RU2464486C1

RU2464486C1 - System of vibration monitoring, protection and diagnostics of technical state of process equipment

Info

Publication number: RU2464486C1
Application number: RU2011142444/06A
Authority: RU
Inventors: Юрий Валерьевич Брусиловский (RU); Юрий Валерьевич Брусиловский
Original assignee: Юрий Валерьевич Брусиловский
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2012-10-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: system comprises automated workstation equipped with computer and colour mnemonic display device of current state of process equipment, and server. Server has the possibility of detecting defects and issuing the recommendations regarding their elimination to automated workstation, as well as the possibility of transferring diagnostic information to automated control system of process equipment through local computer networks of an enterprise. Besides, server is connected through networks and network equipment to conversion and processing unit of vibration monitoring and protection signals and to conversion and processing unit of vibration monitoring and diagnostics signals, which are connected to sensor groups through amplification and coordination units.

EFFECT: higher efficiency of the system, improvement of diagnostics accuracy and evaluation and prediction of technical state of individual elements included in composition of functional assemblies.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для вибрационного контроля, защиты и диагностики технологического оборудования, в частности газоперекачивающих агрегатов (ГПА). В системах, связанных с производством, транспортом и распределением энергоносителей, в частности в газотранспортных системах, актуальной является задача управления риском, т.е. поддержания его значения на уровне, допустимом и обоснованном по экономическим и социальным критериям. Решение этой задачи требует разработки эффективных методов и систем диагностирования ГПА, позволяющих определять те состояния ГПА, которые являются предвестниками критического (аварийного) состояния, и проводить ремонтно-техническое обслуживание ГПА "по фактическому состоянию", облегчая тем самым процесс управления производственными рисками при минимизации финансовых, технических и временных затрат.The invention relates to the field of measuring equipment and can be used for vibration control, protection and diagnostics of technological equipment, in particular gas pumping units (GPU). In systems related to the production, transport and distribution of energy, in particular in gas transmission systems, the urgent task is risk management, i.e. maintaining its value at a level acceptable and justified by economic and social criteria. The solution to this problem requires the development of effective methods and systems for diagnosing GPUs that allow identifying GPA states that are precursors of a critical (emergency) state and carrying out repair and maintenance of GPUs "in actual condition", thereby facilitating the process of managing production risks while minimizing financial , technical and time costs.

Известна подсистема параметрической диагностики ГПА с газотурбинным приводом, включающая датчики контролируемых параметров, соединенные с устройством сбора информации, и блоки, обеспечивающие диагностику проточной части газотурбинной установки (ГТУ) и центробежного нагнетателя (ЦБН), а также определение характеристик температурного поля за турбиной, механизации проточной части, маслосистемы, вибрации, запуска и остановки двигателя, наработки двигателя и агрегатов ГТУ (Газотурбинные технологии. 2002 г., №2, с.20-23).A well-known subsystem for the parametric diagnostics of a gas turbine-driven gas turbine unit including sensors of monitored parameters connected to an information collection device and units for diagnosing the flow part of a gas turbine installation (GTU) and a centrifugal supercharger (CBN), as well as determining the characteristics of the temperature field behind the turbine, flow mechanization parts, oil systems, vibration, starting and stopping the engine, operating hours of the engine and GTU units (Gas Turbine Technologies. 2002, No. 2, p.20-23).

Известная подсистема позволяет локализовать место неисправности только с точностью до функционального узла (осевой компрессор, камера сгорания, силовая турбина и т.д.) и не обеспечивает возможностей для оценивания текущего технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса отдельных элементов в составе функциональных узлов. Кроме того, использование параметрической информации из системы автоматического управления и регулирования ГПА для последующего анализа технических характеристик оборудования в процессе эксплуатации агрегата требует введения сложных процедур алгоритмического диагностирования, предъявляющих повышенные требования к измерительным устройствам. Это существенно снижает эффективность использования таких алгоритмов на большинстве эксплуатируемых ГПА.The well-known subsystem allows you to localize the fault location only up to a functional unit (axial compressor, combustion chamber, power turbine, etc.) and does not provide opportunities for assessing the current technical condition and predicting the residual life of individual elements in the functional units. In addition, the use of parametric information from the automatic control and regulation system of the gas compressor unit for the subsequent analysis of the technical characteristics of the equipment during operation of the unit requires the introduction of complex algorithmic diagnostic procedures that place increased demands on measuring devices. This significantly reduces the efficiency of using such algorithms on the majority of operating GPUs.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.The objective of the present invention is to remedy the above disadvantages.

