RU195763U1

RU195763U1 - DEVICE FOR MONITORING AND TECHNICAL DIAGNOSTICS OF IMPACT CRUSHER

Info

Publication number: RU195763U1
Application number: RU2019110050U
Authority: RU
Inventors: Александр Евгеньевич Яблоков; Михаил Александрович Латышев; Борис Николаевич Федоренко; Александр Валерьевич Быков; Александр Михайлович Костин
Original assignee: Александр Евгеньевич Яблоков
Priority date: 2019-04-04
Filing date: 2019-04-04
Publication date: 2020-02-05

Abstract

Устройство мониторинга и технической диагностики может быть использовано для контроля технического состояния технологических машин, например, молотковых дробилок для комбикормового производства. Устройство автоматически оценивает техническое состояние машины по нескольким диагностическим признакам (параметрам вибрации, звука, температуры, частоты вращения ротора, потребляемого приводом тока) обеспечивает включение сигнализации и защитное отключение. Это позволяет повысить точность результата диагностики, более эффективно использовать оборудование, избегать аварийных ситуаций на производстве.Согласно изобретению в устройстве используется два микроконтроллера, связанных между собой коммуникационным интерфейсом, один из которых соединен с датчиками вибрации, звука, тока, температуры, частоты вращения вала, а также с коммутационным аппаратом включения световой и/или звуковой сигнализации и защитного отключения дробилки, а второй соединен с устройствами, обеспечивающими интерфейс с пользователем и другими электронными устройствами. 1 фиг.A monitoring and technical diagnostic device can be used to monitor the technical condition of technological machines, for example, hammer crushers for animal feed production. The device automatically evaluates the technical condition of the machine according to several diagnostic criteria (parameters of vibration, sound, temperature, rotor speed consumed by the current drive) provides an alarm and a protective shutdown. This allows to increase the accuracy of the diagnostic result, to use equipment more efficiently, to avoid industrial accidents. According to the invention, the device uses two microcontrollers connected by a communication interface, one of which is connected to sensors of vibration, sound, current, temperature, shaft speed, as well as with a switching device for turning on the light and / or sound alarm and protective shutdown of the crusher, and the second is connected to devices that provide an interface user and other electronic devices. 1 of FIG.

Description

Предлагаемое изобретение относится к устройствам мониторинга и функциональной технической диагностики технологических машин и может быть использовано для контроля текущего технического состояния измельчающего оборудования с электрическим приводом, например, молотковых дробилок для комбикормового производства в процессе их эксплуатации. Применение устройства позволит иметь обслуживающему персоналу объективную картину о текущем техническом состоянии технологических машин, перейти от стратегии планово-предупредительных ремонтов (ППР) оборудования к техническому обслуживанию по его фактическому техническому состоянию, которое определяется по результатам технической диагностики. Кроме того, непрерывный контроль значений диагностических параметров (параметров вибрации, уровня изучаемого шума, температуры, оборотов вала, мгновенных значений тока, потребляемого электродвигателем) функционирующей машины позволит в случае превышения предельных значений диагностических признаков предотвратить аварийные ситуации путем своевременного отключения электрического привода машины посредством коммутационного аппарата, включать аварийную сигнализацию.The present invention relates to monitoring devices and functional technical diagnostics of technological machines and can be used to monitor the current technical condition of grinding equipment with electric drive, for example, hammer crushers for animal feed production during their operation. The use of the device will allow the maintenance personnel to have an objective picture of the current technical condition of technological machines, to switch from a preventive maintenance (PPR) strategy of equipment to maintenance based on its actual technical condition, which is determined by the results of technical diagnostics. In addition, continuous monitoring of diagnostic parameters (vibration parameters, noise level, temperature, shaft revolutions, instantaneous current values consumed by the electric motor) of a functioning machine will allow in case of exceeding the limit values of diagnostic signs to prevent accidents by timely disconnecting the electric drive of the machine through a switching device , turn on the alarm.

