Метод мониторинга и диагностики состояния оборудования с помощью измерений и анализа токов и напряжений по технологии Artesis

Диагностика состояния электродвигателей и генераторов - технология измерений и анализа токов и напряжений Artesis

Технология измерений и анализа токов и напряжений Artesis использует электромашину - электродвигатель или генератор переменного тока - в качестве единого общего электромагнитного «датчика» комплекса, состоящего из электромашины и соединенного с ней приводящего или приводимого оборудования. Технология Artesis с помощью такого «датчика» может обнаруживать различные физические явления и неисправности различной природы, в частности электрические, электромагнитные и механические неисправности этой электромашины в комплексе с вращающимся с ней оборудованием.

Общая информация

Технология Artesis использует значения и временные сигналы только силовых напряжений и токов (3 напряжения + 3 тока по фазам), которые измеряются удаленно от диагностируемого оборудования путем подключения измерительного устройства там, где имеется удобный доступ к силовым проводам электромашины, например,в шкафу электропитания, в силовом распределительном щите или в другом удобном месте без необходимости прокладки длинных кабельных линий и без необходимости установки каких-либо датчиков непосредственно на диагностируемом оборудовании.

Технология Artesis существенно отличается от технологии MCSA – технологии анализа сигнатуры тока. Технология MCSA выполняет прямой или демодулированный спектральный анализ непосредственно измеренных токов. Технология Artesis выполняет спектральный анализ расчетного разностного тока, представляющего собой вычисленную разницу между током теоретической модели и током очередной фактически измеренной модели.

Технология Artesis также чувствительна к механическим крутильным колебаниям роторной системы комплекса «электромашина + вращающееся оборудование», которые могут быть вызваны самыми различными причинами.

Достижения Artesis

Фирма Artesis добилась успехов во внедрении инновационной передовой технологии, воплощенной в простом, эффективном и умеренно затратном решении в мониторинге и диагностики состояния, которое создало базу для серьезных изменений в практике предупредительного техобслуживания.

Большие успехи технологии Artesis в мониторинге и диагностике состояния электродвигателей и приводимого ими оборудования создали основу для того, что следующим шагом фирмы стала доработка основной технологии Artesis для ее применения в мониторинге и диагностике состояния электрогенераторов и приводящего их оборудования.

Признание и сотрудничество GE-Bently Nevada

Компания General Electric (GE) заключила соглашение с Artesis в 2010 году. В соответствии с этим соглашением GE приобрела долю в капитале компании, и с тех пор Artesis производит ряд интеллектуальных продуктов GE для мониторинга состояния, предназначенных для обнаружения неисправностей в электродвигателях и генераторах переменного тока различных размеров и мощностей. Artesis выпускает измерительные устройства для обнаружения аномалий электродвигателей и электрогенераторов в составе линейки продуктов Bently Nevada® компании GE, известной как AnomAlert®. GE стремится разрабатывать более чистые, интеллектуальные и более эффективные решения сегодняшних энергетических задач, а инвестиции в Artesis позволяют GE более эффективно удовлетворять требования заказчиков с помощью пополнившегося семейства инновационных решений. «Наше соглашение с GE является еще одним свидетельством признания вклада наших технологий в повышение производительности и энергоэффективности промышленных объектов. Теперь мы находимся в более хорошем положении, чтобы обслуживать наших заказчиков по всему миру», - сказал Ахмет Дуяр, основатель и генеральный директор компании Artesis. Измерительные устройства компании Artesis, произведенные для GE под торговой маркой AnomAlert®, используются для мониторинга и обнаружения неисправностей во многих отраслях, включая нефтегазовую, химическую и нефтехимическую, обрабатывающую промышленности, металлообработку, целлюлозно-бумажную промышленность, водоснабжение, производство цемента, производство продуктов питания и напитков, автомобильную, текстильную и морскую отрасли.

Требования по взрывозащите

Технология Artesis не требует установки датчиков или каких-либо измерительных устройств во взрывоопасной среде. Все измерения выполняются удаленно от диагностируемого оборудования, которое может само по себе располагаться в любом месте, в частности, во взрывоопасной среде. Все измерения выполняются на силовых проводах и терминалах, расположенных в безопасной зоне, с применением измерительных устройств в обычном исполнении. Поэтому отсутствует необходимость применения каких-либо средств взрывозащиты и искробезопасного исполнения измерительных устройств Artesis для мониторинга и диагностики состояния оборудования, находящегося во взрывоопасной среде.

Требования по доступу к оборудованию

Технология Artesis не требует установки датчиков или каких-либо измерительных устройств непосредственно на диагностируемом оборудовании или рядом с ним. Все измерения выполняются удаленно от диагностируемого оборудования, которое может само по себе располагаться в любом месте, в частности, в местах, недоступных для человека, например, в нефтяной скважине, под водой, в агрессивных средах и т.п. Все измерения по технологии Artesis выполняются на силовых проводах и терминалах, расположенных в удобном для доступа месте и, как правило, в комфортной среде, например, в шкафу электропитания, в силовом распределительном щите и т.п.