Технический результат заключается в повышении производительности системы, увеличении точности диагностирования и обеспечении оценки текущего технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса отдельных элементов в составе функциональных узлов.The technical result consists in increasing the performance of the system, increasing the accuracy of diagnosis and providing an assessment of the current technical condition and predicting the residual life of individual elements in the functional units.

Технический результат обеспечивается тем, что система вибрационного контроля, защиты и диагностики технического состояния технологического оборудования включает автоматизированное рабочее место, снабженное компьютером и устройством цветного мнемонического отображения текущего состояния технологического оборудования, и сервер. При этом сервер выполнен с возможностью обнаружения дефектов и выдачи рекомендаций по их устранению на автоматизированное рабочее место, а также с возможностью передачи диагностической информации в систему автоматизированного управления (САУ) технологического оборудования через локальные вычислительные сети предприятия. Кроме того, сервер соединен через сети и сетевое оборудование с блоком преобразования и обработки сигналов вибрационного контроля и защиты и блоком преобразования и обработки сигналов вибрационного мониторинга и диагностики, которые подсоединены к блокам датчиков через блоки усиления и согласования.The technical result is ensured by the fact that the system of vibration control, protection and diagnostics of the technical condition of the technological equipment includes an automated workstation equipped with a computer and a color mnemonic device for displaying the current state of the technological equipment, and a server. At the same time, the server is configured to detect defects and issue recommendations on their elimination to the workstation, as well as the ability to transmit diagnostic information to the automated control system (ACS) of technological equipment through the local computer networks of the enterprise. In addition, the server is connected through networks and network equipment to the unit for converting and processing signals of vibration monitoring and protection and the unit for converting and processing signals for vibration monitoring and diagnostics, which are connected to the sensor units via amplification and matching units.

Техническая сущность настоящего изобретения поясняется иллюстрацией, на которой в виде схемы отображена работа настоящей системы на примере контроля и защиты технологического оборудования ГПА.The technical essence of the present invention is illustrated by an illustration in which the operation of the present system is shown in the form of a diagram using the example of monitoring and protection of GPU processing equipment.

Изображенная на иллюстрации система, в частности, обеспечивает вибрационный контроль, защиту и диагностику технического состояния технологического оборудования ГПА, а именно центробежного нагнетателя (ЦБН) и газотурбинной установки (ГТУ).The system depicted in the illustration, in particular, provides vibration control, protection and diagnostics of the technical condition of the GPU technological equipment, namely, a centrifugal supercharger (CBN) and a gas turbine unit (GTU).

Датчики, размещаемые в корпусе ЦБН, обеспечивают контроль относительной вибрации вала ротора ЦБН ГПА, в частности вертикальной и горизонтальной составляющих виброперемещения, частоты вращения ротора и контроль осевого сдвига ротора. Датчики абсолютной вибрации размещают на корпусе ГТУ, они обеспечивают измерение горизонтальной, вертикальной и осевой составляющих абсолютной вибрации.Sensors located in the housing of the pulp and paper mill provide monitoring of the relative vibration of the rotor shaft of the pulp and paper mill of the GPA, in particular the vertical and horizontal components of vibration displacement, rotor speed and axial rotor shift control. Sensors of absolute vibration are placed on the body of the gas turbine, they provide the measurement of horizontal, vertical and axial components of absolute vibration.

Блок преобразования и обработки сигналов (БПО) вибрационного контроля и защиты позволяет осуществлять вибрационный контроль, формировать управляющие сигналы в САУ агрегата, что гарантирует защиту машин от повышенной вибрации, БПО вибрационного контроля и защиты осуществляет обработку сигналов, поступающих по входным каналам, решает задачи контроля в реальном времени, а также обеспечивает передачу сигнала.The unit for converting and processing signals (BPO) of vibration control and protection allows vibration control, the formation of control signals in the automatic control system of the unit, which guarantees protection of machines from increased vibration, the BPO of vibration control and protection processes the signals received through the input channels, solves the control problem in real time, and also provides signal transmission.

