СПОСОБ И СИСТЕМА МОНИТОРИНГА СИГНАЛОВ ОТ ВАЛА ВРАЩАЮЩЕЙСЯ МАШИНЫ Российский патент 2014 года по МПК G01R31/34 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу и системе мониторинга сигналов, имеющих отношение к валу вращающейся машины.

Уровень техники

Во вращающихся машинах, имеющих валы, таких как крупные генераторы, часто возникают различные физические явления, например, напряженность магнитного поля в генераторе, статическое истирание паром лопастей турбин и т.п. Эти физические явления часто приводят к возникновению электрических напряжений на валу генератора, а также протекающих по нему токов. Подразумевается, что в информации об этом напряжении и токе содержатся данные, касающиеся состояния генератора, например данные, касающиеся ротора, статора и корпуса генератора. Традиционно для измерения этих напряжений и токов используют щетки, установленные вблизи вала генератора с возможностью контакта с валом генератора.

Способы оценки состояния вращающихся машин часто могут применяться только в автономном режиме, а оперативные способы требуют дорогостоящего, постоянно установленного оборудования и дорогостоящей аппаратуры для интерпретации, позволяющей рассматривать информацию отдельными порциями.

Соответственно, в основу изобретения положена задача по меньшей мере более эффективного и более экономичного анализа сигналов, имеющих отношение к (возникающих на) валу вращающейся машины, такой как генератор, чтобы тем самым определять состояние вращающейся машины.

Раскрытие изобретения

Согласно первой особенности изобретения предложен способ мониторинга сигналов, имеющих отношение к валу вращающейся машины, в котором:

принимают сигналы напряжения, имеющие отношение к валу,

принимают сигналы тока, имеющие отношение к валу,

определяют (вычисляют), исходя из принятых сигналов тока и напряжения, данные тока и напряжения, касающиеся машины,

представляют по меньшей мере некоторые из определенных (вычисленных) данных тока и напряжения пользователю,

анализируют тенденцию по меньшей мере указанных определенных данных напряжения с целью по меньшей мере определения тенденций данных напряжения, касающихся машины, и

определяют, исходя из данных тока и напряжения, возникло ли неисправное состояние, и генерируют предупредительный сигнал или состояние тревоги в ответ на него.

При осуществлении способа может приниматься сигнал синхронизации, позволяющий синхронизировать принятые данные тока и напряжения с колебательным сигналом возбуждения.

При осуществлении способа может анализироваться тенденция определенных данных тока с целью по меньшей мере определения тенденций данных тока, касающихся машины.

При осуществлении способа могут:

приниматься имеющие отношение к валу сигналы напряжения по меньшей мере от щетки напряжения и

приниматься имеющие отношение к валу сигналы тока по меньшей мере от щетки тока.

В одном из предпочтительных примеров осуществления способ может быть реализован в оперативном (он-лайн) режиме.

При вычислении данных напряжения, исходя из принятого сигнала напряжения, может вычисляться среднее напряжение постоянного тока и действующее (среднеквадратичное) напряжение принятого сигнала напряжения.

При осуществлении способа может анализироваться коэффициент гармоник принятого сигнала напряжения.

При осуществлении способа может выполняться быстрое преобразование Фурье (БПФ) сигнала напряжения.

При осуществлении способа может формироваться и анализироваться отображение БПФ, соответствующее принятому сигналу напряжения, при этом отображение БПФ содержит информацию, отображающую коэффициент гармоник принятого сигнала напряжения.

При осуществлении способа может определяться представление в частотной области сигнала напряжения.

При вычислении данных тока, исходя из принятого сигнала тока, может вычисляться средний переменный ток и действующий ток принятого сигнала тока.

При вычислении данных тока может формироваться или обновляться диаграмма разброса.

На диаграмме разброса могут отображаться разрешенные по фазе максимальные значения сигналов, имеющих отношение к валу.

При осуществлении способа могут:

формироваться промежуточные диаграммы разброса и

объединяться сформированные промежуточные диаграммы разброса с целью получения окончательной диаграммы разброса, отображающей одну регистрацию во временной области.

При осуществлении способа данные напряжения и(или) тока могут отображаться для пользователя в форме одного или сочетания цифровых дисплеев (индикации) реальных сигналов напряжения и тока на валу, необработанных сигналов напряжения и тока на валу, информации о коэффициенте гармоник, касающейся сигналов напряжения, принятых от щетки напряжения, диаграмм разброса сигналов тока, принятых от щетки тока, и предупредительных событий и сопутствующей информации о диагностике неисправностей.

При осуществлении способа может производиться распознавание низкочастотных импульсов во временной области и(или) анализ низкочастотных гармоник принятых сигналов напряжения и(или) тока.

При осуществлении способа может использоваться анализ высокочастотных спектров для выявления проблем, связанных с машиной.