Моделирование и самообучение

Технология Artesis использует передовое математическое моделирование поведения всего комплекса, состоящего из электромашины и соединенного с ней приводящего или приводимого вращающегося оборудования.

Концепция обнаружения неисправностей на основе моделирования поведения оборудования, применяемая в технологии Artesis, является не только инновационной, но также и уникальной в своей области. Эта концепция первоначально была разработана и применена в аэрокосмической промышленности. В ней используются развитые алгоритмы, являющиеся объектом тщательной патентной защиты. Доработка и превращение теоретических математических вычислений в практическое работающее устройство потребовали значительных усилий, которые включали проведение испытаний на нескольких миллионах электродвигателей, для того чтобы обеспечить точность и повторяемость результатов диагностики.

После установки, простой начальной конфигурации и ввода в эксплуатацию измерительное устройство Artesis автоматически инициирует процесс своего самообучения, в течение которого рассчитывается образцовая математическая модель состояния и поведения диагностируемого оборудования. Эта модель включает в себя информацию об электрических и механических рабочих характеристиках электромашины, соединительной муфты и приводимого / приводящего оборудования. Процесс самообучения выполняется без участия пользователя и охватывает все рабочие состояния диагностируемого оборудования, зарегистрированные за время самообучения, такие как, например, различные скорости вращения и различные нагрузки.

При создании образцовой модели для сравнения также используется база типовых данных по аналогичному виду оборудования. Это предотвращает создание «хорошей» образцовой модели в том случае, если измерительное устройство Artesis было установлено на заведомо неисправном вращающемся оборудовании.

Когда создание образцовой модели закончено, измерительное устройство Artesis переключается в режим мониторинга, в котором оно создает очередную текущую рабочую модель состояния примерно каждые 1-2 минуты.

Получение результатов

Измерительное устройство Artesis измеряет и анализирует временные сигналы силовых токов и напряжений работающей электромашины, рассчитывая при этом комплекс различных стандартных электротехнических параметров.

Измерительное устройство Artesis также постоянно создает текущие рабочие модели состояния электромашины. Очередная полученная рабочая модель состояния статистически сравнивается с образцовой моделью, в результате чего потенциальные неисправности идентифицируются и характеризуются. Измерительное устройство Artesis создает ряд индикаторов, указывающих на возможные причины и степень развития неисправностей, предлагает рекомендуемые действия по предотвращению дальнейшего развития неисправностей и предполагает время, остающееся для выполнения этих мероприятий.

Влияние нагрузки на результаты оценки состояния

Сигналы, измеренные по технологии Artesis, усиливаются при повышении нагрузки на оборудование. Ориентируясь только на повышение уровня сигнала без учета повышения нагрузки, можно сделать ошибочный вывод о том, что началось развитие какой-либо неисправности. Технология Artesis напрямую измеряет силовые напряжения и токи, в результате также рассчитывается потребляемая мощность, на основе чего производится нормализация результатов оценки состояния при изменении нагрузки во избежание выдачи ложных диагнозов.

Влияние скорости вращения на результаты оценки состояния

Cигналы, измеренные по технологии Artesis, усиливаются, когда оборудование «набирает обороты». Ориентируясь только на повышение уровня сигнала без учета повышения скорости вращения, можно сделать ошибочный вывод о том, что началось развитие какой-либо неисправности. Технология Artesis основана на математической модели, учитывающей изменения скорости вращения в рабочем диапазоне для данного оборудования, поэтому технология Artesis производит нормализацию результатов оценки состояния при изменении скорости вращения электродвигателя во избежание выдачи ложных диагнозов.

Представление результатов

Когда измерительное устройство Artesis обнаруживает неисправность, оно представляет пользователю результаты своего сложного анализа простым способом. Светодиодные индикаторы состояния на передней панели измерительного устройства Artesis отражают состояние диагностируемого оборудования по системе светофора «красный-желтый-зелёный» и незамедлительно информируют пользователя о том, что проблема появилась. Имеется релейный выход для выдачи сигналов визуальной или звуковой сигнализации с помощью внешних устройств тревожной сигнализации, либо для простой передачи релейного сигнала тревоги в АСУ.

Информация о результатах диагностики отправляется на подключенный компьютер, где она предоставляется пользователю в развернутом виде. Автоматически распознаются различные группы неисправностей как электрической, так и механической природы, включая такие типовые неисправности как пробой изоляции, дисбаланс напряжений и другие проблемы питающей сети, дефекты стержней ротора, дисбаланс масс ротора и несоосность валов, дефекты подшипников и другие.

