Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. Постановка задач исследований 10
1.1 Методология совершенствования шахтных проходческих машин 10
1.2 Методические аспекты оценки надежности проходческой машины как сложной системы 13
2. Производственные исследования и анализ надежности проходческих комбайнов КП21 32
3. Теоретическое обоснование метода диагностики технического состояния горно-проходческих машин (на примере комбайна КП 21) 63
4. Разработка устройства диагностики привода исполнительного органа комбайна КП21 82
5. Экспериментальная часть 108
Результатов исследований 120
Заключение 122
Список использованых источников 125
Приложения 133
- Методические аспекты оценки надежности проходческой машины как сложной системы
- Производственные исследования и анализ надежности проходческих комбайнов КП21
- Теоретическое обоснование метода диагностики технического состояния горно-проходческих машин (на примере комбайна КП 21)
- Разработка устройства диагностики привода исполнительного органа комбайна КП21
Введение к работе
Одним из способов повышения надежности горных машин, за счет предотвращения внезапных отказов и снижения тяжести их последствий, является использование цифровых систем контроля работоспособности оборудования и диагностики его отказов, с последующей корректировкой структуры ремонтного цикла [3-7]. Такие системы позволяют не только накапливать и отображать прямые показатели эксплуатации оборудования, но и обрабатывать их, получая косвенные показатели работоспособности. Важность проблемы диагностирования определяется не только возможностью предотвращения аварийных ситуаций и прогнозирования остаточного ресурса, т.е. обеспечением надежности, но и возможностью исключения ремонта бездефектных узлов и уменьшения потерь на их восстановление. Поэтому решение задачи безразборного контроля текущего технического состояния горных машин в процессе эксплуатации после изготовления и ремонта является актуальным и перспективным.
В настоящее время, в горной промышленности, широко применяется виброаккустическая диагностики приводных двигателей и элементов трансмиссии [8-14]. Однако, ее применение при диагностике мобильных машин в условиях подготовительного забоя затруднительна, т.к требует значительных материальных и временных затрат, связанных с установкой датчиков и измерительной аппаратуры, простоем оборудования Таким образом, определение технического состояния горно-проходческих комбайнов, в частности, их исполнительных органов, на основе оперативной диагностики без прерывания технологического цикла с последующей корректировкой ППР является актуальным.
Соответствие диссертации плану работ ЮРГТУ (НПИ) и целевым
комплексным программам. Диссертационная работа входит в состав
исследований по научному направлению: «Интенсивные
ресурсосберегающие методы и средства разработки угольных пластов, использование углей и охрана труда» утвержденному решением Ученого Совета ЮРГТУ (НПИ) от 25.01.01 г. и выполнена в рамках тем 27.94 -«Разработка научных основ автоматизированного проектирования проходческих систем» и П-53-767 - «Исследование рабочих процессов и совершенствование конструкций горно-проходческих машин», проводимых совместно кафедрами «Технологические машины и комплексы» и «Машины и оборудование предприятий стройиндустрии» в рамках НИР Шахтинского института (филиала)ЮРГТУ (НПИ).
Цель работы - повышение надежности горно-проходческих комбайнов, путем предотвращения внезапных отказов и снижения их тяжести, за счет проведения планово-предупредительных работ по фактическому техническому состоянию, на основе результатов оперативной диагностики привода исполнительного органа.
Идея работы - при проведении диагностики, в качестве входной информации, используются параметры изменения тока во временном простран-стве, получаемые непосредственно от силового устройства на входе горной машины.
