Авторы:
В.В. Нищета
НИИ «Специальные научные исследования и конструирование оборудования»
(Донецк, Украина)
В.А. Сидоров /к.т.н./
Донецкий национальный технический университет (Донецк, Украина)

Классификация вибросистем

Источник: Журнал "Нафтова та газова промисловість". - 2009. - №1. - С. 60-63

Одним из аспектов технологической безопасности промышленного оборудования, в частности энергетического, является правильное применение устройств контроля над техническим состоянием энергомеханических систем. Современное развитие средств автоматизации и контроля предоставляет широкие возможности для решения задач управления по техническому состоянию механических систем.

Применение устройств вибрации более высокого поколения в системах автоматизированного управления (САУ) более низкого поколения приводит к конфликту. Такие устройства, как правило, плохо работают с САУ более низкого поколения.

В классификации систем автоматизированного управления энергомеханическим оборудованием /1/ определено 5 поколений САУ. Устройства вибрации так же подвержены классификации, но с учетом присущих ей признаков.

В 1-м поколении систем автоматизированного управления техническое состояние оборудования определялись только при помощи органолептических методов. Основным методом обнаружения неполадок в работе оборудования во время эксплуатации являлся его осмотр. С начала оборудование осматривали перед вводом в эксплуатацию, потом во время перерывов или поломок. Потом осмотр оборудования начали проводить чаще, проводить ревизии, частичную разборку механизмов, а так же начали следить за работой оборудования во время его работы: в стационарном режиме. При этом одним из контролируемых параметров исследования работающего оборудования явилась вибрация и производимый ею при этом шум. Шум работающего оборудования измерялся при помощи слуховых трубок. Изменяя параметры слуховых трубок (внутренний диаметр и длину) достигали различных звуковых эффектов и таким образом величину шума связывали с уровнем вибрации. Величина шума связана с длиной волны, которая пропускала трубка, а, следовательно, усиливала или ослабляла те или иные частоты вибрации. Причем, параметры слуховой трубки, практически ни кто не исследовал и не рассчитывал. Таким образом, накапливались органолептические знания о параметрах виброперемещения, которые на-прямую были связаны с параметрами слуховых трубок и личных субъективных способностях исследователей. При таком способе определения технического состояния оборудования присутствовала большая составляющая субъективной оценки, которая не позволяла производить систематизацию повреждений оборудования. Но опыт производимых ремонтов связанных с механическими поломками оборудования накапливался, набирались статистические данные о работе оборудования, результаты которых сформировались в перечень регламентных работ, а именно в программу планово предупредительных ремонтов, которую утверждало каждое предприятие. Научная организация плановых ремонтов выразилась в разработку соответствующих ГОСТов. Таким образом предприятие получило нормативную базу и смогло планировать свои затраты на обслуживание энергомеханического оборудования уже на основании ГОСТ.

А₁- поколение.

На основании выше сказанного 1-е поколение систем управления параметрами вибрации оборудования является органолептическое управление (А₁).

Достоинства:

В₁ – требований к разработчикам слуховых трубок нет.

Г₁ - При правильной эксплуатации средств определения параметров вибрации - слуховых трубок, их срок службы не ограничен. Используется до сих пор.

Д₁- Стоимость обслуживания, разработка систем и самой системы вибродиагностики (слуховые трубки) минимальны.

Е₁- С увеличением объема диагностических задач металлоемкость слуховых трубок растет незначительно;

Недостатки:

Б₁- Высокие требования к квалификации эксплуатации. «Слухачи» - исследователи параметров вибрации в цене;

Ж₁- Виброинформативность о работе оборудования и технологического процесса отсутствует;

З₁- Контроль и фиксация вибропараметров оборудования и технологического процесса отсутствует;

И₁- Экономии энергоресурсов – нет.

К₁ – стоимость монтажних работ снизится;

Л₁ - стоимость наладочных работ снизится;

М₁ - стоимость работ по обслуживанию снизится;

А₂ - поколение.

Требования к надежности работы оборудования вызвали появление различ-ных регистрирующих и контролирующих приборов. Это позволило создать системы автоматизированного управления 2-го поколения /1/. В качестве составляющей системы управления появились защиты от превышения уровня вибрации. Принцип работы этих устройств заключался в измерении уровней виброперемещения, виброскорости и виброускорения в контролируемых точках переносными приборами. Таким образом основной функцией 2-го поколения систем управления параметрами вибра-ции оборудования является управление регистрацией и осуществление виброконтроля над параметрами вибрации (А₂) оборудования.

Достоинства:

Г₂ - Срок службы виброизмерительных устройств не менее 10 лет, так как они достаточно просты в обслуживании и ремонте;

Ж₂ - Повысилась информативность параметров оборудования за счет контролирования вибропараметров: виброперемещение, виброскорость и виброускорение;

З₂ - Появился контроль и фиксация вибропараметров оборудования;

И₂ - Продление ресурса эксплуатируемого оборудования за счет предотвращения аварий связанных с повышением уровня вибрации.