При этом с помощью ПО на дисплей компьютера могут выдаваться:

  • широкий набор непосредственно измеренных и рассчитанных электротехнических параметров,
  • графические индикаторы состояния для различных групп неисправностей на фоне зон состояния «красная-желтая-нормально»,
  • текстовые сообщения о состоянии каждого диагностируемого комплекса электромашины с вращающимся оборудованием,
  • текстовые рекомендации по предлагаемому техобслуживанию,
  • графические тренды параметров,
  • временные сигналы и спектры рабочих напряжений и токов по фазам,
  • спектры смоделированных сигналов, отражающие разницу между текущим состоянием и образцовой моделью данной электромашины и несущие информацию о появившихся неисправностях. 

Измерительное устройство Artesis также рассчитывает разностный сигнал между теоретической моделью и фактически измеренной рабочей моделью, который отражает имеющиеся проблемы. Этот разностный сигнал, несущий информацию о неисправностях, подвергается спектральному анализу по мощности и представляется на фоне спектральных зон состояния «Норма», «Высокий уровень» и «еще выше».

При необходимости более глубокого анализа данных в индивидуальном порядке пользователь имеет возможность подробно анализировать и сопоставлять между собой тренды различных параметров, а также получать более детальную информацию из результатов спектрального анализа смоделированных сигналов, а также из результатов анализа временных сигналов и спектров рабочих напряжений и токов по фазам.

Многие пользователи проводят свое рабочее время вне кабинетов и вдали от своих компьютеров. В таких случаях оказывается удобным получать сообщения по электронной почте, приходящие на носимые с собой ноутбуки, планшеты, смартфоны и прочие «умные» устройства, обращающие внимание пользователей на необходимость ознакомления с изменениями в состоянии оборудования.

Отчет по состоянию

По окончании процесса самообучения измерительное устройство Artesis переключается в режим мониторинга, в котором регулярно создаются отчеты по состоянию для диагностируемого комплекса вращающегося оборудования. В таком отчете указываются все группы обнаруженных проблем, а также даются рекомендации по предупредительному техобслуживанию и предполагаемым срокам его выполнения.

Рекомендации по планированию техобслуживания во времени, например, «в течение 6 месяцев», «в течение 3 месяцев», «как можно скорее» и т.п., не являются строго определенными для каждого отдельно взятого комплекса электромашины с вращающимся оборудованием. Эти рекомендации основываются на опыте многочисленных подобных измерений на практике и отражают некоторое усредненное поведение множества сходного по типу оборудования.

ВНИМАНИЕ: несмотря на использование статистических данных по сходному оборудованию поведение любого конкретного оборудования и развитие его неисправности может непредсказуемо отличаться от усредненной модели! При наличии признаков любой неисправности настоятельно рекомендуется принимать, по возможности, скорейшие меры для уточнения характера, степени и скорости развития неисправности, а также выполнять соответствующее техническое обслуживание для заблаговременного предотвращения любых нежелательных последствий!

Для выдачи информации по состоянию оборудования технология Artesis не требует сбора и анализа трендов параметров за длительный период времени. С момента окончания самообучения и далее такая информация предоставляется пользователю почти незамедлительно на основании автоматического мониторинга и анализа состояния диагностируемого оборудования.

Максимум информации при минимуме усилий

Ключом к успешному продвижению технологии Artesis явилось то обстоятельство, что применяемые передовые технологии оставались и остаются невидимыми для пользователя. Фактически, начиная с момента установки измерительного устройства Artesis, пользователь мало что должен делать сам кроме получения результатов и выполнения рекомендаций, предоставляемых ему измерительным устройством. Информация о состоянии оборудования может передаваться пользователю в виде «сигналов светофора», в виде входных сигналов АСУ, в виде информации на дисплее компьютера и в виде сообщений электронной почты, т.е. передаваться практически в любое место в мире, где может находится пользователь.

На сегодняшний день технология Artesis представляет собой простой, эффективный и относительно недорогой метод мониторинга и диагностики, который позволяет большинству предприятий получать выгоду от недорогого высокоавтоматизированного мониторинга и диагностики состояния вращающегося оборудования с достаточно высоким уровнем информативности.

Измерительные устройства Artesis:

  • Переносной диагностический прибор Artesis AMT Toolkit для электродвигателей переменного тока с постоянной или регулируемой инвертором скоростью вращения и для генераторов переменного тока с постоянной скоростью вращения.
  • Стационарный монитор Artesis MCM Line для электродвигателей переменного тока с постоянной скоростью вращения,
  • Стационарный монитор Artesis MCM Inverter для электродвигателей переменного тока с постоянной или регулируемой инвертором скоростью вращения,
  • Стационарный монитор Artesis PCM для генераторов переменного тока с постоянной скоростью вращения.

Информация к размышлению: