Требования к многоканальным регистраторам вибросигналов

Одним из наиболее эффективных способов повышения достоверности вибрационных диагностических заключений является увеличение объема исходной информации. В этом направлении полезным шагом является применение многоканальных синхронных регистраторов вибросигналов. Их применение дает возможность получить дополнительную синхронизацию исходных вибросигналов и производить анализ вибрационных процессов одновременно и связанно в нескольких контролируемых точках агрегата. Многоканальная синхронная регистрация вибросигналов полезна для сложных агрегатов, где часто является единственным способом получения нужной диагностической информации, бывает незаменимой и для сравнительно простых агрегатов, где дает возможность анализировать наиболее сложные ситуации.

Использование приборов многоканальной регистрации сигналов является не повседневной процедурой. К ней обращаются тогда, когда это абсолютно необходимо из-за конструктивных особенностей оборудования (например, при диагностике поршневых машин), или для получения дополнительной информации в более простом оборудовании. Усреднено, можно считать, что применение многоканальной регистрации информации оправдано в 2 - 10 % от всех случаев проведения диагностирования состояния оборудования по вибросигналам.

Рассмотрим подробнее несколько теоретических и практических вопросов, являющихся важными для понимания реальных возможностей и правильного выбора многоканальных приборов.

Вопрос о синхронном и синхронизированном считывании информации

Синхронное считывание вибросигналов предполагает наличие в приборе нескольких каналов регистрации, информация с которых считывается одновременно. Возможны два режима получения синхронизированных вибросигналов, при помощи синхронизированного или при помощи "честно" синхронного считывания.

Синхронные сигналы регистрируются при помощи многоканальных приборов, имеющих несколько входных каналов. Регистрация по всем каналам производится одновременно, это идеальный вариант.

Синхронизированные сигналы получаются в том случае, когда регистрация вибросигналов производится одноканальным прибором с использованием отметчика фазы. Вибродатчик последовательно перемещается по контролируемым точкам, а запуск прибора на регистрацию (момент времени начала регистрации) определяется по сигналу отметчика фазы, который не перемещается. Все полученные таким образом вибросигналы постоянно имеют опорную точку от сигнала отметчика, и связаны между собой через некоторый общий параметр. Достоинством синхронизированной регистрации вибросигналов является простота, возможность использовать практически любой прибор. Недостаток заключен в том, что, по первичному определению, регистрация сигналов проводится связанно, но в разные моменты времени, в результате чего сигналы не идеально синхронизированы.

Не будет большим допущение, что по своей информативности синхронизированные сигналы занимают промежуточное положение между обычными сигналами, зарегистрированными раздельно, и "честно" синхронными. Укрупнено, можно считать, дополнительная информация, которую можно получить из синхронизированных сигналов, составляет 30 - 50 % от информации, получаемой из "честно" синхронных сигналов. Поскольку, и это уже сказано выше, для получения синхронизированной информации можно использовать практически любой прибор с отметчиком фазы, дополнительные требования к таким приборам в этом разделе мы формулировать не будем.

Вопрос об аппаратных способах считывания синхронной информации

Здесь мы рассмотрим возможность применения в приборах последовательного и параллельного опроса каналов при помощи одного или нескольких АЦП (аналого-цифровых преобразователей). В многоканальных системах возможны два варианта реализации аналого-цифрового преобразования сигналов (преобразования сигнала из аналоговой формы в цифровую). В аналоговой форме сигнал поступает в прибор, а цифровая форма нужна для обработки сигналов в процессоре прибора. В цифровой форме сигнал хранится и в базе данных.

В первом варианте, при "честно" синхронном считывании, количество микросхем АЦП в приборе должно быть равно числу входных каналов. Считывание всех сигналов производится одновременно, это идеальный вариант. Недостатком его, платой за синхронность, является увеличенная сложность и стоимость прибора с такими входными цепями. Полностью синхронные входные цепи обычно используются в приборах с граничными параметрами, работающими на пределе частотных возможностей применяемых микросхем.

