Назначение и область применения

Универсальный многоканальный виброизмерительный комплекс UMS-16 (далее Комплекс) предназначен для оценки технического состояния и углубленного диагностирования всех основных видов динамического оборудования по вибрации и другим технологическим параметрам. Благодаря уникальным техническим характеристикам, гибкой аппаратной архитектуре и современному программному обеспечению с экспертной системой автоматизированной диагностики данный Комплекс может быть успешно использован для контроля состояния, поузлового выявления дефектов и предотвращения аварий следующих типов агрегатов:

• паровые и газовые турбины, гидроагрегаты
• насосно-компрессорное оборудование
• вентиляторы, дымососы и другое тягодутьевое оборудование
• электродвигатели постоянного и переменного тока
• многоступенчатые редукторы и вариаторы различного исполнения
• тихоходное оборудование с частотами вращения менее 1 об/мин

Специальные методики селективной обработки и анализа данных, реализованные в программном обеспечении Комплекса UMS-16, обеспечивают достоверное распознавание дефектов оборудования, эксплуатирующегося на нестационарных режимах – в условиях изменяющейся частоты вращения, переменных и знакопеременных нагрузок, непериодических ударов, иных воздействий. К такому оборудованию относятся:

• приводы и редукторы клетей прокатных станов
• основное металлургическое оборудование (МНЛЗ, конвертеры, печи и др.)
• узлы и механизмы бумагоделательных машин
• различные типы кранового оборудования
• подъемно-транспортные механизмы (эскалаторы, подъемники, конвейеры)
• кузнечно-прессовое оборудование
• металлообрабатывающие станки

Кроме того, объектами контроля и исследования могут служить некоторые статические агрегаты и строительные конструкции:

• трансформаторы
• трубопроводы
• мосты
• фундаменты
• иные несущие конструкции

Комплекс UMS-16 обеспечивает проведение параллельных синхронных многоканальных измерений различных типов замеров вибрации, частоты вращения, температуры, механических величин (абсолютные и относительные расширения, осевой сдвиг, уклон), их обработку, хранение и расширенный анализ. Использование различных типов датчиков для синхронного контроля различных независимых параметров существенно повышает достоверность  диагностирования и делает Комплекс UMS-16 универсальным измерительным средством для решения всего спектра задач технического диагностирования промышленного оборудования.

В зависимости от специфики решаемых задач существует несколько вариантов применения Комплекса.

• Мониторинг, диагностика, испытания и наладка в процессе эксплуатации

Комплекс UMS-16 может использоваться при решении широкого спектра задач по мониторингу, диагностике и наладке технологического оборудования в процессе его эксплуатации на стационарных и нестационарных режимах:

• периодический мониторинг технического состояния,
• углубленное диагностирование (в том числе автоматизированное),
• расширенные испытания (разгон/выбег, изменение нагрузки и пр.),
• специальные исследования (низкая частота вращения, переменные нагрузки, частоты вращения, ударные воздействия)
• цифровой магнитофон (запись длинных временных реализаций)
• модальный анализ (определение собственных частот, форм колебаний)
• балансировка в собственных подшипниках

В зависимости от фактической необходимости длительность измерений может составлять от нескольких минут до нескольких часов и даже дней. Возможность синхронного контроля различных параметров, расчета зависимости их изменения от режимов работы, применения алгоритмов селективного анализа обеспечивают высокую достоверность диагностирования любых видов динамического оборудования.

В рамках расширенного мониторинга и углубленной диагностики оборудования комплекс UMS-16 может быть подключен к буферизированным выходам стационарных систем, установленных на оборудовании, например к системам производства Bantly Nevada, Vibro System и др.. Для успешного подключения к данным системам может потребоваться модификация каналов измерительного блока UMS-16, поэтому необходимость подключения должна оговариваться на стадии согласования технического задания.