Научные положения, разработанные лично соискателем:
при эксплуатации горно-проходческих комбайнов в подготовительных выработках по породам сечением от 10 до 28 м", прочностью вмещающих пород на одноосное сжатие до 100 МПа и показателем абразивности до 15мг (по Л.И. Барону) случайные величины наработки между отказами подчиняются экспоненциальному закону распределения f (х) = 0,025 е"'"
повышение надежности горно-проходческих комбайнов достигается применением оперативной диагностики технического состояния привода исполнительного органа по току двигателя с применением к массиву данных быстрого преобразования Фурье и представлением его в частотной области; при этом, дефект необходимо фиксировать при превышении значений нормированных амплитуд сигнала на соответствующих частотах в пределах 10% - 30% от максимума;
- при формулировании основных требований, разработке функциональной схемы, алгоритма и реализации микропроцессорного диагностического комплекса, для устранения влияния высокочастотных шумов и выделения искомых токовых характеристик целесообразно использовать микроконтроллер и фильтр низкой частоты с полосой пропускания сигнала, соответствующей максимально возможной идентификационной частоте. Новизна научных положений состоит в том, что:
- закон распределения наработок между отказами при работе горно
проходческого комбайна установлен для условий эксплуатации машины в
выработках, с прочностью вмещающих пород до 100 МПа, по результатам
фактических показателей надежности, полученных непосредственно в
производственных условиях;
- заключение о том, что дефект необходимо фиксировать при
превышении значения амплитуды сигнала на 10% от максимума и считать
его значимым и требующим устранения при достижении 30%, сделано на
основе сопоставления реального технического состояния диагностируемых
узлов и значений нормированных амплитуд сигнала на соответствующих
частотах;
- основные требования, разработанные функциональная схема, алгоритм
и реализованный микропроцессорный диагностический комплекс, учитывают
соответствие получаемых аппаратным методом амплитудо-частотных
характеристик реальному техническому состоянию исследуемого узла горно
проходческой машины.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются применением современных апробированных методов исследований:
анализом научно-исследовательских работ по теме диссертации;
достаточным объемом наблюдений за эксплуатацией горнопроходческих комбайнов серии КП21 в подготовительных забоях с прочностью вмещаемых пород до 100 МПа (10 ед. по шкале проф. М.М.Протодьяконова);
- применением современной микропроцессорной элементной базы,
положительно зарекомендовавшей себя в мировой практике при
эксплуатации в аналогичных условиях, в том числе промышленных
контроллеров, мало-габаритных встраиваемых компьютеров стандартов
МісгоРС,РС104ит.д.;
- удовлетворительной сходимостью расчетных показателей с фактическими, полученными в результате аппаратурных замеров; при уровне доверительной вероятности 0,9 расхождение не превышает 7% - 12%.
Значение работы. Научное значение работы состоит: - в научном обосновании и доказательстве возможности повышения надежности горно-проходческих комбайнов применением оперативной диагностики привода исполнительного органа, основанной на спектральном анализе тока в обмотках приводного двигателя и проводимой без прерывания технологического цикла;
- в установлении численных пределов значений нормированных амплитуд сигнала в измеряемом спектре тока на частотах, соответствующих дефектам узлов электродвигателя и элементов трансмиссии исполнительного органа..
Практическое значение работы заключается в том, что применение оперативной диагностики привода исполнительного органа горнопроходческих комбайнов позволяет повысить надежность, за счет предотвращения внезапных отказов и снижения их тяжести путем корректировки ремонтного цикла, на основе полученных корреляционных зависимостей значений нормированных амплитуд сигнала на,соответствующих частотах от уровня технического состояния комбайна.
Реализация работы. Основные положения и результаты диссертационной внедрены в ОАО «Копейский машиностроительный завод», ЗАО «УК «Гуковуголь» и используются при модернизации и эксплуатации горно-проходческих комбайнов избирательного действия средней (КП21) и тяжелой серий (КП200). Работа выполнена в Шахтинском институте (филиале) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы нашли отражение и получили одобрение на заседаниях Совета НТО ОАО «Копейский машиностроительный завод» (2002-2008 г.), ЗАО«УК «Гуковуголь» (2004 - 2008 г.), на научно-практических конференциях Южно-Уральского государственного технического университета, г.Челябинск, (2002-2006 г.), Шахтинского института (филиала) ЮРГТУ (НПИ) (2007 -2008 г.), на VIII международной научно-технической конференции
«Информационно-вычислительные технологии и их приложения» г. Пенза, (2008 г.), на научных семинарах кафедр «Технологические машины и оборудование», «Сервис транспорта и технологических машин», «Машины и оборудование предприятий стройиндустрии» Шахтинского института (филиала) ЮРГТУ (НПИ) (2008г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 1 статья в рецензируемом научном журнале, рекомендуемом ВАК России.
