Дипломная (вкр): Программное обеспечение для вибродиагностики технологического оборудования

Программное обеспечение для вибродиагностики технологического оборудования

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ульяновский государственный технический университет

ДИМИТРОВГРАДСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНОЛОГИИ, УПРАВЛЕНИЯ И ДИЗАЙНА

(филиал) Ульяновского государственного технического университета

Факультет технологический

Кафедра информационных технологий

Специальность 23010565

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Тема: Программное обеспечение для вибродиагностики технологического оборудования

Студент Колбасов Павел Афанасьевич

Руководитель: Ракова О.А.

Содержание

Введение

. Информация о заказчике

Выводы по разделу 1

. Введение в предметную область

.1 Схема диагностирования

.2 Параметры и характеристики ЦБН

Выводы по разделу 2

. Обзор аналогичных продуктов

.1 Прибор «Тест-СК»

.2 Программа «Модальный анализ»

.3 Виброанализатор «Диана-8»

.4 «Атлант-8» - регистратор и анализатор вибросигналов

Выводы по разделу 3

. Обоснование средств разработки

.1 Среда разработки Microsoft Visual Studio

.2 Технология .Net Framework 2.0

.3 Язык программирования С#

4.4 Nevron.Net Vision Q3 for VS2008

Выводы по разделу 4

. Описание процесса разработки программы

.1 Требования заказчика

.2 Структура классов

.3 Общий алгоритм работы

.3.1 Ввод данных для диагностирования

.3.2 Предварительная обработка информации для диагностирования

.3.3 Расчет диагностических параметров

.3.4 Подготовка и расчет диагностической матрицы

.3.5 Отображение результатов диагностики и функций исходных данных

.3.6 Сохранение результатов диагностики

.4 Интерфейс программы

.5 Тестирование программы

Выводы по разделу 5

. Экономический раздел

.1 Оценка затрат на разработку продукта

.2 Оценка экономической эффективности разработки

Выводы по разделу 6

. Безопасность жизнедеятельности

.1 Гигиеническое нормирование условий труда программистов

.2 Обеспечение нормируемой освещенности

Выводы по разделу 7

Заключение

Список использованных источников

Приложения

Введение

Работа сложных машин и механизмов в промышленности, на транспорте, в повседневной жизни неразрывно связана с эффектом вибраций, интенсивность и характер которых проявляются разным образом в зависимости от технического состояния оборудования. Поэтому, анализируя вибрации тем или иным методом, можно без вывода оборудования из рабочего режима, т.е. без демонтажа или без разборки, получить достаточно полную и достоверную информацию о его текущем состоянии и зарождающихся в нем неисправностях. Проводя такой анализ периодически, можно, исходя из динамики изменений вибраций во времени, спрогнозировать остаточный рабочий ресурс задолго (недели, месяцы) до выхода оборудования из строя. Своевременное выявление зарождающихся неисправностей и прогноз их развития являются двумя основными задачами технической диагностики [1].

Безразборная виброакустическая диагностика (ВАД) является достаточно молодым, но быстро развивающимся направлением в науке, имеющим большое прикладное значение. Используемые в ВАД методы позволяют существенно уменьшить затраты на обслуживание оборудования за счет повышения качества оценки состояния узлов машин и уменьшения временных затрат на диагностирование.

Безразборная виброакустическая диагностика узлов трения машин основана на виброакустических проявлениях работающих узлов машин. При разработке методов обработки и анализа виброакустического сигнала узла необходимо решить следующие задачи:

1)   определить по динамическим характеристикам машины характерные для исследуемого узла частоты;

2)     извлечь компоненты сигнала, относящегося к исследуемому узлу, из смеси шума других узлов, производственного шума и других шумовых фоновых возмущений;

)       определить влияния износа деталей на шумовые характеристики машины;

)       выбрать оптимальный метод и разработать систему виброакустической диагностики, обеспечивающей необходимую чувствительность для обнаружения износа деталей [2].

Самым простым и наиболее часто используемым виброакустическим диагностическим методом являются акустические технологии безразборного диагностирования трибоузлов «на слух», широко используемые, например, на железнодорожном транспорте при выявлении неисправных колесных пар. В 1998 году была разработана фонетическая диагностика, являющаяся разновидностью акустических технологий. В ней акустическая информация записана на контактный датчик, что позволяет прослушивать информацию многократно, избегать маскирующего воздействия посторонних шумов и создавать базу данных фонотек. Но у акустических технологий есть и существенный недостаток: человеческий фактор в диагностике состояния исследуемого объекта является определяющим.

