Fast prototyping in development of diagnostics and monitoring systems.

• Autorzy: Petko M.

Warianty tytułu

PL

Szybkie prototypowanie w projektowaniu systemów diagnostycznych i monitorujących.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper, the computer-aided procedure of design and prototyping of measurement signal processing for machine health monitoring is proposed. This procedure consist of: - computer aided modelling of the rotor-bearings system; - model tuning; - filter design; - simulation of filter operation; - fast prototyping, based on DSP; - implementation of developed filtering method on industrial computer. Special attention was paid to the automation of prototyping and implementation processes. The method was applied to the case study of runout elimination in monitoring of oil-film bearings. Technical condition of rotating machinery and type of possible present inefficiency are evaluated on the base of some selected symptoms. Magnitude and shape of shaft orbit in oil-film journal bearing are one of the most useful and frequently used diagnostic signals, so proper measurement of shaft vibrations is critical for the diagnosing process. Shaft vibrations are usually measured using eddy-current probes, what produces characteristic, hard to reject noise called runout. A new approach to a problem of runout elimination, utilising Kalman filter, gives consideration to the dynamics of the monitored machine and allows real-time execution of necessary calculations. For model tuning and validation, trajectories generated by MESWIR ware used. MESWIR is expeimentally verified software package, based on FEM model of the rotor-bearings system, developed in Institute of Fluid Flow Machinery PAS. Experimental investigations ware conducted on constructed in IFFM PAS large-size rotating machine model which gives the possibility to perform precise, off-line runout elimination for validation purposes.

PL

W artykule została zaproponowana procedura komputerowo wspomaganego projektowania i prototypowania algorytmów przetwarzania sygnałów pomiarowych dla celów monitorowania stanu maszyn. Szczególny nacisk został położony na automatyzację procesu prototypowania i implementacji. Metoda została zastosowana do problemu eliminacji runoutu podczas monitorowania łożysk hydrodynamicznych. Stan techniczny maszyn wirnikowych i rodzaj możliwych nieprawidłowości są rozpoznawane na podstawie wybranych symptomów. Rozmiar i kształt trajektorii wałów w poprzecznych łożyskach ślizgowych są jednymi z najbardziej wartościowych i najczęściej używanych sygnałów diagnostycznych, dlatego poprawny pomiar drgań wału jest krytyczny dla procesu diagnostycznego. Drgania wału są zwykle mierzone przy użyciu czujników wiroprądowych, co związane jest z występowaniem charakterystycznych, trudnych do eliminacji zakłóceń, zwanych runoutem. Nowe podejście do problemu eliminacji runoutu z zastosowaniem filtracji Kalmana, uwzględnia dynamikę monitorowanej maszyny i pozwala na wykonanie niezbędnych obliczeń w czasie rzeczywistym. Dla dostrajania i weryfikacji modelu zostały wykorzystane trajektorie wygenerowane przez MESWIR, będące eksperymentalnie zweryfikowanym pakietem oprogramowania, opracowanym w Instytucie Maszyn Przepływowych PAN, opartym na modelu elementów skończonych układu wirnik-łożyska. Badania eksperymentalne zostały przeprowadzone na skonstruowanym w IMP PAN wielkogabarytowym modelu fizycznym maszyny wirnikowej, co umożliwiło precyzyjną eliminację runoutu "off-line" dla celów weryfikacji.

Słowa kluczowe

EN

fast prototyping; design of monitoring systems; runout elimination

PL

szybkie prototypowanie; system monitorujący; diagnostyka maszyn; przetwarzanie sygnałów; modelowanie

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Zagadnienia Eksploatacji Maszyn
• Rocznik: 2003
• Tom: Vol. 38, nr 3
• Strony: 95--114
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz.

Twórcy

autor

Petko M.