Известно устройство диагностики технического состояния дробилки ударного действия содержащее множество датчиков, которые непрерывно отслеживают текущее значения физических параметров, сопровождающих работу дробилки, стационарный компьютер, связанный с датчиками, и графический пользовательский интерфейс, связанный с компьютером. Компьютер интерпретирует сигналы, принятые от датчиков, и визуально отображает состояний дробилки на множестве виртуальных приборах, каждый из которых связан с одним или несколькими сигналами, полученными от датчиков (патент US 7489254 В2, Кл G08B 21/00. 10.02.2009).A device for diagnosing the technical condition of the impact crusher is known, which contains many sensors that continuously monitor the current values of the physical parameters that accompany the operation of the crusher, a stationary computer associated with the sensors, and a graphical user interface associated with the computer. The computer interprets the signals received from the sensors and visually displays the conditions of the crusher on a variety of virtual devices, each of which is associated with one or more signals received from the sensors (US patent 7489254 B2, CL G08B 21/00. 02/10/2009).

Недостатками известного устройства диагностики является использование стационарного компьютера, что предполагает использование дополнительных плат согласования сигналов между датчиками и компьютером. Это усложняет архитектуру и как следствие, снижает надежность и удорожает конструкцию устройства.The disadvantages of the known diagnostic device is the use of a stationary computer, which involves the use of additional signal conditioning boards between the sensors and the computer. This complicates the architecture and as a result, reduces reliability and increases the cost of the device design.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является устройство для функциональной диагностики технического состояния дробилки ударного действия по параметрам вибрации. Устройство для диагностики представляет из себя переносной прибор «Корсар» (производства ООО Виброцентр) на основе микроконтроллера, который соединен с датчиками вибрации. Прибор снабжен устройством ввода информации (клавиатурой), устройствами хранения и отображения диагностической информации, коммуникационным портом для связи с ЭВМ (Л.А. Глебов, А.Б. Демский, В.Ф. Веденьев, А.Е. Яблоков. Технологическое оборудование и поточные линии предприятий по переработке зерна, -М, ДеЛи принт, 2010. С. 70-81).The closest in technical essence and the achieved result to the proposed invention is a device for functional diagnostics of the technical condition of the impact crusher by vibration parameters. The diagnostic device is a portable device "Corsair" (manufactured by Vibrocentre LLC) based on a microcontroller, which is connected to vibration sensors. The device is equipped with an information input device (keyboard), devices for storing and displaying diagnostic information, a communication port for communication with computers (L.A. Glebov, A.B.Demsky, V.F. Vedenev, AE Yablokov. Technological equipment and production lines of grain processing enterprises, -M, DeLi print, 2010. S. 70-81).

Недостатками известного устройства диагностики является неудовлетворительная точность результатов технической диагностики молотковой дробилки, поскольку техническое состояние определяется только по параметрам вибрации объекта контроля, не достаточная надежность устройства т.к. для функций измерения, обработки и отображения информации задействован прибор с одним микроконтроллером. Также недостатком является переносное исполнение устройства, в результате чего диагностика носит эпизодический характер (1-2 раза в месяц), что повышает трудоемкость процедуры диагностики и может привести к пропуску аварийных состояний. В известном устройстве отсутствует возможность аварийного отключения объекта диагностики при возникновении аварийных ситуаций.The disadvantages of the known diagnostic device is the unsatisfactory accuracy of the results of the technical diagnostics of the hammer mill, because the technical condition is determined only by the vibration parameters of the control object, the reliability of the device is insufficient. for the functions of measuring, processing and displaying information, a device with one microcontroller is involved. Another disadvantage is the portable execution of the device, as a result of which the diagnosis is episodic in nature (1-2 times a month), which increases the complexity of the diagnostic procedure and can lead to the omission of emergency conditions. In the known device there is no possibility of emergency shutdown of the diagnostic object in case of emergency.