Объём и структура диссертации. Работа изложена на 144 страницах с рисунками и таблицами. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений, включая литературный обзор. Список цитированной литературы содержит 86 наименований.
Методические аспекты оценки надежности проходческой машины как сложной системы
Формулирование требований по показателям надежности (ПН) возможно путем выполнения следующих работ: - рассмотрения возможных схемно-конструктивных вариантов построения изделия и расчета для каждого из них ожидаемого уровня надежности, а также показателей, характеризующих виды затрат, включая эксплуатационные, и возможности выполнения других заданных ограничений; - выбора схемно-конструктивного варианта построения изделия, удовлетворяющего заказчика по совокупности ПН и затрат.
Для выполнения этих требований применительно к классу шахтных проходческих машин, в частности к проходческим комбайнам избирательного действия, анализ их надежности может быть проведен, как анализ изделий II типа, когда кроме двух состояний - работоспособное и неработоспособное - они могут находится в частично неработоспособном состоянии при так называемом "частичном" отказе. В общем случае шахтную проходческую машину можно представить как сложную систему, состоящую из 5-й простых : исполнительного органа, погрузочного органа, ходовой части, конвейера и гидравлической системы. Для случая, когда имеют место экспоненциальные законы распределения отказов этих элементов системы, используется методика оценки сложной системы, изложенной в [23,28,31]. Поставленная задача может быть решена путем поэтапного математического моделирования процессов взаимодействия машины с погружаемым материалом (1 уровень), динамических характеристик привода и исполнительных механизмов (2 уровень) и прогнозирования ожидаемых показателей надежности изделия в целом с учетом вероятностного распределения наработок на отказ и времени восстановления отдельных составляющих элементов (3 уровень). Каждый из этапов предусматривает решение оптимизационной задачи, с использованием закономерностей и методов, изложенных в разделах настоящей работы, причем, на каждом новом уровне формулируется своя целевая функция и система ограничений, соответствующая поставленной цели данного расчета.
Анализ и обобщение результатов исследований работоспособности погрузочных машин, проводимых Шахтинским институтом ЮРГТУ (НПИ) начиная с семидесятых годов в условиях Российского Донбасса, и публикации данных по Кузбассу позволили получить и обобщить базовые данные по условиям применения и оценить достигнутые показатели надежности серийных погрузочных машин массового производства типа ППН и ГШБ [23-32]. Установленные зависимости последних (наработка на отказ, среднее время восстановления, коэффициент готовности) от темпов отработки ресурса и приведенной крепости горной массы позволили обоснованно подойти к определению исходных данных при прогнозировании ожидаемых затрат потребителя в современных условиях применения. Установлено, что: - наибольшее количество отказов имеют рабочие органы, они же наиболее трудоемки в ремонте; количество отказов из-за нарушения правил эксплуатации, предусмотренных инструкцией завода-изготовителя, значительно и составляет 30% для ковшовых и 50% для машин с нагребающими лапами; - преобладание естественных отказов у ковшовых машин и несколько больший удельный вес конструкционных отказов у машин типа ПНБ свидетельствует о том, что машины бокового захвата требуют в большей степени конструктивного совершенствования.
Класс машин в соответствии с ГОСТ 27.003-90 по характеру основных процессов, определяющих переход в предельное состояние, относится к изнашиваемым при преобладании абразивного и усталостного видов износа; они относятся к восстанавливаемым изделиям конкретного назначения, могут находиться в некотором частичном нерабочем состоянии, отказы не приводят к последствиям катастрофического характера, а также возможно их техническое обслуживание и обезличенный ремонт. Применительно к этому набору отличительных признаков определена номенклатура показателей надежности: коэффициент сохранения эффективности кзф, вероятность безотказной работы P(t„), вероятность восстановления P(th), среднее время восстановления Тв и наработки до отказа Т0, средний ресурс до списания Трсрсп и до капитального ремонта Трсркр- Установлено, что для использования метода статистических испытаний применительно к задачам настоящего исследования, достаточно иметь возможность генерировать три потока случайных чисел, подчиненных экспоненциальному, экспоненциально-степенному и логарифмически-нормальному законам. На базе датчика случайных величин ПЭВМ, генерирующего равномерно распределенные числа, образован и проверен генератор случайных чисел для указанных выше законов распределения[28].