• AGH University of Science and Technology, Department of Robotics and Machine Dynamics, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Anderson В. D. О., Moore J. В.: Filtracja optymalna. WNT, Warszawa, 1984.
• [2] Batko W., Banek T.: Noise filtering in monitoring systems. Journal of Applied Mathematics and Computer Science. 1993, Vol. 3, No. 3, p. 509-517.
• [3] Batko W., Petko M.: Application of Fast Prototyping Method into the New, Real-Time Runout Elimination Algorithm. Proceedings of ISROMAC-7, the 7th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery, Hawaii, 1998, vol. A, pp. 539-545.
• [4] Batko W., Petko M.: Fast prototyping of the new runout elimination method. Modelling and Design in Fluid-Flow Machinery 1997, s.277-283, Wyd. IMP PAN Gdańsk, 1997.
• [5] Batko W., Petko M.: Mechatroniczny proces projektowania i prototypowania algorytmów przetwarzania sygnałów pomiarowych. Problemy Eksploatacji 4/97, Diagnostyka, Niezawodność i Bezpieczeństwo, Radom-Krynica 1997, s.53-65.
• [6] Cholewa W., Kaźmierczak J.: Diagnostyka techniczna maszyn: przetwarzanie cech sygnałów. Wydaw. Politech. Śląskiej, Gliwice, 1995.
• [7] Cholewa W., Moczulski W.: Diagnostyka techniczna maszyn: pomiary i analiza sygnałów. Wydaw. Politech. Śląskiej, Gliwice, 1993.
• [8] Dayan P. S.: The OS-9 Guru. Galactic, Durham, 1992.
• [9] Dibble P. C.: OS-9 Insights. An Advanced Programmers Guide to OS-9. Microware Systems Corp., Des Moines, 1992.
• [10] Field Balancing Manual. Bently Nevada Corp., 1989.
• [11] Hanselman H.: Application of DSP processor in fast prototyping. IEEE Control System Technology, vol. 5,1994.
• [12] Hanselmann H.: Hardware-in-the-Loop Simulation as a Standard Approach for Development, Customisation, and Production Test. SAE Information Congress, Detroit, 1993.
• [13] IS07919-1:1996(E) Mechanical vibration of non-reciprocating machines — Measurements on rotating shafts and evaluation criteria — Part 1: General guidelines.
• [14] Jesse E. J.: Advanced Techniques For Use In Rotating Machinery Diagnostics and Prognostics. Proceedings of ISROMAC-7, The 7th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery, Hawaii, 1998.
• [15] Kiciński J., Krawczyk M., Nowak G.: Algorytm i system komputerowy „MESWIR” do analizy drgań giętnych swobodnych i wymuszonych ułoży skowanych wirników turbozespołów energetycznych. Zesz. Nauk. IMP PAN nr 326/1277/91, Gdańsk 1991.
• [16] Kiciński J., Rybczyński J., Krenski M.: Teoretyczne i eksperymentalne badania wirnika dwupodporowego ułożyskowanego ślizgowo. Część I. Porównanie danych eksperymentalnych z danymi teoretycznymi uzyskanymi w oparciu o jednomasowy i symetryczny model wirnika (program DIADEF). IMP PAN Nr arch. 291/94. Gdańsk, 1994.
• [17] Kiciński J.: Symptomy diagnostyczne turbozespołów energetycznych określone metodą komputerowej i analogowej symulacji ich defektów. Mat. II Seminarium Wibrodiagnostyka turbozespołów energetycznych. Gdańsk, 1994, s. 51-92.
• [18] Kiciński J.: Teoria i badania hydrodynamicznych poprzecznych łożysk ślizgowych. Ossolineum, Wrocław, Warszawa, Kraków, 1994.
• [19] Kozanecki Z., Kozanecka D., Lech T.: Experimental Investigation Concerning a Few Measurement Aspects of Lateral and Torsional Vibrations in Turbomachinery. Proceedings of ISROMAC-7, The 7th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery, Hawaii, 1998.
• [20] Majewski J.: Eksperymentalne badania niestabilności hydrodynamicznej w układzie wirnik - łożyska. Praca doktorska. IMP PAN, Gdańsk, 1996.
• [21] Petko M.: Prototypowanie układów filtracji zakłóceń w systemach monitorujących stan maszyn łożyskowanych ślizgowo. Praca doktorska. AGH, Kraków, 1999.
• [22] PN-IEC 45-1 Turbiny parowe. Wymagania.
• [23] Ridder C., Munkelt O., Kirchner H.: Adaptive Background Estimation and Foreground Detection Using Kalman-Filtering. Proceedings of International Conference on Recent Advances in Mechatronics, ICRAM’95, Istanbul, 1995.
• [24] Russell R.: Why install a Keyphasor® transducer? Orbit, June 1997, vol. 18, No. 2, pp. 34- 35.
• [25] Szmuc T.: Problemy tworzenia oprogramowania systemów czasu rzeczywistego. I Krajowa Konferencja Metody i systemy komputerowe w badaniach naukowych i projektowaniu inżynierskim. Materiały konferencyjne. Referaty plenarne. Kraków, 1997.
• [26] Szymkat M., Werewka J.: Projektowanie układów sterowania z wykorzystaniem Simulink - RTW (Real Time Workshop), w: Komputerowe wspomaganie inżynierskich prac projektowych, CCATIE, Kraków 1995, t.1, s.52-62.
• [27] Uhl T., Petko M., Batko W.: Komputerowo wspomagane projektowanie układów diagnozowania maszyn. Konf. Układy Dynamiczne w Aspekcie Teorii i Zastosowań, Łódź, 1994.
• [28] Ziomek M., Migała J.: Runout-przyczyny, pomiar, eliminacja. Przegląd Mechaniczny, nr1, 1993, s.26-29.