При осуществлении способа могут сравниваться значение/я, включающие по меньшей мере одно из следующего или сочетание следующего: среднее действующее напряжение и(или) ток, среднее напряжение постоянного тока и(или) ток, гармоники сигналов и диаграмму разброса сигнала напряжения и(или) тока, с соответствующими значениями предупредительных сигналов, хранящимися в базе данных, чтобы тем самым определять, возникло ли неисправное состояние.

При сравнении упомянутых значений и значений предупредительных сигналов значения могут сравниваться с заданными уровнями или пороговыми значениями предупредительных сигналов.

При осуществлении способа может:

регистрироваться каждый случай возникновения неисправного состояния,

если неисправное состояние не охарактеризовано в базе данных, сообщать или сигнализироваться о нем пользователю,

при повторном возникновении конкретного неисправного состояния сообщаться о неисправном состоянии, если истекло заданное время задержки после последнего возникновения данного конкретного неисправного состояния.

Согласно второй особенности изобретения предложена система мониторинга сигналов, имеющих отношение к валу вращающейся машины, в которую входит:

модуль приема сигналов напряжения для приема возникающих на валу сигналов напряжения по меньшей мере от щетки напряжения,

модуль приема сигналов тока для приема имеющих отношение к валу сигналов тока по меньшей мере от щетки тока,

процессор для вычисления, исходя из принятых сигналов тока и напряжения, данных тока и напряжения, касающихся машины,

база данных для хранения по меньшей мере определенных данных тока и напряжения и тем самым анализа тенденций по меньшей мере определенных данных напряжения с целью по меньшей мере определения тенденций данных напряжения, касающихся машины,

интерфейс пользователя для представления по меньшей мере некоторых из определенных данных тока и напряжения пользователю и

модуль сигнализации для определения, исходя из данных напряжения и тока, возникло ли неисправное состояние, при этом модуль сигнализации дополнительно предназначен для генерации предупредительного сигнала или состояния тревоги в ответ на возникновение неисправности.

В систему может входить модуль синхронизации, позволяющий синхронизировать принятые данные тока и напряжения с сигналом возбуждения.

В систему может входить модуль обновления данных для обновления данных в базе данных.

Процессор может быть предназначен для вычисления среднего напряжения постоянного тока и действующего напряжения принятого сигнала напряжения, а также среднего переменного тока и действующего тока принятого сигнала тока.

Процессор может быть предназначен для:

применения к сигналу напряжения анализа методом быстрого преобразования Фурье (БПФ),

генерации отображения БПФ и тенденции гармоник сигнала напряжения, при этом отображение БПФ содержит по меньшей мере соответствующие гармоники или спектр сигнала напряжения, и

анализа генерированного отображения БПФ.

Процессор может быть дополнительно предназначен для генерации или обновления диаграммы разброса.

Процессор может быть предназначен для использования испытания на воздействие электромагнитных помех (ЭМП) с целью выявления проблем, связанных с машиной.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана блок-схема системы согласно одному из примеров осуществления,

на фиг.2 - блок-схема способа согласно одному из примеров осуществления,

на фиг.3 - наглядное представление одного из примеров низкочастотной схемы во временной области,

на фиг.4 - наглядное представление одного из примеров низкочастотного гармонического сигнала,

на фиг.5 - наглядное представление одного из примеров схемы анализа высокочастотных спектров и

на фиг.6 - наглядное представление одного из примеров высокочастотной схемы во временной области в зависимости от полуволновых сигналов возбуждения.

Описание вариантов осуществления изобретения

В следующем далее описании в целях пояснения приведено множество конкретных подробностей, обеспечивающих полное понимание вариантов осуществление настоящего изобретения. Тем не менее, для специалистов в данной области техники ясно, что настоящее изобретение может быть реализовано на практике без этих конкретных подробностей.

Как показано на фиг.1, система вычисления данных мониторинга состояния вращающейся машины, исходя из сигналов от ее вала, в целом обозначена позицией 10. Система 10 обеспечивает как мониторинг, так и регистрацию новых данных, а также воспроизведение существующих наборов данных за прошлые периоды. В одном из примеров осуществления вращающейся машиной является генератор и т.п.

В одном из примеров осуществления система 10 обычно обеспечивает трехуровневый анализ тенденций:

а) на уровне данных с высоким разрешением (обычно с интервалом в 2 секунды), хранящихся в течение 24 часов,

б) на уровне данных со средним разрешением (устанавливаемые интервалы обычно 15 минут), хранящихся неопределенное время; в одном из примеров осуществления система 10 способна работать с данными примерно годичной давности, а любые более старые данные должны архивироваться вручную, и

в) на уровне данных с низким разрешением (обычно с интервалом в 24 часа).

Данные для трехуровневого анализа тенденций хранятся в трех соответствующих файлах в базе данных (описанной далее).