Более прогрессивным является использование приборных технологий, которые подразделяются на три класса в зависимости от глубины исследования и используемых методов обработки виброакустической информации. К первому классу относятся приборные технологии первого уровня, позволяющие диагностировать машины с глубиной до трибоузла. Приборные технологии второго уровня, относящиеся, соответственно, ко второму классу, позволяют аналоговыми приборными средствами диагностировать машины до детали. Технологии третьего уровня, относящиеся к третьему классу приборных технологий, характеризуются использованием цифровых методов фильтрации и обработки виброакустической информации от трибоузлов с диагностикой до трибодетали. Третий класс, в зависимости от используемой математической модели обработки информации, подразделяют еще на три вида: частично-цифровой, насыщенно-цифровой и вэйвлетный.

При создании виброакустических диагностических методов, относящихся к приборным технологиям третьего класса, появляется проблема инструментария. Использование специализированных звуковых, ориентированных в основном на профессиональных музыкантов, и математических программ оказывается эффективным только для научных разработок виброакустических методов, которые тяжело применять на практике. Среди программ для обработки звука стоит отметить SoundForge, WaveLab и т.д. Среди математических пакетов общепризнанными лидерами являются MathCAD, MathLab, Mathematica и т.д. При решении прикладных задач становится очевидной необходимость создания с помощью языков программирования высокого уровня специализированного программного обеспечения для виброакустической диагностики.

Становится очевидным, что дальнейшее развитие виброакустических методов диагностирования, повышение качества диагностики, уменьшение временных затрат на обслуживание будут тесно связано с передовыми информационными технологиями. Поэтому к разработке методов, предназначенных для решения прикладных задач виброакустической диагностики, должны быть привлечены специалисты в области информатики и программирования. Данной деятельностью занимается заказчик ЗАО «ПромСервис», для кого и пишется данный программный продукт.

Конечным результатом данной дипломной работы должно стать получение готового, отвечающего последним требованиям отрасли программного продукта, реализующего применение методов и наработок заказчика в сфере виброакустической диагностики сложного промышленного оборудования для диагностики состояния центробежного нагнетателя.

1. Информация о заказчике

Закрытое акционерное общество (ЗАО) «ПромСервис» создано в 1992 бывшими сотрудниками НИИАР. Предлагает своим потребителям эффективные решения в области энергоресурсосбережения и диагностики.

Осуществляя комплексный подход к решению проблем энергосбережения, ЗАО «ПромСервис»

1)   производит:

· приборы учета и регулирования тепла (погодного регулирования);

· автоматизированные системы диспетчеризации, контроля и вибродиагностики;

2)   оказывает услуги:

· по монтажу, наладке, обслуживанию энергосберегающего оборудования;

·       энергоаудита;

·       в области промышленной безопасности и диагностики;

·       по автоматизации, диспетчеризации, вибродиагностике.

Опыт, накопленный ЗАО «ПромСервис» в создании систем диагностирования сложного промышленного оборудования, позволил разработать и успешно внедрить широкую гамму интеллектуальных систем контроля, диагностирования и управления. На предприятиях России и стран СНГ работают сотни переносных систем диагностирования вращающегося оборудования «ДИЭС». Данная система позволяет на основе анализа виброакустических шумов выявлять несколько десятков видов механических и электрических дефектов оборудования роторного типа (турбины, воздуходувки, компрессоры, насосы, и т.п.).

Для оснащения ответственных промышленных агрегатов ЗАО «ПромСервис» выпускает стационарную систему автоматической диагностики и контроля оборудования «САДКО». Она позволяет в масштабе реального времени контролировать все технологические параметры - ток, давление, расход, температуру и т.п. Кроме того, на всех подшипниковых опорах устанавливаются датчики вибрации. Диагностирование в непрерывном режиме во время стационарных и переходных процессов позволяет исключить внезапные отказы. С помощью этой системы определяются практически все значимые механические дефекты и технологические отказы.

Автоматизированная система диспетчеризации и учета тепловых ресурсов на основе программно-аппаратного комплекса «САДКО-Тепло» предназначена для сбора, обработки, хранения и отображения данных о потреблении тепловой энергии и горячего водоснабжения для оснащения служб энергопотребляющих и энергоснабжающих предприятий, а также сбора данных о техническом состоянии узлов учета. Программное обеспечение системы совместимо практически со всеми часто используемыми в России марками теплосчетчиков и может быть легко адаптировано к реальным условиям, существующим в российских городах.

ЗАО «ПромСервис» имеет все необходимые лицензии, оборудование и высококвалифицированный персонал для выполнения энергоаудита различных объектов, включая отдельные здания, промышленные комплексы и города в целом.

Кроме того, осуществляет полный комплекс работ по энергоресурсосбережению, включая проектно-изыскательские, проектно-сметные работы, монтаж, демонтаж, пуско-наладку, сервисное, гарантийное и техническое обслуживание приборов учета газа, тепловой, электрической энергии и теплоносителя, систем вентиляции и кондиционирования воздуха, систем контрольно-измерительных приборов и автоматики, вычислительной техники и технологического оборудования; пусконаладочные работы на газовом оборудовании для ТЭЦ, котельных, теплогенераторов с газогорелочными устройствами.