• Организация стендового контроля

Комплекс UMS-16 может быть использован для организации стендового контроля отдельных узлов и механизмов в условиях ремонтного цеха или серийного производства. В этом случае блок UMS-16 устанавливается стационарно на участке контроля, а его программная часть адаптируется под требования методики испытаний. Длительность проведения испытаний, а также перечень контролируемых параметров определяются в соответствии с техническими требованиями. Наряду с типовыми методиками испытаний электродвигателей, насосов, вентиляторов и редукторов, в Комплексе UMS-16 могут быть реализованы алгоритмы измерения, контроля и диагностики других видов оборудования.

• Постоянный мониторинг и углубленная диагностика

Измерительные блоки комплекса UMS-16 могут быть использованы для организации постоянного мониторинга технического состояния и углубленной диагностики роторного оборудования по вибрации и другим технологическим параметрам. В этом случае блоки устанавливаются стационарно в непосредственной близости от объекта контроля, а результаты измерений передаются на выделенный сервер по Ethernet. При необходимости блоки могут быть дополнены платами, обеспечивающими коммутацию дополнительных каналов и организацию защиты ответственного оборудования.

Состав и структура Комплекса

Настоящий Комплекс представляет собой совокупность первичных преобразователей, соединительных кабелей, универсального многоканального измерительного блока  UMS-16 и рабочего места оператора с ПК или ноутбуком, монитором, принтером, устройствами периферии и источником бесперебойного питания. Настройка каналов, управление измерениями, сбор, обработка, запись, просмотр, анализ и хранение данных, а также формирование протоколов осуществляется в программном обеспечении SAFE PLANT. В зависимости от решаемых задач в качестве первичных преобразователей могут быть использованы различные виды датчиков вибрации, частоты вращения, температуры, механических величин и пр. с различными видами крепежных элементов – магнитов, специальных стоек и т.д. Универсальный многоканальный измерительный блок с высокопроизводительными 24-х разрядными АЦП обеспечивает синхронные измерения параметров по 16 независимым динамическим каналам, их первичную обработку и передачу в ноутбук через USB. Питание Комплекса и первичных преобразователей может быть организовано как через USB, так и с использованием внешнего источника. Пакет специализированных программ SAFE PLANT, установленных на ноутбуке Комплекса, обеспечивает сбор и дополнительную обработку результатов измерений, их запись в базу данных, отображение, анализ (пользовательский и автоматический с использованием экспертных систем) и формирование отчетности.

Принципиальная схема универсального многоканального виброизмерительного Комплекса UMS-16

Основными составляющими частями Комплекса являются:

• рабочее место оператора,
• универсальный многоканальный измерительный блок UMS-16,
• первичные преобразователи с соединительными кабелями и приспособлениями для монтажа.

В качестве первичных преобразователей в Комплексе могут применяться:

• преобразователи вибрации с IEPE интерфейсом
• пьезоакселерометры (требуется устройство согласования)
• MEMs вибропреобразователи со стандартным выходом 4..20 мА или  0..5 В
• любые первичные преобразователи с интерфейсом I²C (температура, давление, расход, уровень, ускорение, уклон и т.д.)
• любые первичные преобразователи с IEPE интерфейсом для измерения статических и динамических параметров (температура, микрофоны и т.д.)
• любые первичные преобразователи со стандартным выходом 4..20 мА или 0..5 В (линейные перемещения, напряжение, ток, температура, давление, расход и т.д.)

	Датчик частоты вращения
Пьезоэлектрический датчик вибрации	Датчик температуры

Универсальный многоканальный измерительный блок UMS-16 в стандартной комплектации имеет 16 универсальных синхронных (измерения осуществляются параллельно) независимых входов для подключения первичных преобразователей всех указанных выше типов. Количество и вид подключаемых первичных преобразователей оговариваются на стадии согласования технического задания.

Внешний вид универсального многоканального измерительного блока UMS-16

Ноутбук, входящий в состав Комплекса, поставляется с необходимым пакетом программ SAFE PLANT, а также набором лицензионного программного обеспечения – MS Windows и MS SQL Server. Технические характеристики и исполнение поставляемого ноутбука оговариваются оговаривается на этапе согласования технического задания.