Система 10 обычно содержит множество компонентов или модулей, которые соответствуют функциональным задачам, выполняемым системой 10. В связи с этим подразумевается, что "модуль" в контексте описания содержит идентифицируемую часть кода, вычислительных или выполняемых команд, данных или вычислительного объекта для выполнения конкретной функции, операции, обработки или процедуры. Следовательно, модуль необязательно должен быть реализован программными средствами; модуль может быть реализован программными средствами, аппаратными средствами или путем сочетания программных и аппаратных средств. Кроме того, модули необязательно должны быть объединены в одно устройство и могут быть распределены среди множества устройств. В частности, система 10 содержит модуль 12 приема сигналов тока, модуль 14 приема сигналов напряжения, модуль 15 синхронизации, модуль 13 сигнализации, интерфейс 18 пользователя, модуль 20 обновления и базу 16 данных.

Модуль 12 приема сигналов тока предназначен для приема сигналов тока от щетки тока, связанной с валом машины (не показан), а модуль 14 приема сигналов напряжения предназначен для приема сигналов напряжения от щетки напряжения, связанной с валом машины.

Система 10 предпочтительно содержит процессор 24 для вычисления, исходя из принятых сигналов тока и напряжения, данных тока и напряжения, касающихся машины. Процессор 24 обычно предназначен для вычисления среднего напряжения постоянного тока и действующего напряжения принятого сигнала напряжения.

Процессор 24 также предназначен для анализа коэффициента гармоник принятого сигнала напряжения. Процессор 24 предназначен для осуществления или получения быстрого преобразования Фурье (БПФ) сигнала напряжения. Следовательно, процессор 24 предназначен для генерации отображения БПФ и тенденции гармоник сигнала напряжения, представления в частотной области сигнала напряжения гармоники и представления кратковременных тенденций, содержащего наиболее важные гармонические составляющие и отображение текущих значений этих гармоник. Подразумевается, что эти данные, в дополнение к постоянному току и действующему напряжению, обычно образуют данные напряжения. Следует отметить, что отображением БПФ обычно являются соответствующие гармоники или спектр сигнала напряжения.

Обработку сигнала напряжения осуществляют на частоте по меньшей мере до 1,50 кГц. Тем не менее, верхний предел может превышать 1,50 кГц.

Процессор 24 дополнительно предназначен для вычисления среднего переменного тока и действующего тока или среднего действующего тока принятого сигнала тока. Процессор 24 дополнительно предназначен для генерации или обновления диаграммы разброса (подробнее описанной далее). Диаграммой разброса обычно является разрешенная по фазе диаграмма разброса. В связи с этим следует отметить, что на диаграмме разброса представлены разрешенные по фазе максимальные значения импульсов, возникающих на валу. Помимо определенного (вычисленного) постоянного тока и среднего действующего тока данные тока могут содержать соответствующие им диаграммы разброса или информацию.

Система 10 выполнена таким образом, что модуль 15 синхронизации предоставляет процессору 24 соответствующую информацию, позволяющую получать данные тока и напряжения с надлежащим разрешением по фазе и правильно формировать диаграмму разброса.

Для запроса сигналов напряжения и тока, принятых от вала, процессор 24 преимущественно осуществляет распознавание низкочастотных импульсов во временной области. Один из примеров низкочастотной схемы во временной области проиллюстрирован на фиг.3. Процессор 24 предназначен для анализа схемы во временной области и идентификации или определения по меньшей мере отношения пикового значения к минимальному, отношения пикового значения к среднему, частоты повторения пиковых значений и времени нарастания и спада пиковых значений.

В одном из примеров осуществления процессор 24 также предназначен для анализа низкочастотных гармоник принятых сигналов напряжения и(или) тока. Один из примеров низкочастотного гармонического сигнала проиллюстрирован на фиг.4. Анализ низкочастотных гармоник преимущественно используется для локализации отдельных неисправностей путем идентификации схемы гармоник, соответствующей этой конкретной неисправности. Следует учесть, что схемы неисправностей хранятся в базе 16 данных, что рассмотрено далее.

В одном из примеров осуществления процессор 24 также предназначен для использования анализа высокочастотных спектров для выявления проблем, связанных с генератором. В частности, процессор 24 предназначен для использования испытания на ЭМП с целью выявления проблем, связанных с генератором. Один из примеров схемы анализа высокочастотных спектров проиллюстрирован на фиг.5.

Процессор 24 может быть дополнительно предназначен для сопоставления распознанной высокочастотной схемы с полуволновыми сигналами возбуждения с целью по меньшей мере обнаружения неисправностей в генераторе. Соответственно, для этого процессор 24 может использовать разрешенные по фазе схемы. Для выполнения этой задачи процессору 24 требуется выходной сигнал модуля 15 синхронизации. Один из примеров сопоставления высокочастотной схемы полуволновыми сигналами возбуждения проиллюстрирован на фиг.6.

Следует отметить, что база 16 данных предназначена для хранения вычисленных данных тока и напряжения с целью анализа тенденций по меньшей мере вычисленных данных напряжения и по меньшей мере определения тенденций данных напряжения, касающихся генератора. Эти тенденции обычно хранятся в форме записей в базе 16 данных. Следует отметить, что в базе 16 данных также анализируются тенденции постоянного тока и действующего тока.