Производственные исследования и анализ надежности проходческих комбайнов КП21
Сложная техническая система - совокупность взаимосвязанных элементов, обеспечивающих выполнение заданных функций несколькими различными способами, отличающиеся уровнями качества функ ционирования системы. Элемент системы - часть системы, выполняющая определенные функции и не подлежащая дальнейшему расчленению на части при данной степени подробности рассмотрения системы. Уровень качества функционирования - отношение характеристики качества функционирования системы в данном ее состоянии к характеристике качества функционирования системы в исправном состоянии. Характеристика качества функционирования - количественная оценка качества функционирования системы в определенном ее состоянии при выполнении данной задачи. Полный отказ системы - отказ, в результате которого система становится неспособной выполнять заданные функции. Частичный отказ системы - отказ элемента системы, после которого система остается еще способной выполнять заданные функции. Частичный отказ в случае отсутствия резервирования системы, ведет к снижению уровня качества функционирования. , , В соответствии с ГОСТ 27.003-90 все проходческие комбайны относят: - по определенности назначения изделия - к изделиям значения, имеющим следующие варианты применения: обуривание забоя; погрузка горной массы при комбайновом способе проходки вскрывающих и подготавливающих горных выработок, первичное транспортирование горной массы в средства транспорта; временное крепление. - по числу возможных состояний - к изделиям II вида, которые, кроме работоспособного или неработоспособного состояний, могут находиться в частично работоспособном состоянии; - по режимам применения (функционирования) - к изделиям много кратного непрерывного применения; - по последствиям отказов - к изделиям, отказы или переход в предельное состояние которых не приводят к последст виям катастрофического (критического) характера и вызывают незначи тельные или «умеренные» экономические потери; - по возможности восстановления работоспособного состояния — к изделиям восстанавливаемым; - по характеру основных процессов, определяющих переход в предельное состояние - к изделиям стареющим и изнашиваемым одновременно; - по возможности и способу восстановления технического ресурса путем проведения плановых ремонтов - к ремонтируемым изделиям, обезличенным способом; - по возмоэюности технического обслуживания - к изделиям обслуживаемым.
Производственные наблюдения за работоспособностью проходческих комбайнов КП21 проводились автором совместно с сотрудниками Шахтин-ского филиала ОАО «Копейский машиностроительный завод» и Шахти некого института ЮРГТУ(НПИ) [49].
Согласно задачам, поставленным в работе, исследования надежности проходческих комбайнов проводились для уточнения наличия состояний отказа, характерных для проходческих комбайнов, определения номенклатуры деталей, переводящих проходческий комбайн в эти состояния и получения номенклатуры и показателей надежности отдельных (быстроизнашиваемых) узлов и деталей, определяющих безаварийную работу машины за межремонтный период эксплуатации. Эти данные необходимы при построении рациональной стратегии замены деталей. В отличие от существующих методик сбора данных, формирование рядов наработок осуществляется только из данных, которые достоверно определяют наработку между очередными отказами конкретного узла.