БПО вибрационного контроля и защиты может быть выполнен модульным. При этом каждый модуль может работать автономно. В состав блока могут быть включены блок питания, интерфейсный модуль и модули контроля безопасности.BPO vibration control and protection can be performed modular. In addition, each module can operate autonomously. The unit may include a power supply, an interface module, and safety control modules.

Интерфейсный модуль позволяет осуществлять конфигурирование и экспорт данных, и позволяет устанавливать связь с внешними системами по промышленным сетям передачи данных (TCP/IP Ethernet, MODBUS RTU и пр.).The interface module allows you to configure and export data, and allows you to establish communication with external systems via industrial data networks (TCP / IP Ethernet, MODBUS RTU, etc.).

Модули контроля безопасности являются независимо функционирующими модулями контроля, обеспечивающими решение задач контроля технического состояния и защиты объектов диагностики с помощью модулей ввода/вывода и соответствующих программно-аппаратных средств.Security monitoring modules are independently functioning monitoring modules that provide the solution to the problems of monitoring the technical condition and protection of diagnostic objects using input / output modules and corresponding firmware.

БПО вибрационного мониторинга и диагностики выполнен с возможностью сбора данных и обработки их по алгоритмам вибрационной диагностики. В качестве алгоритмов вибрационной диагностики могут быть использованы: временная выборка, векторный анализ с уставками безопасности, быстрое преобразование Фурье, огибающая сигнала, окна Хеннинга и другая математическая обработка сигналов.BPO of vibration monitoring and diagnostics is configured to collect data and process them using vibration diagnostic algorithms. As vibration diagnostic algorithms, the following can be used: time sampling, vector analysis with safety settings, fast Fourier transform, signal envelope, Hanning windows and other mathematical signal processing.

Встроенная в блок автоматическая система самодиагностики постоянно проверяет все каналы связи: кабели и электронные компоненты на предмет сбоев, обрывов, коротких замыканий, отказов электропитания; при этом любая неисправность вызывает срабатывание соответствующего сигнала тревоги.The automatic self-diagnosis system built into the unit constantly checks all communication channels: cables and electronic components for failures, breaks, short circuits, power failures; however, any malfunction triggers the corresponding alarm.

Блок усиления и согласования используется для усиления и/или преобразования сигналов, поступающих от измерительных датчиков. Блок предназначен для преобразования выходных сигналов от измерительных датчиков соответственно параметрам входов блоков преобразования и обработки, а также для обеспечения параметров входных и выходных электрических цепей датчиков на соответствие требованиям отраслевых норм к таким цепям.The amplification and matching unit is used to amplify and / or convert the signals coming from the measuring sensors. The unit is designed to convert the output signals from the measuring sensors according to the input parameters of the conversion and processing units, as well as to ensure the parameters of the input and output electrical circuits of the sensors for compliance with industry standards for such circuits.

Сервер представляет собой аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий сбор и накопление информации, получаемой от блоков преобразования и обработки сигналов, исполнение алгоритмов обработки данных с возможностью раннего обнаружения дефектов отдельных узлов агрегата и выдачи рекомендаций на АРМ по проведению технического обслуживания ГПА для корректирования существующего технического состояния ГПА на основе автоматического мониторинга и диагностики технического состояния оборудования, а также предоставление доступа пользователям системы к накопленной информации.The server is a hardware-software complex that provides for the collection and accumulation of information received from signal conversion and processing units, the execution of data processing algorithms with the possibility of early detection of defects in individual units of the unit, and the issuance of recommendations to the workstation for maintenance of gas compressor units to correct the existing technical condition of gas compressor units based on automatic monitoring and diagnostics of the technical condition of equipment, as well as providing user access elyam system to existing information.

АРМ снабжено компьютером для анализа оператором технического состояния технологического оборудования при помощи устройства цветного мнемонического отображения текущего состояния объекта диагностики.The workstation is equipped with a computer for analysis by the operator of the technical condition of the technological equipment using a color mnemonic device for displaying the current status of the diagnostic object.