Целью предлагаемого изобретения является оптимизация технического обслуживания и ремонта оборудования путем перехода к техническому обслуживанию по фактическому состоянию, предотвращение внезапных поломок и, как следствие, снижение вероятности аварий, пожаро- и взрывоопасных ситуаций на производстве.The aim of the invention is to optimize maintenance and repair of equipment by switching to maintenance on the actual condition, preventing sudden breakdowns and, as a result, reducing the likelihood of accidents, fire and explosive situations at work.

В основу изобретения положена задача создать устройство мониторинга и технической диагностики дробилки обеспечивающее получение следующего технического результата: более точная оценка технического состояния дробилки в режиме реального времени по нескольким диагностическим параметрам; повышение надежности устройства мониторинга и диагностики; снижение вероятности возникновения аварийных ситуаций на производстве путем автоматического отключения машины; информирование обслуживающего персонала путем включения световой и звуковой сигнализации.The basis of the invention is the task of creating a device for monitoring and technical diagnostics of the crusher providing the following technical result: a more accurate assessment of the technical condition of the crusher in real time according to several diagnostic parameters; improving the reliability of the monitoring and diagnostic device; reducing the likelihood of industrial accidents by automatically turning off the machine; informing staff by turning on the light and sound alarms.

Для решения поставленной задачи в известном устройстве мониторинга и технической диагностики дробилки ударного действия с электрическим приводом, содержащее датчики вибрации соединенные с прибором на основе микроконтроллера, имеющее устройство ввода, хранения и отображения диагностической информации, коммуникационный порт для связи с ЭВМ, отличающееся тем, что в устройстве используется два микроконтроллера, связанных между собой коммуникационным интерфейсом, один из которых соединен с датчиками вибрации, звука, тока, температуры, частоты вращения вала и коммутационным аппаратом включения аварийной световой и/или звуковой сигнализации и защитного отключения дробилки, а второй соединен с устройствами, обеспечивающими интерфейс с пользователем и передачу информации на другие электронные устройства. Таким образом, совокупность существенных признаков изобретения способствует достижению желаемого технического результата.To solve the problem in a known device for monitoring and technical diagnostics of impact impact crushers with an electric drive, containing vibration sensors connected to a device based on a microcontroller, having an input, storage and display of diagnostic information, a communication port for communication with a computer, characterized in that the device uses two microcontrollers connected by a communication interface, one of which is connected to sensors of vibration, sound, current, temperature, h simplicity of the rotation shaft and a switching unit switching the emergency light and / or audible alarm and tripping the protective crusher, and the second is connected with the devices providing an interface with the user and transmitting the information to the other electronic device. Thus, the set of essential features of the invention contributes to the achievement of the desired technical result.

На фиг. изображена дробилки ударного действия с электрическим приводом (пунктирной линией) и общий вид устройства ее мониторинга и функциональной диагностики.In FIG. depicts impact crushers with an electric drive (dashed line) and a general view of the device for its monitoring and functional diagnostics.