Виброанализаторы, обычно, не относятся к приборам, работающим с предельными частотами, поэтому в них применяется, чаще всего, схема с одним АЦП. Скорость работы этого АЦП обычно настолько высока (относительно скорости изменения вибрационных сигналов), что он успевает последовательно опросить все каналы прибора по одному разу за время, отведенное на одно считывание (последовательно получается один отсчет по каждому каналу). Далее каналы опрашиваются еще по одному разу и т. д. Временной сдвиг между опросом отдельных каналов очень мал, поэтому в итоговой информации пользователь его даже не замечает. В качестве примера. При восьмиканальной регистрации, при использовании АЦП с частотой работы 400 кГц, в стандартном диапазоне регистрируемых частот задержка между считыванием первого и восьмого каналов составляет 20 микросекунд. Если это время привести к оборотной частоте ротора в 50 герц (3000 оборотов в минуту), то сдвиг первого сигнала от восьмого составит 0,3 углового градуса, или 0,001 долю одного оборота ротора. Естественно, что такой погрешностью не синхронности процессов можно пренебречь.

Заключение по этому вопросу можно сделать простое - оба варианта организации входных цепей приборов (на основе нескольких или одного АЦП), с точки зрения получаемой диагностической информации, равноценны. Поэтому отмечать тот или иной прибор мы не будем, а ограничимся замечанием об одинаковой применимости приборов, имеющих одно или несколько устройств АЦП.

Вопрос о длительности выборки вибросигналов и частотном разрешении

Это один из тех вопросов, по которому серийно выпускаемые анализаторы могут сильно различаться. Мы уже показали в некоторых разделах, например, применительно к диагностике тихоходного оборудования, что частотное разрешение прибора во многом определяет область применения каждого прибора виброконтроля. Чем выше максимальное количество линий в получаемых спектрах, тем шире сфера применения многоканального прибора.

У лучших приборов максимальное количество линий в спектре достигает 6400 при восьмиканальном считывании. Такие сложные приборы выпускают компании "МЕРА", "Л-КАРД". Такие же восьмиканальные приборы выпускает наша компания, это анализатор на основе компьютера "Атлант-8" и переносный микропроцессорный анализатор "Диана-8". Приборы с такими параметрами являются универсальными и приемлемы практически для проведения любых диагностических работ. Такие же приборы выпускают и другие компании. Мы не обладаем подробной информацией об этом, поэтому просим изготовителей таких приборов прислать нам дополнительную информацию, и мы с удовольствием приведем ссылки на нее на наших страницах.

Разработчики некоторых компаний делают попытки создавать многоканальные приборы на основе одноканальных, применяя расширительные приставки. Такой подход достаточно прост, но позволяет создавать многоканальные приборы только с ограниченной сферой применения. Примером такого подхода является подключение к одноканальному анализатору "Кварц" компании "ДИАМЕХ" расширительной приставки на 8 каналов (с полностью синхронными входами). Полученный многоканальный прибор синхронного считывания отвечает поставленной при разработке задаче, позволяет регистрировать в многоканальном режиме разгон-выбег турбоагрегатов. Однако на этом сфера его применения, как многоканального прибора, ограничивается. При восьми каналах считывания объем памяти на один канал составляет всего 512 отсчетов, что соответствует 200 линиям в спектре. Проводить сколько-нибудь серьезную диагностику сложного оборудования это не позволяет. Для примера, если ведется диагностика сложных вращающихся машин в диапазоне до 5000 герц, то шаг в спектре составит 25 герц, что недопустимо много.

Вопрос о визуализации первичной и обработанной информации

Обычно бывает мало просто зарегистрировать вибросигналы. Чаще всего их нужно просмотреть на экране, обработать каким-либо образом и снова произвести оценку тех или иных параметров. Только после этого удается сделать некоторое диагностическое заключение, принять решение о необходимости проведения ремонтных и сервисных работ.