Модуль 12 приема сигналов тока имеет регистрирующий блок, предназначенный для обработки импульсов, поступающих от щетки тока. Регистрирующий блок имеет частотную характеристику от 150 кГц до 250 МГц.

Интерфейс 18 пользователя обычно содержит графический интерфейс пользователя с возможностью отображения для пользователя посредством монитора персонального компьютера, портативного компьютера, PDA и т.п. Соответственно, интерфейс 18 пользователя предназначен для приема данных от пользователя, а также для представления пользователю по меньшей мере некоторых из вычисленных данных тока и напряжения. Следовательно, интерфейс 18 пользователя предназначен для отображения данных напряжения и(или) тока для пользователя в форме цифровых дисплеев реальных сигналов напряжения и тока на валу, необработанных сигналов напряжения и тока на валу, информации о коэффициенте гармоник, касающейся сигналов напряжения, принятых от щетки напряжения, диаграмм разброса сигналов тока, принятых от щетки тока, и предупредительных событий и сопутствующей информации о диагностике неисправностей (будет рассмотрено далее). Следует учесть, что большая часть информации или данных, касающихся генератора и отображаемых интерфейсом 18 пользователя, генерируется процессором 24.

Система 10 содержит модуль 20 обновления данных, предназначенный для обновления данных в базе 16 данных. Этими данными могут являться данные тока и напряжения, данные о тенденциях или записи тенденций или любые упомянутые выше данные. Вместе с тем, следует отметить, что данные о тенденциях могут интерпретироваться на основании предыдущих данных тока и напряжения. В одном из примеров осуществления модуль 20 обновления данных предназначен для обновления конкретных конфигурационных файлов, хранящихся в базе данных. В одном из примеров осуществления интерфейс 18 пользователя предназначен для того, чтобы подсказывать пользователю отображающую генератор информацию, чтобы тем самым идентифицировать генератор. Соответственно, интерфейс 18 пользователя может быть предназначен для того, чтобы подсказывать пользователю информацию, которая содержит название генератора или генераторной станции, обозначение устройства, конфигурацию заземления и т.п.

Система 10 предназначена для поиска в базе 16 данных любых существующих тенденций данных напряжения и(или) тока за прошлые периоды, касающихся идентифицированного генератора, мониторинг которого осуществляется. Соответственно, система 10 предназначена для извлечения из базы 16 данных любых обнаруженных тенденций за прошлые периоды и их представления пользователю посредством интерфейса 18 пользователя. В некоторых примерах осуществления интерфейс 18 пользователя представляет пользователю информацию в доступном только для чтения формате.

Система 10 предназначена для получения отметки времени последнего сбора данных.

В зависимости от входных данных процессор 24 может быть предназначен для применения соответствующих коэффициентов масштабирования по амплитуде по меньшей мере к принятому сигналу напряжения с целью компенсации коэффициентов передачи преобразователя. После этого пользователю посредством интерфейса 18 пользователя может быть представлена соответствующая форма сигнала напряжения во временной области.

Для простоты пояснения в одном из примеров осуществления процессор 24 анализирует (и сохраняет в базе 16 данных) тенденции следующих значений (в случае машины, рассчитанной на ток 50 Гц):

действующего тока щетки тока,

постоянного тока щетки тока,

действующего напряжения щетки напряжения,

постоянного тока щетки напряжения,

тока 25 Гц на щетке напряжения,

тока 50 Гц щетки напряжения,

тока 100 Гц на щетке напряжения,

тока 150 Гц на щетке напряжения,

тока 200 Гц на щетке напряжения,

тока 250 Гц на щетке напряжения,

тока 300 Гц на щетке напряжения,

тока 350 Гц на щетке напряжения,

тока 400 Гц на щетке напряжения,

тока 450 Гц на щетке напряжения,

тока 500 Гц на щетке напряжения,

тока 550 Гц на щетке напряжения,

тока 600 Гц на щетке напряжения,

тока 650 Гц на щетке напряжения,

тока 700 Гц на щетке напряжения,

тока 750 Гц на щетке напряжения,

тока 800 Гц на щетке напряжения,

тока 850 Гц на щетке напряжения,

тока 900 Гц на щетке напряжения,

тока 950 Гц на щетке напряжения,

тока 1000 Гц на щетке напряжения.

Следует отметить, что в случае машины, рассчитанной на частоту тока, отличающуюся от 50 Гц, эти значения соответствующим образом масштабируются.

Перечисленные щетка тока и щетка напряжения обеспечивают сигналы тока и напряжения, принятые от щеток тока и напряжения, соответственно.

Как упоминалось ранее, процессор 24 предназначен для анализа сигнала тока, которым обычно является форма колебаний во временной области или сигнал. Затем процессор 24 применяет масштабирование к сигналу тока, чтобы компенсировать коэффициенты передачи преобразователя, генерирует соответствующую диаграмму разброса и посредством интерфейса 18 пользователя отображает ее для пользователя. Модуль 20 обновления предназначен для обновления записи диаграмм разброса в базе 16 данных.