Недостатки:

Б₂ - Повысились требования к квалификации обслуживаемого персонала, так как потребовались другие специалисты, которые имели бы дополнительные, более широкие знания механики и контрольно-виброизмерительной техники;

В₂ - Повысились требования к конструкторам и проектантам - кроме электрика инженера-конструктора появились инженеры - прибористы и механики;

Д₂ - Стоимость измерительных виброприборов, обслуживания и их разработка возросла;

Е₂ - С увеличением объема решаемых задач по виброзащите выросла металлоемкость устройств виброзащиты, а также количество виброизмерительных устройств и субъективизм в оценке параметров вибрации;

К₂ – стоимость монтажних работ повысится;

Л₂ - стоимость наладочных работ повысится;

М₂ - стоимость работ по обслуживанию повысится.

А₃ - поколение.

Третье поколение вибродиагностических устройств появится после того как разработчики научатся использовать возможность строить параметрические зависимости, а, следовательно, осуществлять регулирование уровня вибрации оборудования во время его работы. Основная функция: управление регулированием вибропараметров оборудования и технологии во времени в заданных пределах (то есть оценкой разности между измеряемой величиной и образцовой). Управление регулированием производится с помощью виброрегуляторов: П, ПИ, ПД, ПИД и использованием релейных законов.

В принципе исследователи вибрации достаточно накопили информации о вибропараметрах объекта управления. Теперь эту информацию необходимо систематизировать и сделать практическую работу третьего поколения. В реальных условиях управление регулированием вибропараметров оборудования должно представлять собой сочетание управлением переходного и установившегося режимов работы оборудования при заранее неизвестных законах изменения вибропараметров внешних воздействий. Это затрудняет анализировать динамику и статику управления процессом виброрегулирования объекта. Для решения этих проблем используют типовые, управляющие и возмущающие воздействия, которые представляют собой наиболее вероятные и неблагоприятные законы изменения управляющих и возмущающих воздействий. Исполнение виброустройств любое: механическое, гидравлическое, пневматическое, электронное: транзисторно-диодное, на интегральных микросхемах средней степени интеграции или на микропроцессорных комплектах.

В настоящее время систем управления регулированием вибропараметров нет. Любое появление устройств виброрегулирования качественно повысит технический уровень систем автоматизированного управления (САУ) 3-го поколения.

Достоинства.

Ж₃ - Информативность о работе оборудования и технологического процесса увеличится;

З₃ - Появится регулируемость вибропараметров оборудования и технологического процесса в заданных пределах;

И₃ - Экономия энергоресурсов появится на операциях по регулированию вибро-параметров;

К₃ – стоимость монтажних работ снизится;

Недостатки.

Б₃ - Требования к квалификации обслуживаемого персонала снизятся, но количество об-служиваемого персонала возрастет, так как потребуются дополнительные специалисты КИПиА для работы с системами виброуправления и пониманием технологии: радиоинженеры и программисты автоматических устройств. В эксплуатации потребуются специалисты высокой квалификации, то есть увеличатся издержки на обслуживание систем виброуправления;

В₃ - К разработчикам устройств виброуправления также повысятся требования: появятся дополнительные специалисты автоматизированных систем виброуправления, радиоинженеры, программисты и механики;

Г₂ - Срок службы виброустройств незначителен из за ненадежности комплектующих элементов.

Д₃ - Стоимость виброустройств, ее разработки и обслуживания резко возрастут.

Е₃ - Металлоемкость снизится.

Л₃ - стоимость наладочных работ повысится;

М₃ - стоимость работ по обслуживанию повысятся;

Выводы:

1. Так как САУ 3-го поколения уже существует, то существует и конфликт, кото-рый находится между требованиями эксплуатации и разработчиками САУ, которые не могут удовлетворить требования эксплуатации из-за отсутствия в нем устройств виброрегулирования.

2. Виброрегуляторы 3-го поколения появятся в САУ в самом конце ее существования. Это связано с тем, что измерительные приборы очень дороги и редки. Кроме того квалифицированных разработчиков виброрегуляторов и научных кадров по данному направлению еще недостаточно.

3. В настоящее время таких устройств нет.

А₄ - Четвертое поколение.

Основная функция: управление техническим состоянием оборудования и параметрами технологии во времени. А именно: управление производится при задании начальных условий, допущений и ограничений работы оборудования и технологического процесса с учетом отклонений постоянного и случайного характера по каждой группе вибродиагностических параметров. Этими вибродиагностическими параметрами могут быть: кинематические, геометрические, статистические и динамические, механические и молекулярные, тепловые, акустические, электрические и магнитные излучения, атомной физики и универсальные физические постоянные.

Достоинства.