В этом вопросе наибольшую роль играет экран прибора. Именно размеры и разрешение экрана прибора позволяют донести до пользователя необходимую ему информацию. Вне конкуренции в этом вопросе находятся экраны переносных компьютеров, совершенствующиеся на наших глазах. Большие размеры, высокое разрешение, яркость и цвет ставят в затруднительное положение разработчиков микропроцессорных приборов - им такие параметры недостижимы. Тем не менее, компьютеры также не лишены недостатков, в первую очередь они грешат низкой эксплуатационной надежностью.

Современные микропроцессорные приборы имеют экраны с разрешением до 240 на 320 точек, а в некоторых случаях и больше. Минимально приемлемое разрешение можно получить на экране с разрешением 128 на 240 точек, на меньшем экране, честно говоря, уже ничего и не видно.

Выделять в этом вопросе какие-либо приборы мы не беремся. Достоинства и недостатки экрана любого прибора видны сразу, нужно только попытаться просмотреть на экране максимальное количество вибросигналов, а еще лучше спектров. При этом все комментарии будут излишни.

Наличие многомерной входной информации позволяет реализовывать в многоканальных приборах различные графические представления вибросигналов, очень полезные для диагностики. Примером двухмерного представления вибросигналов является "орбита" - траектория движения контролируемой точки (подшипника) в процессе работы. Эта очень полезная функция сейчас реализуется даже в переносных двухканальных приборах. Еще более информативными являются трехмерные представления вибросигналов. Например, в ПО "Атлант", при восьми каналах синхронной регистрации можно построить траектории движения всех подшипников, изгибы валов и динамические удары в муфте. Удобством является то, что все это представляется на экране в виде анимации, в динамике. Чем больше таких полезных функций реализовано в том или ином приборе, тем выше его потребительские свойства.

Вопрос о внутреннем программном обеспечении прибора

Чем больше различных алгоритмов преобразования, фильтрации, интеграции первичной информации реализовано в приборе, тем выше его расчетный потенциал прибора. Это в равной степени относится как к одноканальным, так и к многоканальным приборам.

Максимально насыщены расчетными функциями те приборы, разработчики которых с самого начала были ориентированы на классическую цифровую обработку сигналов. Чаще всего эти разработчики были (и есть) по образованию математики. Приборы таких компаний, например "МЕРА", имеют универсальную направленность и большой набор встроенных функций. Мы даже не беремся перечислить все полезные алгоритмы, которые есть в этих приборах. Парадоксальным следствием этого является то, что такие приборы мало востребованы многими отраслями промышленности. Их широко применяют в высокотехнологических сферах, но мало в тех отраслях промышленности, где парк приборов виброконтроля максимально велик. Причина этого вполне объяснима. Персонал, работающий в области вибрационной диагностики, например, в энергетике, по своему образованию не имеет (в большинстве случаев и не нуждается) специализированной математической подготовки и для него сложные функции непонятны и не нужны.

Больший успех в промышленности имеют те приборы, разработчики которых имеют большой личный опыт работы в данной сфере. Поэтому приборы их разработки максимально ориентированы на круг задач, решаемых в данной отрасли. Часто они не имеют в своем составе многих полезных функций, но имеющиеся оптимальны по своему набору.

Общее краткое заключение о применимости многоканальных приборов, об их достоинствах и недостатках, примерно следующее.

Если Вас интересуют сложные аспекты математического анализа вибросигналов, если у Вас радостно кружится голова при упоминании о взаимных спектрах, корреляциях и коэффициентах затухания, то у Вас на столе должен стоять многоканальный прибор разработки компании "МЕРА".

Если Вы практический диагност и основной Вашей деятельностью является устранение небалансов и регистрация разгона-выбега агрегатов, то Вас полностью удовлетворит прибор "КВАРЦ" с расширительной приставкой на восемь каналов.

Если Вас кроме небаланса также интересуют вопросы диагностики состояния и поиск дефектов в сложных агрегатах, например, в поршневых машинах возвратно-поступательного действия или в низкооборотных машинах, то Вам поможет переносной восьмиканальный прибор "Диана-8".