Следует учесть, что каждая диаграмма разброса представляет собой графическое отображение результатов, полученных во временной области и наложенных на определенный период времени. Диаграммы разброса являются трехмерными, при этом по горизонтальной оси отображен 20-миллисекундный период сигнала электрической сети. По вертикальной оси отображена амплитуда сигнала. По оси яркости изображения отображены отсчеты сходных событий. Обычно диаграмма разброса содержит множество точек, отображающих уровни амплитуды сигнала во временной области. Цветом каждой точки обозначено число таких событий.

Каждая регистрация во временной области, осуществляемая системой 10, анализируется процессором 24 и передается модулю 15 синхронизации с целью получения промежуточной диаграммы разброса, имеющей, например, яркостное разрешение в 1 бит. Затем определенное число (обычно 240) этих промежуточных диаграмм разброса объединяют, чтобы получить окончательную диаграмму разброса, отображаемую интерфейсом 18 пользователя. Эта окончательная диаграмма имеет яркостное разрешение в 8 бит. Поскольку промежуточные диаграммы разброса хранятся в локальной памяти обратного магазинного типа (ФИФО), окончательная диаграмма разброса всегда содержит последние по времени результаты.

Каждый сигнал щетки тока во временной области, регистрируемый системой 10, следующим образом обрабатывается процессором 24 с целью получения промежуточной диаграммы разброса. Первое число миллисекунд, отображаемое для этого сигнала, соответствует длительности одного выделенного цикла сигнала возбуждения. Эти данные имеют более высокое разрешение по горизонтали, чем диаграмма разброса. Соответственно, одним квантом времени на диаграмме разброса представлены несколько точек сигнала во временной области.

Если рассмотреть один квант времени на диаграмме разброса и соответствующее ему подмножество точек на регистрации во временной области, квант времени на диаграмме разброса содержит несколько вертикальных делений. Каждому из этих делений процессором 24 присваивается нулевое значение, если этой амплитуде не соответствует ни одна из подмножества точек сигнала во временной области, и значение 1, если этой амплитуде соответствует одна или несколько из подмножества точек сигнала во временной области.

Эту операцию повторяют в отношении каждого кванта времени на промежуточной диаграмме разброса. В результате, получают диаграмму разброса, отображающую только одну регистрацию во временной области. В этом местоположении промежуточная диаграмма разброса имеет минимальное значение, равное 0, и максимальное значение, равное 1. В одном из примеров осуществления система 10 отслеживает, не изменилась ли дата сбора или приема данных, и, если это так, создает новую файловую структуру для регистрации данных в базе 16 данных. Обычно это делается каждые 24 часа, чтобы размер наборов файлов оставался управляемым. Следовательно, процессор 24 предназначен для управления размером хранящихся в базе 16 данных файлов высокоразрешающих данных о тенденциях.

Модуль 20 обновления предназначен для добавления в файлы высокоразрешающих данных о тенденциях последних по времени действующих значений, значений постоянного тока и значений гармоник сигналов щетки напряжения.

Следует отметить, что каждый раз, когда вводят данные в файл данных о тенденциях со средним разрешением, в базе 16 данных регистрируется полный набор данных (временная область и следы гармоник щетки напряжения плюс разброс щетки тока).

Такое событие регистрации может происходить, например, когда:

а) достигнут интервал регистрации, установленный для данных со средним разрешением,

б) произошла подлежащая регистрации неисправность, как описано выше.

Если дата регистрации данных переходит на следующий день, процессор 24 вычисляет дельта-значения для действующих значений, значений постоянного тока и значений гармоник сигналов щетки напряжения.

Модуль 13 сигнализации обычно предназначен для того, чтобы определять, исходя из данных напряжения и тока, возникло ли неисправное состояние, при этом модуль 13 сигнализации дополнительно генерирует предупредительный сигнал или состояния тревоги в ответ на возникающую неисправность. В одном из примеров осуществления модуль 13 сигнализации предназначен для того, чтобы сравнивать уровни действующих значений, значений постоянного тока и значений гармоник сигналов щетки напряжения с соответствующими уровнями или пороговыми значениями предупредительных сигналов, хранящимися, например, в конфигурационном файле предупредительных сигналов в базе 16 данных. Следует отметить, что недавние предупредительные события вместе с предположениями о возможных причинах неисправностей отображаются для пользователя посредством интерфейса 18 пользователя.

В одном из предпочтительных примеров осуществления конфигурационный файл предупредительных сигналов имеет форму справочной таблицы или содержит справочную таблицу известных неисправных состояний, которые охарактеризованы с точки зрения их коэффициента гармоник для того, чтобы определять, является конкретное состояние неисправным состоянием. Для распознавания неисправностей в модуле 13 сигнализации необязательно используется распознавание схемы гармоник с использованием схем, хранящихся в справочной таблице.

Новые неисправные состояния могут преимущественно сохраняться в таблице неисправностей в базе 16 данных. Если это применимо, процессор 24 также сравнивает дельта-значения с соответствующими уровнями или предельными значениями предупредительных сигналов.