При этом исследования поводятся по следующим этапам: - получение статистических данных по узлам и деталям, выходящим из строя в межремонтный период; - определение причин возникновения и времени устранения отказов и неисправностей; - установление технических показателей надежности машин и их отдельных частей и узлов; - установление статистических закономерностей потоков отказов и восстановлений; - выявление быстроизнашиваемых деталей и узлов, лимитирующих надежность машин в межремонтный период; - исследование влияния условий, особенностей и режимов эксплуатации на показатели надежности машин; - установление состояний частичного отказа систем комбайна; - выявление существующих схем технического обслуживания проходческих комбайнов. Главным источником информации о надежности проходческих комбайнов являются наблюдения в процессе эксплуатации, в результате которых устанавливались следующие данные: 1) общие сведения о машине (узле, детали) - наименование, исполнение, предприятие-изготовитель, год выпуска, заводской номер, дата ввода в эксплуатацию; 2) условия и режимы эксплуатации; 3) информация об отказах - наработка к моменту отказа, наименование отказавшего элемента, вид, причина и способ его устранения. Для выполнения вышеперечисленных этапов предусматривались следующие действия: - организация пунктов сбора информации в забоях шахт; - заполнение опросных листов, в которых отражались условия использования оборудования и объем выполненных работ до начала непосредственных наблюдений; - ведение журналов непосредственных наблюдений по каждому забою; - изучение статистических данных о расходе запасных частей по региону Восточного Донбасса в филиале ОАО «КМЗ»; Изучены документы, содержащие необходимую информацию: 1) «Эксплуатационные паспорта изделий» проходческих комбайнов; 2) «Рапорты» диспетчеров; 3) паспорта проведения выработок; 4) журналы наблюдений за работоспособностью проходческого оборудования; 5) карточки ежесменных наблюдений; 6) отчеты и материалы Шахтинского филиала ОАО «Копейский машиностроительный завод» о работоспособности машин; 7) опросные листы.
Анализ указанной документации показал, что наиболее качественная и полная информация содержится в журналах наблюдений за работоспособностью проходческого оборудования, в которых регистрировалась: дата, наименование детали и причина ее отказа; способ устранения, трудоемкость и продолжительность устранения отказов и профилактических работ; наработка детали до отказа и объем выполненных работ за месяц.
Вышедшие из строя детали и узлы фотографировались. Для повышения достоверности информации о работоспособности проходческих комбайнов и снижения трудоемкости сбора производственных данных применялись ежесменные карточки регистрации отказов и профилактических работ.
Обобщающий анализ эксплуатационных данных по проходческим комбайнам типа КП-21 проведен за четырехлетний период - с 2004 по 2007 гг. В течение данного периода обследовано два проходческих комбайна. Суммарное время наблюдений составило 40,5 машиномесяцев. За время наблюдений пройдено 5286,5 погонных метров горных выработок, погружено более 120 тыс. м3 горной массы. Общее число зарегистрированных отказов — 83 и 97.
Вместе с тем, полученные данные следует рассматривать как случайные величины, на которые влияют многие независимые друг от друга факторы (горно-геологические условия, режим эксплуатации, квалификация обслуживающего персонала, субъективность при сборе информации).
Теоретическое обоснование метода диагностики технического состояния горно-проходческих машин (на примере комбайна КП 21)
Диагностируемый электродвигатель серии 2ЭДКОФ является двигателем переменного тока, и относится к типу асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором типа «беличья клетка», состоящих из пластинчатого сердечника с множеством стержней. Их концы соединены кольцевыми обоймами.
В общем случае в АКЗ двигателях статор состоит из пластинчатого сердечника. Трехфазная обмотка состоит из трех намотанных проводов U,V и W, которые уложены в пазах с внутренней стороны статора. Конструкция асинхронного короткозамкнутого двигателя Когда на двигатель подается трехфазное напряжение, появляется круговое вращающееся поле, вызванное геометрическим расположением статорной обмотки. Вращающееся магнитное поле статора сцепляется как с обмоткой статора, так и с обмоткой ротора и наводит в них ЭДС. Обмотка ротора, как было отмечено выше, замкнута, поэтому ЭДС ротора создает в стержнях обмотки ротора токи. Взаимодействие этих токов с полем статора создает вращающий электромагнитный момент, который старается повернуть ротор в направлении вращении магнитного поля статора. Пока магнитное поле статора вращается с угловой скоростью , ротор должен стремиться к этой скорости. Это применимо, когда двигатель работает на холостом ходу, т.е. без нагрузки.