Устройство имеет стационарное исполнение, содержит датчики вибрации (ДВ1, ДВ2, ДВ3, ДВ4), датчик уровня излучаемого звука (ДЗ), датчики температуры (ДТ1, ДТ2, ДТ3, ДТ4), датчик частоты вращения ротора (ДО), датчик мгновенных значений тока, потребляемого электроприводом (ДМТ), соединенные с первым микроконтроллером (МК1), который осуществляет в режиме реального времени измерение, обработку и анализ текущих значений диагностических параметров работы дробилки (температуру и вибрацию корпуса, уровень излучаемого шума, частоту вращения вала, мгновенные значения тока, потребляемого электроприводом). В качестве микроконтроллера может быть использован контроллер цифровой обработки сигналов семейства dsPIC от компании Microchip. Датчики могут иметь цифровой или аналоговый интерфейс. В последнем случае микроконтроллер должен иметь модуль аналого-цифрового преобразования. Выходы микроконтроллера МК1 соединены с коммутационным аппаратом (КА), который обеспечивает включение аварийной звуковой сигнализации (ЗС), световой сигнализации (СС) и аварийное отключение машины посредством устройства защитного отключения (У3O).The device has a stationary design, it contains vibration sensors (ДВ1, ДВ2, ДВ3, ДВ4), a sensor of emitted sound level (ДЗ), temperature sensors (ДТ1, ДТ2, ДТ3, ДТ4), a rotor speed sensor (ДО), a sensor of instantaneous current values consumed by an electric drive (DMT) connected to the first microcontroller (MK1), which real-time measures, processes and analyzes the current values of the diagnostic parameters of the crusher (temperature and vibration of the casing, the level of radiated noise, shaft speed, are instantaneous a current value of consumed electric). As a microcontroller, a digital signal processing controller of the dsPIC family from Microchip can be used. Sensors can have a digital or analog interface. In the latter case, the microcontroller must have an analog-to-digital conversion module. The outputs of the MK1 microcontroller are connected to a switching device (KA), which provides the inclusion of an emergency sound alarm (ZS), a light alarm (SS) and an emergency shutdown of the machine through a residual current device (U3O).

Первый микроконтроллер связан коммуникационным интерфейсом со вторым микроконтроллером (МК2), который обеспечивает интерфейс прибора с пользователем, а также с другими электронными устройствами системы технического мониторинга. Для этого к нему подключены устройства отображения информации (Дисплей), устройство ввода информации (УВ), устройство долгосрочного хранения информации (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), коммуникативный порт (КП) для связи устройства с другими электронными устройствами (ЭУ), например, с ЭВМ, посредством проводного или беспроводного канала связи, блок питания (БП), часы реального времени (Часы RTC). Устройство ввода информации может быть выполнено в виде клавиатуры либо сенсорного дисплея.The first microcontroller is connected by a communication interface to the second microcontroller (MK2), which provides the interface of the device with the user, as well as with other electronic devices of the technical monitoring system. To do this, information display devices (Display), an information input device (HC), a long-term information storage device (ROM) and random access memory (RAM), a communication port (CP) for connecting the device to other electronic devices (EC) are connected to it, for example, with a computer, through a wired or wireless communication channel, a power supply unit (PSU), a real-time clock (RTC clock). The information input device may be in the form of a keyboard or a touch screen.

Устройство работает следующим образом. Оператор с помощью устройства ввода (УВ) вводит в устройство первоначальные установочные данные (текущую дату, время, калибровочные коэффициенты, предельно-допустимые значения диагностических признаков и пр.). При этом установочные данные сохраняются в энергонезависимой памяти прибора (ПЗУ), происходит корректировка значений часов. После включения устройства производится загрузка в первый микроконтроллер (МК1) установочных значений из энергонезависимой памяти (ПЗУ), тестирование датчиков машины ДВ, ДЗ, ДТ, ДО, ДМТ. Далее, с помощью математического алгоритма, заложенного в МК1 определяется режим работы машины путем измерения и анализа текущих значений с датчиков частоты вращения ротора (ДО) и датчика мгновенных значений тока электропривода (ДМТ). В случае детектирования вероятных уровней значений с одного или обоих датчиков устройство переводится в режим мониторинга и функциональной диагностики машины.The device operates as follows. Using the input device (HC), the operator enters the initial installation data (current date, time, calibration factors, maximum permissible values of diagnostic signs, etc.) into the device. In this case, the installation data is stored in the non-volatile memory of the device (ROM), the clock values are adjusted. After the device is turned on, the set values from non-volatile memory (ROM) are loaded into the first microcontroller (MK1), the sensors of the DV, DZ, DT, DO, DMT sensors are tested. Further, using the mathematical algorithm embedded in MK1, the machine operating mode is determined by measuring and analyzing current values from rotor speed sensors (DO) and the sensor of instantaneous values of electric drive current (DMT). In the case of detecting probable levels of values from one or both sensors, the device is switched to the monitoring and functional diagnostics mode of the machine.