В конфигурационном файле или справочной таблице неисправностей содержатся "оранжевые" и "красные" предельные уровни для каждого ключевого значения (обычно по меньшей мере для некоторых элементов вычисленных данных тока и напряжения) для сравнения. Каждое ключевое значение сравнивают с ними и классифицируют, например, как зеленое, оранжевое или красное. Оранжевые или красные ключевые значения группируют в перечень. Этот перечень сравнивают с перечнями характеристик известных неисправностей, хранящимися в базе 16 данных. Если это перечень совпадает с какими-либо перечнями характеристик неисправностей или содержащимися в них данными, из базы 16 данных извлекают и представляют пользователю перечень возможных причин неисправности. В случае отсутствия в базе 16 данных пользователю сообщают о "неизвестной неисправности".

В одном из предпочтительных примеров осуществления предусмотрено, что каждый раз при возникновении неисправности регистрируют число случаев такой неисправности. Если неисправность является новой, об этом сообщается или сигнализируется пользователю. При повторном возникновении такой же неисправности о ней сообщается лишь при превышении заданного времени задержки, истекшего с момента последнего случае ее возникновения. Каждый раз при возникновении одной и той же неисправности динамически корректируют время задержки для такой неисправности. Соответственно, не сообщается об одинаковых неисправностях, возникающих на протяжении короткого промежутка времени. Если конкретная неисправность является устойчивой, для нее устанавливают предельное время задержки 24 часа. Если затем эта неисправность прекращается, время задержки постепенно сокращают до значения по умолчанию.

В случае зарегистрированного предупредительного сигнала модуль 20 обновления вносит его в файл регистрации предупредительных сигналов, при этом его также вносят в основной файл данных о тенденциях со средним разрешением. В базе 16 данных также регистрируют полный набор данных (временную область и следы гармоник щетки напряжения плюс разброс щетки тока). Это является дополнительным вводом данных в файлы регистрации данных сверх регулярной регистрации через заданные интервалы.

В случае подлежащего регистрации предупредительного сигнала или достижения запланированного интервала регистрации модуль 20 обновления сохраняет в базе 16 данных последние по времени данные, содержащие последнюю по времени диаграмму разброса, сигнал напряжения щетки во временной области и спектр.

Как указано выше, на основании распознавания схемы гармоник может идентифицироваться ряд неисправностей. В случае генератора этими неисправностями могут являться, например, прогиб ротора, магнитная асимметрия ротора, проблемы с защитным оборудованием ротора, проблемы с магнитной цепью статора, любое сильное искрение внутри машины, использование сегментных пазов, сочленений в пластинах статора, эксцентриситет ротора, расщепление сердечников статора, расщепление сердечников ротора, прогиб ротора, использование сегментов статора с различной проницаемостью, несимметричность пакета сердечника, неравномерно распределенные осевые каналы охлаждения, проблемы с паром в турбине, искрение подшипников, несбалансированность потоков рассеяния, неисправности при замыкании ротора на землю, проблемы с возбудителями и т.п.

Система 10 может быть предназначена для того, чтобы обеспечивать регистрацию и отображение текущих данных в реальном времени или воспроизведение и отображение ранее зарегистрированных данных.

Далее будет описано применение изобретения со ссылкой на фиг.2. Проиллюстрированная на фиг.2 блок-схема одного из примеров способа будет описана со ссылкой на фиг.1, хотя следует учесть, что примеры способа также применимы к другим (не проиллюстрированным) системам.

На фиг.2 показана блок-схема способа согласно одному из примеров осуществления, который в целом обозначен позицией 30.

При осуществлении способа 30 на шаге 32 посредством модуля 14 приема сигналов напряжения принимают от щетки напряжения сигналы напряжения, имеющие отношение к валу.

Аналогичным образом при осуществлении способа на шаге 34 посредством модуля 12 приема сигналов тока принимают от щетки тока сигналы тока, имеющие отношение к валу. Следует учесть, что шаги 32 и 34 способа могут осуществляться одновременно или параллельно.

После приема сигналов напряжения и тока на шаге 36 с помощью процессора 24, вычисляют, исходя из принятых сигналов тока и напряжения, данные тока и напряжения, касающиеся отслеживаемого генератора, как это описано выше. Следовательно, при осуществлении способа 30 также сопоставляют эти данные с выходными данными модуля 15 синхронизации. Для этого может приниматься сигнал синхронизации, позволяющий синхронизировать принятые данные тока и напряжения с сигналом возбуждения.

При осуществлении способа 30 также вычисляют напряжение постоянного тока, действующее напряжение, постоянный ток и действующий ток, как это описано ранее. При осуществлении способа 30 также производят БПФ сигнала напряжения и генерируют или обрабатывают диаграмму разброса сигнала тока, как это описано ранее.

Затем при осуществлении способа 30 на шаге 38 представляют пользователю посредством интерфейса 18 пользователя по меньшей мере некоторые из вычисленных данных тока и напряжения. Следует отметить, что пользователь способен оценивать состояние машины (генератора), исходя из данных, которые представляет ему система 10.