Сегодня ЗАО «ПромСервис» производит современное оборудование и создает новые технологии, обеспечивающие потребителям, работающим в самых различных сферах, получение максимального экономического эффекта. При этом постоянно совершенствует свои разработки, предоставляя своим партнерам и заказчикам приборы и сервисные услуги европейского качества.

Выводы по разделу 1

ЗАО «ПромСервис» в течение 10 лет занимается разработкой и внедрением стационарных и переносных систем безразборной виброакустической диагностики сложного технологического оборудования.

2. Введение в предметную область

В настоящее время наша страна - один из основных экспортеров природного газа. Для доставки газа потребителям, находящимся за многие тысячи километров от мест добычи, используются магистральные газопроводы.

Газ под давлением 75 атмосфер движется по трубам диаметром до 1.4 метра. По мере продвижения по трубопроводу газ теряет энергию, преодолевая силы трения как между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа [3]. Поэтому через определённые промежутки необходимо сооружать компрессорные станции (КС), на которых газ дожимается до 75 атмосфер устройством, называемым газоперекачивающий агрегат (ГПА). ГПА в свою очередь состоит из газовой турбины, используемой в качестве двигателя и центробежного нагнетателя (ЦБН). На рисунке 2.1 изображено устройство ГПА-Ц-16.

Рисунок 2.1 - Газоперекачивающий блочно-контейнерный агрегат ГПА-Ц-16:

- авиационный привод HK-16 CT; 2 - ЦБН природного газа

Составные части ГПА, в нашем случае ЦБН, являются особо важными объектами, к которым необходим индивидуальный подход к каждой единице оборудования. Ведь выход из строя, временная остановка, простой сопровождаются большими экономическими потерями. Во всем мире для уменьшения риска внезапных остановок крупные и ответственные агрегаты находятся под постоянным контролем. Регулярно измеряются значения технологических и вибрационных параметров, которые сравниваются с допустимыми значениями, регламентированными технологическим процессом или соответствующими ГОСТами.

2.1 Схема диагностирования

Все ГПА оснащены штатными стационарными системами вибромониторинга. Например, ЦБН 7V-3, разработанный в компании Mitsubishi, оснащен стационарной системой вибромониторинга и контроля технических параметров «Bently Nevada». Газовая турбина оснащена системой виброконтроля СДКО с датчикам - пьезоакселерометрами, установленными на фланцевых соединениях (cм. рисунок 2.2 и таблицу 2.1).

Рисунок 2.2 - Схема расположения датчиков

Таблица 2.1 - Обозначения датчиков на агрегате

Экономический эффект от применения таких систем возрастает, если функции мониторинга дополнены возможностями диагностирования объекта, определения его фактического состояния без остановки технологического процесса. И даже системы контроля, изначально спроектированные и внедренные без диагностики, могут быть существенно расширены без существенного изменения аппаратной части: датчиков, контроллеров и т.п. Поэтому, ЗАО «ПромСервис» поставило задачу разработать и внедрить методику безразборной вибродиагностики центробежных нагнетателей газотурбинных установок.

В частности приведенная выше схема может быть расширена следующим образом. Измерительный канал СДКО подключается к системе «Bently Nevada» после первичной обработки сигнала. Нормализованный сигнал через аналого-цифровой преобразователь поступает на обработку и хранение в систему СДКО. Сигналы, полученные системой СДКО, поступают в распоряжение программы диагностирования, анализируются и на основе анализа программа выдает результаты. Блок-схема алгоритм диагностики приведена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Общий вид алгоритма диагностирования

2.2 Параметры и характеристики ЦБН

Принцип действия ЦБН заключается в переводе энергии газа из кинетической в потенциальную [4]. Газ, проходя через всасывающий патрубок, попадает по оси вращения на рабочее колесо компрессора, где ударяется о вращающуюся лопатку, за счет чего приобретает скорость, и направляется по радиусу колеса от центра. Затем, в обратном направляющем аппарате, происходит превращение энергии из кинетической в потенциальную, за счет чего и обеспечивается рост давления. Проходя через ряд колес и при необходимости охлаждаясь в промежуточном теплообменнике, сжатый газ покидает компрессор через нагнетательный патрубок (см. рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 - Схема ЦБН:

- корпус, 2 - рабочее колесо, 3 - вал, 4 - направляющий аппарат,

- обратный направляющий аппарат, 6 - всасывающий патрубок,

-нагнетательный патрубок

Исходя из конструкции ЦБН, все дефекты можно разделить на два типа:

1)   связанные с аэродинамикой среды, например, срыв потока на лопатках рабочих колес или в направляющем аппарате;