При соответствующей настройке измерительных каналов Комплекс может быть использован для подключения к существующим стационарным системам или датчикам сторонних производителей. Подобное решение не только снижает стоимость системы, но и повышает достоверность диагностики оборудования за счет использования всех технических и функциональных преимуществ измерительного блока UMS-16.

Краткие технические характеристики

Стандартный пьезоэлектрический однокомпонентный датчик IEPE

• диапазон рабочих температур:   от минус 60 до плюс 120 °С
• диапазон рабочих частот:   от 2 до 10000 Гц

Универсальный многоканальный измерительный блок UMS-16

• количество измерительных каналов:   16
• количество входов с интерфейсом I²C:   2 (до 112 датчиков)
• цифровые входы / выходы:   15
• частотный диапазон:   от 2 до 36000 Гц
• динамический диапазон:   до 138 дБ
• разрядность АЦП:   24 бит
• погрешность измерений:   не более 5 %
• неравномерность АЧХ:   не более 1 дБ
• диапазон измерений частоты вращения:   от 2 до 100 000 об/мин
  
• погрешность измерения частоты вращения:   ± (1 + 0,0025 n) об/мин
• длина выборки:   до 512 миллионов отсчетов
• спектральное разрешение:   до 200 миллионов спектральных линий
• единицы измерения:   мкм, мм/сек, м/с2, дБ, °С, А, об/мин.
• базовые измерительные функции [1]:   общий уровень, амплитуда / фаза, пик-фактор, асимметрия, эксцесс, спектр (частотный, гармонический, огибающей, 1/3 октавный, взаимный), форма (сигнала, огибающей сигнала), кепстр, орбита и др.
• корпус:   цельнометаллический либо пластик ABS+
• степень защиты:   IP 54 (по запросу может быть повышена)
• диапазон рабочих температур:   от минус 40 до плюс 85 °С
• потребляемая мощность:   до 5 ВА
• габариты:   240 x 160 x 80 мм

Технические характеристики комплекса:

* - состав модулей, перечень доступных функций и набор пользовательских инструментов зависит от версии программного обеспечения и оговаривается на этапе согласования технического задания

Программное обеспечение SAFE PLANT

Для настройки и конфигурирования измерительных каналов Комплекса, управления процессом сбора, обработки и записи результатов измерений, структурированного хранения диагностической информации, ее отображения и углубленного анализа, формирования отчетных документов используется пакет программ SAFE PLANT. Данный пакет включает в себя утилиты конфигурирования Комплекса UMS-16, а также серверную и клиентскую часть. Серверная часть программного обеспечения SAFE PLANT выполняет функции по сбору, обработке и записи данных в базу, а клиентская часть организует просмотр и расширенный анализ результатов измерения.

Программное обеспечение SAFE PLANT Client построено по модульному принципу, при котором каждый модуль представляет собой независимую подпрограмму, выполняющую заданный набор пользовательских действий. К основным модулям относятся:

• Просмотр данных – обзор общего состояния оборудования предприятия с возможностью просмотра кратких сведений по выбранному агрегату (мнемосхема, таблица, диаграмма);
• Журнал ТОиР – создание, просмотр и редактирование сведений о сроках и объемах выполняемых технических обслуживаний и ремонтов, режимах эксплуатации оборудования и его фактической наработке;
• Анализ данных – углубленный анализ трендов, спектров, каскадов спектров, форм сигналов выбранных параметров по заданным точкам для одного или нескольких агрегатов с использованием набора инструментов для их исследования;
• Протокол – создание и просмотр отчетов по отдельному агрегату или группе агрегатов в одном из стандартных или пользовательских форматов на указанную дату или за интервал времени;
• Обмен данными – обмен данными с переносными измерительными приборами (виброметрами, виброанализаторами), загрузка автоматически сформированных или пользовательских маршрутов измерений, разгрузка данных в базу;
• Настройки – настройка интерфейса пользователя;
• Помощь – вызов интерактивного руководства пользователя.