Первый микроконтроллер (МК1) непрерывно, в режиме реального времени производит измерения контролируемых физических величин с помощью датчиков, осуществляет математическую обработку значений с целью повышения их достоверности (фильтрацию, усреднение, преобразование Фурье, детектирование огибающей мгновенных значений тока в цепи электродвигателя), рассчитывает значения диагностических признаков и осуществляет операцию математического сравнения текущих значений с заданными предельными значениями. В случае превышения значений диагностических признаков над предельными значениями, посредством коммутационного аппарата (КА) производится включение аварийной звуковой сигнализации (ЗС), световой сигнализации (СС), отключение электропривода машины посредством устройства защитного отключения (УЗО).The first microcontroller (MK1) continuously, in real time, measures controlled physical quantities using sensors, performs mathematical processing of values in order to increase their reliability (filtering, averaging, Fourier transform, detecting the envelope of instantaneous current values in the electric motor circuit), calculates diagnostic values signs and carries out the operation of mathematical comparison of current values with predetermined limit values. In case of exceeding the values of diagnostic signs over the limit values, by means of a switching apparatus (KA), an emergency sound alarm (ZS), a light alarm (SS) are turned on, the electric drive of the machine is turned off via a residual current device (RCD).

Значения диагностических признаков, полученные в результате обработки на первом микроконтроллере (МК1) с заданной периодичностью записываются в базу данных на энергонезависимую память устройства для долгосрочного хранения и дальнейшего анализа. Данные синхронизируются во времени по часам реального времени (Часы RTC). Оператор в любой момент времени может с помощью устройства ввода (УВ) сделать запрос на отображение диагностической информации и просмотреть ее на графическом дисплее. Также возможна корректировка предельных значений диагностических признаков во время работы устройства. Данные посредством коммуникационного порта (КП) могут быть переданы в другие электронные устройства (ЭУ) для дальнейшего хранения, математической обработки и анализа.The values of diagnostic signs obtained as a result of processing on the first microcontroller (MK1) are recorded with a specified frequency in a database on the non-volatile memory of the device for long-term storage and further analysis. Data is synchronized in time by real time clock (RTC clock). The operator can at any time using an input device (HC) make a request to display diagnostic information and view it on a graphic display. It is also possible to adjust the limit values of diagnostic signs during operation of the device. Data through a communication port (CP) can be transferred to other electronic devices (EU) for further storage, mathematical processing and analysis.

Совместное использование датчиков мгновенных значений потребляемого тока, вибрации и звука позволяет программным способом обеспечивать сложные алгоритмы корректировки предельных значений уровней вибрации и звука, в зависимости от нагрузки на молотковую дробилку, избегать ложных срабатываний устройства, когда повышенный уровень вибрации связан с увеличенной нагрузкой, а не с проявлением дефекта.The combined use of sensors for instantaneous values of current consumption, vibration and sound allows you to programmatically provide complex algorithms for adjusting the limit values of vibration and sound levels, depending on the load on the hammer mill, to avoid false alarms of the device when an increased level of vibration is associated with an increased load, and not with manifestation of the defect.

Claims

A device for monitoring and technical diagnosis of an electric drive impact crusher, including vibration sensors connected to a device based on a microcontroller, having a device for inputting, storing and displaying diagnostic information, a communication port for communication with a computer, characterized in that the device uses two microcontroller, interconnected by a communication interface, one of which is connected to sensors of vibration, sound, current, temperature, shaft speed, switching pparatom inclusion of light and / or audible alarm and tripping the protective crusher, and the second is connected with the devices providing an interface with the user and other electronic devices.