При осуществлении способа 30 также на шаге 40 анализируют тенденции по меньшей мере вычисленных данных напряжения с целью по меньшей мере определения тенденций данных напряжений, касающихся машины. При осуществлении способа обычно анализируют тенденции как вычисленных данных тока, так и напряжения в базе 16 данных. Пользователь может необязательно извлекать данные анализа тенденций из базы 16 данных посредством интерфейса 18 пользователя.

В одном из предпочтительных примеров осуществления способа 30 на шаге 42 определяют, исходят из данных тока и напряжения, возникло ли неисправное состояние, и посредством модуля 13 сигнализации генерируют предупредительный сигнал или состояния тревоги в ответ на него, как это описано ранее. Соответственно, в одном из примеров осуществления способа 30 сравнивают уровни действующих значений, значений постоянного тока и значений гармоник сигналов щетки напряжения с соответствующими уровнями или пороговыми значениями предупредительных сигналов, хранящимися, в базе 16 данных. Если это применимо, при осуществлении способа 30 сравнивают дельта-значения с соответствующими уровнями или предельными значениями предупредительных сигналов. Если принят предупредительный сигнал или достигнут запланированный интервал регистрации, в базе 16 данных сохраняют последние по времени вычисленные данные тока и напряжения, которые в том числе содержат временную область и следы гармоник щетки напряжения плюс разброс щетки тока плюс запись в файле данных о тенденциях со средним разрешением.

В одном из примеров осуществления способа при нахождении в режиме воспроизведения посредством интерфейса 18 пользователя подсказывают пользователю отображающую генератор информацию, как это описано ранее применительно к режиму регистрации.

Способ включает поиск в базе 16 данных любых существующих тенденций за прошлые периоды, как это описано ранее. Также по аналогии с режимом регистрации из базы 16 данных извлекают любые обнаруженные тенденции за прошлые периоды и посредством интерфейса 18 пользователя представляют их пользователю.

Способ включает представление пользователю в доступном только для чтения формате соответствующей информации о конфигурации.

Способ также включает представление пользователю посредством интерфейса 18 пользователя записи временной области щетки напряжения, соответствующей текущей точке воспроизведения в наборе файлов.

При осуществлении способа пользователю может представляться запись гармонического сигнала щетки напряжения, соответствующая текущей точке воспроизведения в наборе файлов.

При осуществлении способа пользователю могут представляться значения действующего тока и напряжения и значения постоянного тока и напряжения, исходя из точки в файле данных о тенденциях, соответствующей текущей точке воспроизведения в наборе файлов.

При осуществлении способа пользователю можетт представляться диаграмма разброса, соответствующая текущей точке воспроизведения в наборе файлов. Способ также может включать представление пользователю новейших предупредительных событий (из файла регистрации предупредительных сигналов), непосредственно предшествующих текущей точке воспроизведения в наборе файлов. По меньшей мере некоторые из шагов в режиме воспроизведения могут повторяться с заданным или выбираемым пользователем интервалом.

При осуществлении способа могут отображаться необработанные сигналы во временной области, которые были скорректированы с учетом масштабирования коэффициентов передачи преобразователя в момент регистрации.

При осуществлении способа могут обновляться поля отображения средних и максимальных значений как действующих, так и постоянных составляющих тока и напряжения плюс сводка недавних предупредительных событий.

При осуществлении способа пользователю может представляться отображение, которое обычно содержит следующие составляющие:

а) представление во временной области сигнала щетки напряжения,

б) представление в частотной области гармоник сигнала напряжения,

в) диаграммы разброса сигналов щетки тока,

г) окно кратковременных тенденций с отображением более важных гармонических составляющих.

д) отображение текущих количественных значений составляющих г).

В описанном изобретении предложен способ более удобного анализа сигналов, поступающих от валов вращающихся машин, с целью получения данных мониторинга состояния вращающейся машины. Описанная в изобретении система способна преимущественно отображать тенденцию индивидуальных гармоник на основании сигнала щетки напряжения.