Для удобства создания новых агрегатов в базе данных оборудования могут быть использованы каталоги типовых объектов. В расширенный пакет SAFE PLANT входят следующие каталоги:

• Каталог изображений (более 50 типовых схем агрегатов);
• Каталог нормативных документов;
• Каталог подшипников (более 10000 типоразмеров отечественных и зарубежных подшипников);
• Каталог узлов (свыше 50 типов различных узлов);
• Каталог механизмов (более 30 видов типовых механизмов);
• Каталог агрегатов – интерактивный постоянно обновляемый модуль, построенный на основе облачных технологий распределенного доступа.

При необходимости программное обеспечение SAFE PLANT может быть укомплектовано дополнительными модулями:

• Балансировка – подпрограмма балансировки в собственных подшипниках с векторным калькулятором, функцией оптимизации плоскостей коррекции и каталогом коэффициентов влияния;
• Центровка – подпрограмма центровки с возможностью подключения к приборам центровки;
• Разгон / выбег – модуль анализа результатов измерений, полученных во время запуска / останова оборудования, с расширенным набором дополнительных функций;
• Экспертный модуль – модуль поузловой автоматизированной диагностики с расширенным инструментарием для создания, редактирования и уточнения диагностических критериев и правил в условиях накопления статистического материала. 

Программное обеспечение SAFE PLANT может функционировать в двух основных режимах:

• Режим измерений

Оператор производит предварительную настройку Комплекса - формирует список логических и физических каналов, выбирает типы и задает параметры первичных преобразователей, осуществляет проверку измерительных каналов (калибровку и центрирование). Данные процедуры выполняются однократно при первом запуске Комплекса. По окончанию настройки оператор создает или выбирает из базы данных объект контроля (агрегат или механизм), производит привязку измерительных точек к физическим каналам, устанавливает параметры измерений и запускает процесс сбора данных. Измерения могут выполняться как в автоматическом, так и в ручном режиме. В первом случае, все заданные параметры контролируются и отображаются в течение установленного интервала времени или до срабатывания внешнего триггера, настраиваемого на определенное событие (изменение вибрации, частоты вращения, режима работы). Во втором случае, оператор самостоятельно управляет процессом измерений и в любое время может приостановить или завершить сбор данных.

• Режим просмотра и анализа

В этом режиме оператор Комплекса или пользователь с удаленного рабочего места выполняет просмотр и углубленный анализ результатов измерений по трендам, спектрам, формам сигнала, орбитам, сравнительным диаграммам и т.д., автоматизированную поузловую диагностику, а также формирует протоколы и необходимые отчетные документы. Кроме того, оператор или удаленный пользователь при наличии соответствующих прав доступа может осуществлять администрирование базы данных и каталогов типовых узлов, механизмов и агрегатов.

Гибкость и функциональность платформы SAFE PLANT

Для повышения достоверности распознавания технического состояния диагностируемого оборудования и расширения возможностей пользовательского анализа в программном обеспечении  SAFE PLANT реализован мощный функционал по обработке данных и расчету новых типов замеров. Наряду со стандартным набором инструментов программа поддерживает возможность анализа родительских замеров, параметрических и режимных трендов, ручной обработки формы сигнала, формы огибающей сигнала, изучения спектрограмм, взаимных спектров и пр. Для удобства просмотра и анализа различных видов данных в программном обеспечении SAFE PLANT предусмотрена возможность гибкого конфигурирования отдельных панелей с использованием расширенного перечня пользовательских настроек. Рабочая область программы построена по принципу многооконности,  что позволяет на одном экране совместно анализировать большое количество независимых параметров в автоматическом режиме.