Сетевое оборудование представляет собой комплекс технических средств (сетевой коммутатор) и каналов связи, позволяющих обеспечить согласованную работу элементов системы и обмен данными с САУ ГПА при помощи сервера и локальной вычислительной сети предприятия.Network equipment is a set of technical tools (network switch) and communication channels that allow for the coordinated operation of system elements and data exchange with ACS GPU using the server and the local computer network of the enterprise.

Настоящее устройство работает следующим образом.This device operates as follows.

В процессе эксплуатации технологического оборудования ГПА происходит изменение его технологических параметров, обусловленных старением и износом. При этом датчики измерения абсолютной и относительной вибрации и прочих параметров преобразуют механические колебания в электрический сигнал, который передается в блоки преобразования и обработки сигналов. Блоки преобразования и обработки сигналов осуществляют сбор данных и обработку их по алгоритмам вибрационной диагностики и передают диагностическую информацию на сервер. Сервер оценивает текущее состояние объекта диагностики по полученной диагностической информации, прогнозирует возможные изменения состояния технологического оборудования и передает результаты на АРМ и в локально-вычислительную сеть предприятия. При прогнозе недопустимого изменения состояния оборудования сервер отправляет сообщение оператору АРМ. При необходимости блок преобразования и обработки вибрационного контроля и защиты формирует управляющий сигнал в САУ технологического оборудования ГПА. Система вибрационного контроля, защиты и диагностики технологического оборудования может работать в среде локальной вычислительной среды предприятия, в которую входят другие компьютеры, принтеры, серверы и пр. или в среде Интернет. В процессе эксплуатации система формирует пакет цифровых символьных и текстовых донесений о результатах оценки состояния оборудования и заносит соответствующие значения на сервер. Одновременно компьютер автоматизированного рабочего места периодически во времени с заданной частотой производит опрос сервера и блоков преобразования и обработки сигналов и отображает результаты опроса на мнемосхеме монитора, светодиодном экране или с помощью видеопроектора на экране настенного планшета. Дежурный диспетчер визуально оценивает состояние объекта диагностики по информации, отображаемой на мнемосхемах монитора и (или) настенном экране, и принимает решение о проведении технического обслуживания оборудования и (или) вызове аварийной бригады.During the operation of the GPU processing equipment, its technological parameters change due to aging and wear. At the same time, sensors measuring absolute and relative vibration and other parameters convert mechanical vibrations into an electrical signal, which is transmitted to signal conversion and processing units. Signal conversion and signal processing units collect data and process them using vibration diagnostic algorithms and transmit diagnostic information to the server. The server evaluates the current state of the diagnostic object from the received diagnostic information, predicts possible changes in the state of the process equipment and transfers the results to the workstation and to the local area network of the enterprise. When forecasting an unacceptable change in the state of equipment, the server sends a message to the AWP operator. If necessary, the unit for conversion and processing of vibration control and protection generates a control signal in the automatic control system of the GPA technological equipment. The system of vibration control, protection and diagnostics of technological equipment can work in the environment of the local computing environment of the enterprise, which includes other computers, printers, servers, etc., or in the Internet. In the process of operation, the system generates a package of digital symbolic and textual reports on the results of assessing the condition of the equipment and enters the corresponding values on the server. At the same time, the computer of the workstation periodically in time with a given frequency polls the server and the signal conversion and processing units and displays the polling results on the monitor mnemonic, LED screen or using a video projector on the wall tablet screen. The on-duty dispatcher visually assesses the condition of the diagnostic object from the information displayed on the mimic diagrams of the monitor and (or) the wall screen, and makes a decision on the maintenance of equipment and (or) calling the emergency team.

Claims

The system of vibration control, protection and diagnostics of the technical state of technological equipment, including an automated workstation equipped with a computer and a color mnemonic device for displaying the current state of technological equipment, a server configured to detect defects and issue recommendations for their elimination to the automated workstation and transmit diagnostic information into the automated control system of technological equipment through a locally e enterprise computing network, and connected through the network and network equipment with a block transform and signal processing of vibration control and protection, and with the block transform processing and vibration monitoring and diagnostic signals, which are connected to sensors via gain blocks and matching blocks.