
|
ках системы B&R, передавая данные на |
||
Анализ акустического излучения. |
Измерение звука, передаваемого по воздуху — от инфра- |
||
аналоговые/дискретные входы или че- |
|||
Измерение звука, передаваемого по воздуху, |
звука до ультразвука — с помощью микрофона. |
рез модули контроллера шины. |
|
анализ импульсов, |
Настройка микрофона для определения источника излуче- |
||
|
|||
анализ изменения плотности импульсов, |
ния. |
|
|
измерение звукового давления, определение |
Распознавание микроповреждений (трещин) и т. д. путем из- |
|
|
источника излучения звука. |
мерения проходящих высокочастотных звуковых волн. |
|
|
Измерение вибрации. |
Виброакустическая диагностика. |
|
|
Измерение звуков, распространяющихся в твер- |
Измерение звуков, распространяющихся в твердом теле в |
|
|
дом теле, анализ FFT, анализ гармоник, мо- |
местах крепления подшипников и т. д. с помощью акселеро- |
|
|
дальный анализ. |
метров, их анализ и оценка. |
|
|
Электрические параметры, анализ тока двигате- |
Регистрация электротехнических параметров и их анализ с |
Эти методы мониторинга состояния |
|
ля, |
точки зрения мониторинга состояния. |
можно использовать в рамках системы |
|
измерение сопротивления изоляции. |
|
B&R, передавая необходимые данные |
|
|
|
на аналоговые/дискретные входы, че- |
|
|
|
рез модули контроллера шины или при- |
|
|
|
водные системы B&R (функционал за- |
|
|
|
висит от конкретной системы). |
Мобильная система управления X90 Руководство пользователя V 1.20 - Перевод руководства |
241 |
Модули мобильной системы X90
5.4.1.6.2 Технологии измерения вибрации
5.4.1.6.2.1 Датчики
Датчики колебаний преобразуют механические колебания отслеживаемого оборудования в электрические сигналы.
По большей части измеряется корпусной шум, то есть звук, который распространяется в твердом теле.
Ускорение в рамках мониторинга состояния обычно измеряется с помощью пьезоэлектрических датчиков. В применяемых датчиках колебаний используются пьезоэлектрические свойства кварца или определенных видов керамических материалов. Фактически измеряется сила, которая пропорциональна ускорению.
Пьезоэлектрический эффект приводит к разделению заряда в результате воздействия силы на пьезоэлектрический материал. Разделение пропорционально силе и, соответственно, ускорению. В качестве пьезоэлектрика используются пьезоэлектрический кварц или пьезоэлектрические керамические материалы. Выходной сигнал — электрический заряд в пКл (пикокулоны). Для преобразования заряда в сигнал напряжения необходим усилитель.
Технология Integrated Electronics Piezo Electric (IEPE), используемая в датчиках B&R, позволяет усилить сигнал непосредственно в датчике и передать его как низкоомный сигнал напряжения. Чувствительность датчика указана в мВ/g.
1 g = 9.81 м/с2 (гравитационное ускорение)
Информация:
Пьезоэлектрические датчики не могут измерять параметры, значение которых не изменяется.
Базовая конструкция
В датчике сжатия пьезоэлектрический кристалл удерживается между сейсмической массой и основанием датчика. В зависимости от ускорения сила, действующая на кристалл, увеличивается или уменьшается. Чем больше сейсмическая масса, тем больше выходной сигнал.
Датчики этой конструкции могут иметь очень высокую жесткость и, соответственно, высокую резонансную частоту.
Факторы, влияющие на работу датчика
Положение при монтаже — предпочтительный вариант
Датчики колебаний могут быть установлены в любом месте. Положение датчика обычно обусловлено самой задачей измерения. Тем не менее, у датчиков колебаний есть предпочтительное направление измерения. Обычно оно указано на корпусе датчика.
Колебания, перпендикулярные оси датчика, также воздействуют на него. Их можно скомпенсировать с помощью соответствующих конструктивных мер и выбора подходящего пьезоэлектрического кристалла.
Положение при монтаже
Датчик колебаний B&R 0ACS100A.00-1 предназначен для измерений по продольной оси; датчик 0ACS100A.90-1 — для измерений по поперечной оси.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0ACS100A.00-1 |
0ACS100A.90-1 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
242 |
Мобильная система управления X90 Руководство пользователя V 1.20 - Перевод руководства |
Модули мобильной системы X90
Перекрестная чувствительность
На датчик воздействуют колебания во всех направлениях. Датчик преимущественно воспринимает колебания в основном направлении, указанном на его корпусе. Колебания, отклоняющиеся от основного направления, также регистрируются датчиком. Их вклад в общий сигнал зависит от конструкции датчика.
Кабели
При прохождении сигнала через разъем могут возникать такие ошибки, как шум, замыкания через цепь заземления и искажения. Это особенно важно при передаче зарядов, поскольку системный шум зависит от емкости кабеля.
Внутренняя электроника датчика, использующая технологию IEPE, формирует на выходе датчика низкоомный сигнал высокого напряжения.
