Блок-схема обобщенной модели системы мониторинга состояния агрегатов

Диагностика, как единовременный акт, оценивает остаточную работоспособность агрегатов в момент получения результатов, отражающих прошлые условия его эксплуатации.

Мониторинг означает постоянное наблюдение, оценку и прогноз его состояния, при котором диагностирование агрегатов производится с необходимой частотой, а результаты диагностирования должны отражать непрерывную последовательность состояний агрегата в примыкающих интервалах времени.

Мониторинг обеспечивает минимальные интервалы диагностирования, чтобы не пропустить аварийную ситуацию, вызванную резким ухудшением состояния агрегата не только вследствие износа, но, прежде всего, из-за отрицательного влияния человеческого фактора.

Отсюда становится ясным, что мониторинг агрегатов ответственных производств может осуществляться только автоматическими системами, полностью исключающими человека-оператора из процесса постановки диагноза, представления и доведения его результатов до лиц, принимающих решения.

Это требует разработки соответствующей методологии создания систем автоматического мониторинга, которые по минимальной совокупности датчиков позволяют диагностировать и прогнозировать состояние агрегатов с необходимой достоверностью [68, 76, 100, 144]. Актуальной частью этой методологии является разработка моделей работоспособности агрегатов на основе изучения реодинамики вибрационных процессов и кинетики разрушения [20, 81, 252, 256].

Рассмотрим блок-схему обобщенной модели системы мониторинга состояния агрегатов производственного комплекса, представленную на рис. 2.2. Модель содержит три основных блока: объекты мониторинга, систему мониторинга и среду исполнения диагностических предписаний (обслуживающий персонал).

Объекты мониторинга, число которых может превышать десятки и сотни единиц оборудования (N>>1), характеризуются следующими переменными.

{ X_m } – вектор шума неуправляемых факторов и погрешностей изготовления, сборки и монтажа размерности m. Вектор, параметры которого определяют погрешность, остаточную работоспособность и безопасность объекта. В дальнейшем составляющие этого вектора будем называть структурными параметрами, поскольку они характеризуют внутренние погрешности, определяемые структурой механизма, машины или агрегата. Число этих параметров m определяет размерность вектора { X_m }. Именно для оценки этих параметров создается система мониторинга.

{ U_p } – вектор входных воздействий, прежде всего режимов работы и нагрузки объекта. Например, для насосного агрегата – это частота вращения, давление рабочей жидкости на входе и выходе, расход и т.д.

{ U_k } – вектор управляемых факторов, содержащий факторы, которые изменяются персоналом в процессе обслуживания оборудования, его наладки, регулировки на ходу, останове, ремонте и последующем пуске.

 

Рис. 2.19 – Обобщенная модель системы мониторинга состояния агрегатов НХК с учетом закономерностей их эксплуатации

{ X_m } – вектор шума неуправляемых факторов и погрешностей изготовления, сборки и монтажа размерности m;

{ U_p } – вектор входных воздействий, прежде всего режимов работы и нагрузки объекта;

{ U_k } – вектор управляемых факторов, содержащий факторы, которые изменяются персоналом в процессе обслуживания оборудования, его наладки, регулировки на ходу, останове, ремонте и последующем пуске;

{ Y_n } – обобщенные диагностические признаки размерности n;

{ S_n } – вектор состояний;

{ U_d } – вектор диагностических предписаний;

{ H_s } – вектор шума регулирования (исполнения)

 

Например, для насосного агрегата это может быть обтяжка корпуса насоса, замена масла или затяжка анкерных болтов фундамента двигателя, которые могут выполняться на ходу без останова агрегата. Центровка агрегата, балансировка на месте – примеры работ, которые выполняются при останове агрегата, но без его демонтажа с установки. Эти переменные непосредственно определяют соответствующие обобщенные координаты (погрешности) X_j, X_{j +1}, X_{j +2}, X_{j +3}, являющиеся структурными параметрами насосного агрегата и определяющими его состояние. Замена торцовых уплотнений или рабочего колеса – примеры ремонтов, которые выполняются при останове агрегата в условиях ремонтного производства.

Вся совокупность переменных { X_m }, { U_p } и { U_k } отображается через обобщенные координаты объекта диагностики и порождает обобщенные диагностические признаки, которые являются функционалами виброакустических сигналов, { Y_n } размерности n, и содержат информацию об обобщенных координатах и входных переменных.

 

Размерность сигнала определяется числом датчиков, установленных на агрегате, и числом независимых компонент сигнала, из которых формируются диагностические признаки. Этот сигнал воспринимается системой мониторинга, в задачу которой входит

- определение технического состояния объекта, характеризуемое его погрешностями { X_m }, и условиями функционирования { U_p } и { U_k }, за пределами которых функционирование объекта нежелательно или опасно по значениям диагностических признаков { Y_n } > { Y_тпм } { Y_ндп }, и

- формирование управляющих указаний персоналу в виде вектора диагностических предписаний { U_d } для выполнения неотложных действий по возвращению состояния объекта в безопасную зону, при которой { Y_n } < { Y_тпм }.

Здесь векторы { Y_ндп } и { Y_тпм } соответствуют границам состояния «Недопустимо» (НДП) и «Требует принятия мер» (ТПМ) соответственно.

На качество функционирования системы мониторинга существенное влияние оказывает шум мониторинга { H_d }, который определяется погрешностями измерения параметров сигнала и формирования диагностических признаков { Y_n }, погрешностями моделей диагностики, определяющими связь диагностических признаков сигнала { Y_n } со структурными параметрами объекта { X_m }, погрешностями диагностических результатов в виде заключений о состоянии объекта в силу конечного числа классов состояний и наличия ошибок 1-го и 2-го рода. Эти заключения преобразуются системой мониторинга в конкретные предписания персоналу { U_d } («Проверь крепление», «Проверь подшипник», «Проверь центровку» и т.д.), которые доставляются лицам, ответственным за управление технологическим комплексом и безаварийную эксплуатацию оборудования.

Ясно, что решение о соответствующих работах с объектом мониторинга, находящимся в критическом состоянии и требующим внимания, руководитель бригады, смены, установки или цеха может принять только при условии, что информация от системы мониторинга легкодоступна на всех уровнях принятия решения и доводится в убедительной, ясной и легкодоступной форме для персонала любого уровня. Такое представление информации, конечно, исключает чтение бумаг и многостраничных отчетов о результатах диагностики, а также потери времени, а иногда и самой информации, связанных с обсуждением результатов, сомнениями и поиском решения руководителями соответствующих служб персонала (исполнительной среды).

Вектор шума регулирования (исполнения) { H_s } прежде всего отражает уровень производственной и технологической дисциплины на НХК. По указанию руководителя реализуются, как правило, два вектора управления:

- вектор { U_p }, определяющий режим работы агрегата, и

- вектор { U_k }, определяющий факторы, управляемые персоналом при обслуживании оборудования.

Тщательность и качество выполненных персоналом указаний и работ также характеризуются шумом регулирования { H_s }.