Как только двигатель становиться нагружен, то ротор не может больше следовать за полем статора с той же скоростью. ЭДС ротора возрастает, что ведет к увеличению тока в роторе, пока не наступит динамическое равновесие электромагнитного момента двигателя мэ и момента нагрузки мс. Важным параметром в работе асинхронного двигателя является скольжение s величина, характеризующая разность частот вращения ротора и вращающего поля статора. s = (ns nR)lns (3.2) В теории асинхронных двигателей частота токов в обмотке ротора определяется следующим выражением и имеет особое название - частота скольжения: f2=(ns-nR) p (3.3) Умножив и поделив правую часть уравнения на ns, и сделав соответствующие преобразования получим: (ns-nK) Ji= —ns-p = s-ns-p (3.4) Учитывая выражение (3.1) получаем: fi=s-f\ (3.5) Т.е., мы видим, что частота токов в обмотке ротора (частота скольжения) является чисто электрической величиной. Таким образом, мы видим, что поля относительно друг друга неподвижны и создают результирующее поле, которое вращается относительно статора с частотой п.ч и создает вращающий электромагнитный момент в асинхронном двигателе. Мониторинг тока работающего двигателя в течение короткого интервала времени и последующий спектральный анализ полученных данных позволяет определить наличие следующих повреждений электродвигателя. - дефекты ротора (обрыв стержней, дефекты литья); - межвитковые замыкания обмоток статора; - повышенный эксцентриситет ротора (статический и динамический); - повреждения подшипников; - ослабление элементов крепления электродвигателя на фундаменте; - несоосность валов двигателя и механической нагрузки; - дефекты вращающихся механических частей вентиляторов и насосов; - дефекты ременных передач; - дефекты механической части связанных с электродвигателем устройств; МСАТ (метод спектрального анализа тока) основан на принципе разложения стационарного сигнала или же квазистационарного сигнала в ряд Фурье, используя методику БПФ (быстрого преобразования Фурье), которое успешно применяется уже давно в вибрационных исследованиях [57]. Преобразование Фурье позволяет сопоставить сигналу, заданному во временной области (в нашем случае - это зафиксированная осциллограмма тока потребления двигателем за определенный промежуток времени) его эквивалентное представление в частотной области. Наоборот, если известна частотная характеристика сигнала, то обратное преобразование Фурье позволяет определить соответствующий сигнал во временной области.
Представление сигнала тока питания (напряжения) с частотой питания сети /, = 50 Гц в частотной области Как было сказано раньше, в случае возникновения дефекта в электрической или механической части электродвигателя, на сигнал тока потребления будут модулироваться высокочастотные составляющие (см. рис. 3.4). Т.е., в составе интересующего нас сигнала появятся составляющие на различных частотах. Во временном представлении сигнала эти составляющие сложно интерпретировать и сопоставить их с тем или иным отказом.
Одним из главных достоинств МСАТ (MCSA) является анализ состояния ротора. К трем основным проблемам состояния ротора можно отнести следующие[58]: - разрушения стержней ротора; - статический эксцентриситет; - динамический эксцентриситет. Полный математический анализ работы асинхронного двигателя с поврежденным стержнями представлен в соответствующей литературе [57]. Поэтому, основываясь на существующем анализе, приведем основные положения работы двигателя в случае повреждения стержней короткозамкнутого ротора. Исследования с применением методов спектрального анализа тока потребления асинхронных двигателей, позволили утверждать, что повреждения стрежней ротора несет за собой серьезный проблемы и сбой в работе двигателя: перегрев, недостаточный вращающий момент, разрушение статорных обмоток и многое другое [58].
Следует отметить, что циклические изменения тока приводят, в свою очередь, к пульсациям вращающего момента с частотой отличной от частоты питающей сети на двойную частоту скольжения ± . Эмпирическим путем было определено, что дефект короткозамкнутого ротора следует фиксировать, если амплитуда боковых частот спектра тока /» больше или равна значению -35дБ [58].
Разработка устройства диагностики привода исполнительного органа комбайна КП21
Как было отмечено выше, для устранения неинформативных составляющих сигнала и шумов, наводимых на информационный сигнал нам необходимо использовать фильтр низких частот (ФНЧ). Для правильного выбора и типа фильтра воспользуемся рекомендациями, приведенными в справочнике по активным фильтрам [70].