Заявленная группа изобретений относится к измерительной технике и, в частности, предназначена для мониторинга вала вращающейся машины. Способ мониторинга сигналов, имеющих отношение к валу вращающейся машины, содержит этапы, на которых принимают сигналы напряжения, имеющие отношение к валу, принимают сигналы тока, имеющие отношение к валу, вычисляют и анализируют тенденцию максимальных значений напряжения и тока по валу, вычисляют и анализируют тенденцию средних значений напряжения и тока по валу, вычисляют и анализируют тенденцию коэффициента гармоник напряжения по валу, принимают сигнал синхронизации, позволяющий синхронизировать принятый сигнал тока с колебательным сигналом возбуждения, разрешают по времени сигнал тока, связывают группу разрешенных по времени сигналов тока с неисправным состоянием, определяют неисправное состояние, используя максимальные значения напряжения и тока по валу, средние значения напряжения и тока по валу, коэффициент гармоник напряжения по валу и группу разрешенных по времени сигналов тока, и если имеется неисправное состояние, уведомляют пользователя о его наличии. Система мониторинга сигналов содержит модуль приема сигналов напряжения от щетки напряжения, модуль приема сигналов тока от щетки тока, модуль синхронизации, процессор, базу данных, интерфейс пользователя, модуль сигнализации. Технический результат заявленной группы изобретений - повышение точности и надежности определения неисправностей. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ мониторинга сигналов, имеющих отношение к валу вращающейся машины, в котором:
принимают сигналы напряжения, имеющие отношение к валу;
принимают сигналы тока, имеющие отношение к валу;
вычисляют и анализируют тенденцию максимальных значений напряжения и тока по валу;
вычисляют и анализируют тенденцию средних значений напряжения и тока по валу;
вычисляют и анализируют тенденцию коэффициента гармоник напряжения по валу;
принимают сигнал синхронизации, позволяющий синхронизировать принятый сигнал тока с колебательным сигналом возбуждения;
разрешают по времени сигнал тока;
связывают группу разрешенных по времени сигналов тока с неисправным состоянием; и
определяют неисправное состояние, используя максимальные значения напряжения и тока по валу, средние значения напряжения и тока по валу, коэффициент гармоник напряжения по валу и группу разрешенных по времени сигналов тока;
и если имеется неисправное состояние, уведомляют пользователя о его наличии.

2. Способ по п.1, в котором:
принимают имеющие отношение к валу сигналы напряжения по меньшей мере от щетки напряжения и
принимают имеющие отношение к валу сигналы тока по меньшей мере от щетки тока.

3. Способ по п.1, в котором при определении данных напряжения, исходя из принятого сигнала напряжения, определяют среднее напряжение постоянного тока и действующее напряжение принятого сигнала напряжения.

4. Способ по п.1, в котором выполняют быстрое преобразование Фурье (БПФ) сигнала напряжения, и формируют и анализируют отображение БПФ, соответствующее принятому сигналу напряжения и содержащее информацию, отображающую коэффициент гармоник принятого сигнала напряжения.

5. Способ по п.1, в котором определяют представление в частотной области сигнала напряжения.

6. Способ по п.1, в котором при вычислении данных тока формируют или обновляют диаграмму разброса, причем на диаграмме разброса представлены разрешенные по фазе максимальные значения сигналов, имеющих отношение к валу.

7. Способ по п.6, в котором:
формируют промежуточные диаграммы разброса и
объединяют сформированные промежуточные диаграммы разброса для получения окончательной диаграммы разброса, отображающей одну регистрацию во временной области.

8. Способ по п.1, в котором используют анализ высокочастотных спектров для выявления проблем, связанных с машиной.

9. Способ по п.1, в котором:
регистрируют каждый случай возникновения неисправного состояния;
если неисправное состояние не охарактеризовано в базе данных, сообщают или сигнализируют о нем пользователю;
при повторном возникновении конкретного неисправного состояния сообщают о неисправном состоянии, если истекло заданное время задержки после последнего возникновения данного конкретного неисправного состояния.

10. Система мониторинга сигналов, имеющих отношение к валу вращающейся машины, содержащая:
модуль приема сигналов напряжения для приема имеющих отношение к валу сигналов напряжения по меньшей мере от щетки напряжения;
модуль приема сигналов тока для приема имеющих отношение к валу сигналов тока по меньшей мере от щетки тока;
модуль синхронизации для обеспечения синхронизации принятого сигнала тока с колебательным сигналом возбуждения;
процессор для:
вычисления и анализа тенденции максимальных значений напряжения и тока по валу;
вычисления и анализа тенденции средних значений напряжения и тока по
валу;
вычисления и анализа тенденции коэффициента гармоник напряжения по
валу;
разрешения по времени сигнала тока; и
связывания группы разрешенных по времени сигналов тока с неисправным состоянием;
базу данных для хранения по меньшей мере данных тока и напряжения; интерфейс пользователя для представления по меньшей мере некоторых данных тока и напряжения пользователю; и
модуль сигнализации для определения неисправного состояния, используя максимальные значения напряжения и тока по валу, средние значения напряжения и тока по валу, коэффициент гармоник напряжения по валу и группу разрешенных по времени сигналов тока, и для генерации предупредительного сигнала или состояния тревоги в ответ на возникновение неисправности.

11. Система по п. 10, в которой процессор выполнен с возможностью вычисления среднего напряжения постоянного тока и действующего напряжения принятого сигнала напряжения и среднего постоянного тока и действующего тока принятого сигнала тока.

12. Система по п.10, в которой процессор выполнен с возможностью: применения анализа методом быстрого преобразования Фурье (БПФ) к
сигналу напряжения;
генерации отображения БПФ и тенденции гармоник сигнала напряжения, при этом отображение БПФ содержит по меньшей мере соответствующие гармоники или спектр сигнала напряжения; и
анализа генерированного отображения БПФ.

13. Система по п10, в которой процессор выполнен с возможностью формирования или обновления диаграммы разброса.