Б₄ - Требования к квалификации обслуживающего персонала систем автоматики сни-зятся и сведутся, собственно, только к наблюдению за работой вибросоставляющей оборудования, потому что разработчики, как правило, сами обслуживают свою технику. Количество обслуживаемого персонала снизится.

В₄ - Требования к конструкторам и научным сотрудникам резко возрастут за счет необходимости создания вибродиагностических математических моделей процессов происходящих в оборудовании и технологии. У разработчиков подсистем вибрации появятся дополнительные специалисты: научные сотрудники и математики;

Г₄ - Срок службы вибросистем возрастет.

Е₄ - Металлоемкость уменьшится.

Ж₃ - Информативность о работе оборудования и технологического процесса увеличится;

З₄ - Управляемость вибропараметров оборудования и процессов в технологии возрастет.

И₄ - Экономия энергоресурсов за счет определения вибродиагностических параметров работы оборудования и технологического процесса существенно возрастет.

К₄ - стоимость монтажних работ снизится;

Л₄ - стоимость наладочных работ снизится;

М₄ - стоимость работ по обслуживанию снизится;

Недостатки.

Д₄ - Стоимость вибросистем и ее разработка увеличится;

ВЫВОДЫ:

1. Весь процесс создания устройств вибрации 4-го поколения будет определяться наличием конфликта между разработчиками и эксплуатацией. Конфликт будет основываться на избыточности информации полученной ранее, различной ее су-бъективной трактовки и долгим отсутствием нормативной базы.

2. Таких систем в настоящее время нет, так как научные исследования по опреде-лению вибродиагностических параметров ведутся бессистемно, малыми коллек-тивами при незначительном финансировании.

А₅ - Пятое поколение.

Основная функция: управление оптимизацией всех вибропараметров процессов работы оборудования и технологии. Например, осуществление автоматического оптимизационного виброуправления: при пуске, останове, разгрузке и загрузке оборудования, в устойчивой зоне, при параллельном, последовательном или групповом соединении оборудования в едином технологическом комплексе.

Достоинства.

Б₅- Требования к количеству эксплуатационного персонала сведутся к минимуму;

Г₅- Срок службы систем возрастет;

Д₅- Стоимость разработки достигнет своего максимума, а стоимость изделия и эксплуатационные расходы своего минимума. То есть, в целом, стоимость такой технической системы будет несколько ниже, чем существующие;

Е₅- Металлоемкость достигнет своего минимума;

Ж₅- Информативность о работе оборудования и технологического процесса достигнет своего максимума;

З₅- Автоматическая (безлюдная) технология управления;

И₅- Экономия энергоресурсов достигнет своего максимума за счет автоматического управления оптимизацией вибропараметров процессов работы оборудования единого технологического комплекса.

К₅ – стоимость монтажних работ снизится;

Л₅ - стоимость наладочных работ снизится;

М₅ - стоимость работ по обслуживанию снизится;

Недостатки.

В₅- Требуются наиболее полные научные знания об объекте виброуправления. Возрастут затраты на исследовательские работы.

Выводы:

1. Таких систем в настоящее время нет.

ВЫВОДЫ

1. Устройства вибрации 3-го поколения еще не созданы, а срок службы систем САУ 3-го поколения подходит к концу. Таким образом, процесс совершенствования устройств вибрации 2-го поколения остановился на сборе и обработке получаемой информации о вибропараметрах объекта исследования и не движется дальше. Основная причина: избыток и отсутствие систематизации имеющихся виброданных.

2. При создании или внедрении современных САУ ГПА, можно будет определить соответствует ли главная функция предлагаемых вибросистем в предлагаемых САУ. То есть, имеется ли в САУ соответствующая этому поколению вибросистема, что позволит сделать соответствующий вывод.

3. Если в САУ, например, 3-го поколения нет регуляторов вибрации, то эта САУ еще мо-жет модернизироваться в этом направлении. Так же, если для САУ 3-го поколения приобретаются вибросистемы 2-го поколения, то есть вибросигнализаторы, то это всегда будет ухудшать работу этой САУ.

4. Результаты выполненной работы раскрывают направление развития технологий виброуправления в настоящем и будущем. Кроме того показывают какие современные требования будут предъявляться к эксплуатационному персоналу и разработчикам систем.

5. Эксплуатационному персоналу эта классификация поможет быстро и легко определять назначение и уровень, достоинства и недостатки, цикл жизни и «смерти» той или иной виброситстемы. Это позволит решить вопрос что, когда, зачем и на что необходимо менять (модернизировать, реконструировать, разрабатывать и т.д.) существующую вибросистему при увеличении требований к ее главным функциям.

6. Научным сотрудникам и разработчикам вибросистем дання работа поможет проводить сравнительные анализы всех имеющихся устройств вибрации и показывает пути их дальнейшего совершенствования.

Литература

1. Ніщета В.В. Классифікація систем автоматизованного керування. Нафтова та газова промисловість. №6., 2008.стр. 47 -50, 2 ил. 1 табл.