Эта технология хорошо подходит для передачи сигналов по длинным линиям.
Блок питания обеспечивает постоянный ток для питания электроники IEPE в датчике. Максимальная частота, которая может передаваться через измерительный провод без значительных потерь, зависит от длины кабеля, емкости кабеля и соотношения между выходной амплитудой и постоянным током.
Информация:
Максимальная длина кабеля B&R 0ACCxxx0.01-1: 100 м
Влияние температуры
Все пьезоэлектрические материалы демонстрируют явный пироэлектрический эффект. Он обуславливает изменение электрической поляризации сегнетоэлектрических материалов при изменении температуры. Этот эффект нежелателен, поскольку он часто приводит к разделению зарядов при измерении колебаний. Они возникают из-за изменения температуры, а не из-за механических колебаний в измеряемом объекте.
Конструкционные особенности помогают уменьшить этот эффект. Помехи, внесенные изменением температуры, суммируются и могут быть учтены в коэффициенте передачи помех.
Температурный дрейф
Значения, указанные в технических характеристиках датчика, соответствуют переходной характеристике при изменении температуры для нижней предельной частоты электрического сигнала fu = 1 Гц.
Изменения температуры, как правило, происходят с низкой частотой, поэтому они вызывают помехи в области низких частот ниже f = 10 Гц.
Помехи
В непосредственной близости от электромеханического оборудования, такого как двигатели и генераторы, электромагнитные переменные поля и связанные с ними индукция и магнитострикция оказывают влияние на датчик. Однако экранирование и технология IEPE значительно снижают этот эффект.
Эффект влияет на коэффициент передачи помех и рассчитывается для магнитного потока плотностью 0,01 Тл и частотой 50 Гц.
Информация:
Основания датчиков B&R изолированы. При использовании датчиков других производителей важно обращать внимание на изоляцию/экранирование, чтобы минимизировать помехи. Это позволяет избавиться от помех на частоте первой или второй гармоники тока в сети.
Линейность
Пьезоэлектрический датчик имеет линейную ЧХ в широком диапазоне частот.
Мобильная система управления X90 Руководство пользователя V 1.20 - Перевод руководства |
243 |
Модули мобильной системы X90
Частотная характеристика
Частотная характеристика датчика определяется его механической конструкцией. Решающее значение здесь имеют сейсмическая масса, жесткость внутренней структуры и конструкция датчика.
Чувствительность ведет себя линейно в широком диапазоне частот. Она значительно возрастает только при приближении к резонансной частоте. Поскольку при приближении к резонансной частоте может происходить неправильная интерпретация показаний, резонансная частота должна быть высокой.
Чувствительность [дБ]
50 |
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
–10 |
|
|
|
|
|
–20 |
|
|
|
|
|
–30 |
|
|
|
|
|
–40 |
|
|
|
|
|
–50 1 |
10 |
100 |
1000 |
10 000 |
100 000 |
Частота [Гц]
Рисунок 63: Частотная характеристика датчиков B&R 0ACS100A.00-1 и 0ACS100A.90-1
244 |
Мобильная система управления X90 Руководство пользователя V 1.20 - Перевод руководства |
Модули мобильной системы X90
Установка датчиков
Подключить датчики к объекту измерения можно различными способами. Способ установки имеет решающее значение для качества измерений.
Чтобы можно было надлежащим образом передать на датчик все подлежащие измерению частотные составляющие, необходимо обеспечить надежное подключение датчика к механическому компоненту.
Части оборудования могут подвергаться температурному расширению и деформации, в результате чего основание датчика может не полностью прилегать к поверхности, на которую он установлен. Это повлияет на качество измерения.
Рисунок 64: Температурная деформация части оборудования (изображена в преувеличенной форме)
Информация:
Для обеспечения оптимального качества измерения монтажная поверхность должна быть как можно более плоской, а датчик должен полностью соприкасаться с ней.
Для повышения качества измерения необходимо обеспечить жесткое соединение датчика с объектом измерения. Поэтому защитные крышки и пластиковые детали не подходят для крепления датчиков.
Установить датчики можно следующими способами:
Шпилька |
Изоляционный фланец |
Магнитный фиксатор |
Клейкая прокладка |
Прямое склеивание |
Рисунок 65: Обзор способов установки датчика
Наиболее предпочтительным способом крепления датчика является винтовое соединение, поскольку оно обеспечивает минимальный уровень затухания колебаний между датчиком и поверхностью измерения.
Обычно датчик прикручивается к объекту измерения с помощью шпильки (входит в комплект поставки). Шпилька — это установочный винт, изготовленный из специальных материалов, которые обеспечивают оптимальную передачу колебаний.
Если место установки хорошо подготовлено, а датчик прикручен правильно, то можно без существенных потерь передавать частоты приблизительно до 10 кГц.
Информация:
Для обеспечения достаточного качества измерений B&R рекомендует крепить датчик с помощью винтов.
Мобильная система управления X90 Руководство пользователя V 1.20 - Перевод руководства |
245 |