Эффективная работа с базой данной

• Неограниченный размер базы данных
• Гибкие инструменты архивирования, сжатия, прореживания
• Возможности экспорта и импорта выбранных фрагментов базы данных
• Поддержка многопользовательского сетевого доступа с различными правами для основных групп пользователей
• Максимальная простота описания новых агрегатов, точек и замеров с использованием мастера интеллектуального создания агрегата
• Расширенный функционал пользовательских настроек при ручном создании и редактировании агрегатов, точек, замеров
• Поддержка групповых операций редактирования
• Расширенный перечень инструментов настройки интерактивных схем

Максимальное удобство просмотра данных

• Многоуровневая модель организации данных в виде интерактивного иерархического дерева или списков произвольной вложенности
• Функции быстрого поиска и фильтрации по состоянию
• Интерактивные схемы с возможностью быстрой навигации и просмотра основных параметров агрегатов
• Круговые диаграммы для наглядного представления технического состояния всего выбранного парка оборудования
• Детализированные списки агрегатов, точек и замеров для подробного анализа технического состояния оборудования по различным параметрам
• Гибкий механизм выбора интервала времени для просмотра и анализа данных (в интервале, за период, в режиме реального времени)
• Панель быстрой навигации по времени и типам данных измерений
• Гибкие настройки графического отображения и логики функционирования интерфейса

Расширенные возможности пользовательского анализа

• Поддержка максимального перечня анализируемых данных – одиночные и связанные тренды различных параметров, полярные тренды, полосовой анализ в стандартных и настраиваемых диапазонах, спектры и каскады спектров в частотном и гармоническом представлении, спектры огибающей, форма сигнала и форма огибающей во временном и порядковом представлении, круглограммы, орбиты, АФЧХ, кепстры и пр.
• Удобство пользовательского анализа с использованием матричной формы вывода точек, замеров и данных
• Универсальные механизмы фильтрации данных,  определения технологических режимов работы оборудования для организации углубленного анализа,
• поддержка параметрического и селективного анализа
• Эффективные механизмы сравнения на основе функции группового выделения замеров, точек и данных.
• Возможность группового сравнения нескольких агрегатов
• Многооконный табличный интерфейс с настраиваемым количеством столбцов и строк, совместное отображение трендов, производных замеров и параметров
• Широкий выбор графических инструментов настройки окна, отображаемых данных
• Повышение удобства и наглядности анализа за счет применения набора функций синхронизации и масштабирования
• Перевод динамических данных в различные единицы и представления
• Система стандартной и пользовательской сигнализации по замерам и отдельным полосам частот

Эффективные инструменты ручного диагностирования

• Высокая достоверность диагностирования с использованием встроенных и дополнительных пользовательских экспертных правил
• Поузловое представление агрегатов, возможность построения трендов по расчетным диагностическим критериям
• Гибкий инструментарий анализа спектров с возможностью наложения и уточнения частот неисправностей и распознавания пиков
• Набор алгоритмов аппроксимации и прогнозирования остаточного ресурса на базе различных функций
• Инструменты ручной обработки выбранного фрагмента временного сигнала – расчет спектров, пик-фактора, эксцесса, асимметрии и пр.
• Возможность воспроизведения временного сигнала и его записи в файл

Удобство создания отчетов и протоколов

• Набор типовых шаблонов протоколов с возможностью редактирования перечня отображаемых параметров
• Краткие и расширенные протоколы текущего состояния агрегата с редактируемыми блоками заключений на заданную дату
• Универсальный протокол мониторинга изменения технического состояния агрегата за выбранный период времени
• Протоколы состояния и мониторинга по выбранной группе агрегатов за выбранный диапазон времени
• Диагностические заключения с поузловым перечнем неисправностей и рекомендациями по дальнейшему обслуживанию
• Процедура экспорта любых графических изображений в протоколы через программный буфер
• Возможность сохранения, последующего просмотра и экспорта отчетов во внешние системы
• Журнал состояния оборудования за выбранный диапазон времени с возможностью интерактивного перехода к отчетам

Семейство измерительных блоков UMS-16-хх

В зависимости от решаемых задач могут быть использованы различные модификации измерительного блока комплекса. Ниже в таблице представлены основные виды блоков  и их функциональные возможности.