Фильтр нижних частот представляет собой устройство, которое пропускает сигналы низких частот и задерживает сигналы высоких частот. Логарифмическая характеристика ФНЧ Существует много типов фильтров нижних частот, удовлетворяющих данному набору технических требований: фильтры Баттерворта, Чебышева, инверсные Чебышева и эллиптические образуют четыре наиболее известных класса. Фильтр Баттерворта обладает монотонной характеристикой, фильтр Чебышева содержит пульсации (колебания передачи) в полосе пропускания и монотонна в полосе задерживания, а характеристика эллиптического фильтра обладает пульсациями, как в полосе пропускания, так и в полосе задерживания. Амплитудно-частотная характеристика оптимального фильтра нижних частот удовлетворяет обозначенным на рисунке 4.3 условиям для данного порядка п и допустимого отклонения в полосах пропускания и задерживания при минимальной ширине переходной области. Таким образом, если заданы значения А,Ах,А2,п и е»с, то значение частоты минимально. Для полиномиальной характеристики оптимальной является характеристика фильтра Чебышева [70]. Так же стоит отметить, что для частот, расположенных около точки среза и в полосе задерживания, характеристика фильтра Баттерворта заметно уступает характеристике фильтра Чебышева, что еще раз подтверждает наш выбор [70].
Определим минимальный порядок фильтра Чебышева. Так как обработка всех данных будет производиться в цифровой форме, то согласно теореме Котельникова, минимальная частота дискретизации должна быть как минимум в два раза больше максимально желаемой частоты в спектре сигнала. Максимальная необходимая частота в спектре тока равняется f d = 1176,5 Гц и предназначена для диагностики динамического эксцентриситета в двигателе. Поэтому частота дискретизации должна быть как минимум fmmdsc =2-/ 2400Гц.
Для проведения диагностического анализа нам необходимо обеспечить измерение тока нагрузки электродвигателя в диапазоне от 0 до 500А. Так как одной из особенностей метода спектрального анализа тока является возможность удаленного получения данных, то измерения можно проводить как на силовой подстанции с помощью специального трансформатора тока, подключенного к одной из фаз питания исследуемого электродвигателя, так и на станции управления. Свой выбор остановим на разборных трансформаторах тока TAR (аналог Т-0.66, ТНШЛ, ТКЛМ, ТШ), изготавливаемых компанией «МатикЭлектро» и предназначенных для быстрого монтажа и облегчения их установки, а так же не дают искажений (находятся в диапазоне +- 3 dB) в диапазоне частот 0-20000 Гц.. Ток вторичной обмотки, А 1 Выбор компонентов устройства - устройство сбора и хранения информации будет состоять из микроконтроллера, носителя информации (Flash - носитель), источника питания, ЖК - модуля, а так же набора микросхем и пассивных элементов (конденсаторы и резисторы), обеспечивающих совокупное функционирование всех элементов в целом.
Таким образом, перед созданием электрической принципиальной схемы устройства, разработкой алгоритма управляющей программы микроконтроллера и написанием последней, необходимо выбрать вышеперечисленные компоненты, основываясь на их технические характеристики и возможность выполнения условий эксплуатации устройства.
В качестве основы устройства был выбран высокопроизводительный RISC микроконтроллер семейства AVR ATmegal6 компании Atmel, который имеет в своем составе быстрый Гарвардский процессор, память программ, память данных, порты ввода/вывода и различные интерфейсные схемы [71]. Структурная схема микроконтроллера приведена на рисунке 4.5.
Следующим шагом на пути увеличения быстродействия AVR является использование технологии конвейеризации, вследствие чего цикл "выборка -исполнение" команды заметно сокращен. Например, у микроконтроллеров семейства MCS51 короткая команда выполняется за 12 тактов генератора (1 машинный цикл), в течение которого процессор последовательно считывает код операции и исполняет ее. В РІС-контроллерах фирмы Microchip, где уже реализован конвейер, короткая команда выполняется в течение 8 периодов тактовой частоты (2 машинных цикла). За это время последовательно дешифрируется и считывается код операции, исполняется команда, фиксируется результат и одновременно считывается код следующей операции (одноуровневый конвейер).
