• Sistem de achizitie / prelucrare a vibratiilor

Acest sistem implementează achiziția în timp real și simultan a mai multor semnale de vibrații, prelucrate paralel, folosind tehnologia FPGA.

Descriere generala

În cazul achiziției și prelucrării semnalelor de vibrații trebuie rezolvată o problemă importantă ce constă în faptul că semnalul de vibraţie este un semnal foarte dinamic, ceea ce înseamnă că o conexiune prin cablu de lungime semnificativă între traductor şi sistemul de achiziţie ar realiza o filtrare a armonicilor de frecvenţă mare şi ar putea compromite informaţia. Plecând de la acest lucru, s-a dezvoltat un sistem de achiziţie care să realizeze achiziţia local, cu perioadă de eşantionare foarte mică, să prelucreze datele local, după care să transmită la cerere către un sistem de calcul doar rezultatele prelucrării, ceea ce reprezintă un număr de octeţi mai mic. Astfel, achiziţia și prelucrarea semnalului de vibraţii se realizează în timp real. Totodată, a fost dezvoltată o tehnologie de prelucrare prin metoda deconvoluției, care elimină influența dinamicii traductorului din semnalul furnizat, ce permite accesul la informația de la intrarea traductorului, adică informația reală de vibrație la nivelul structurii mecanice.

Arhitectura hardware

Arhitectura hardware propusă, pentru sistemului de achiziție, prelucrare paralelă și în timp real a unor semnale de vibrații, are la bază sistemul NI Compact RIO dezvoltat de firma National Instruments ce prezintă o inovație la nivel de prelucrare numerică.

Arhitectura hardware a sistemului de achizitie - prelucrare a vibratiilor

Prelucrarea la nivel de circuit FPGA

Ideea inovativă, dezvoltată de firma National Instruments, se bazează pe inserarea între arhitectura de sistem cu microprocesor și sistemul de achiziții de date (convertoarele CAN și CNA), a unui circuit FPGA (Field Programmable Gate Array - Arie Logică Programabilă), care permite timpi de prelucrare numerică și în paralel extremi de mici. Această arhitectură permite dezvoltarea de prelucrări numerice realizate în paralel, într-un timp extrem de mic, cu performanțe foarte mari la nivel de prelucrare în timp real. Ideea de conectare au unui circuit FPGA între sistemul de achiziție și procesorul de timp-real a avut ca efect prelucrarea în timp real a datelor direct la sursa de apariție a lor, iar rezultatele prelucrării au, evident, un număr mai mic de octeți ce pot fi vehiculați mai ușor în spațiul IIoT (Industrial Internet of Things). O arhitectură de sistem cu microprocesor, presupune mai multe operaţii de extragere instrucţiune din memorie, decodificare, prelucrare, depunere rezultate în memorie. În contrast, execuţia unei instructiuni la nivelul unui circuit FPGA se realizează direct la nivel hardware, pe fire de execuție fizic paralele, având cel mai mic timp de prelucrare posibil.

Tehnologia de prelucrare prin metoda deconvoluției presupune realizarea unei deconvoluţii numerice pentru modelul matematic al traductorului seismic de vibraţii, adică este evaluat semnalul de vibrații real al structurii mecanice, de la intrarea traductorului, pe baza semnalului de ieșire furnizat de traductor.

Prelucrare FPGA

Probleme abordate

Principalele probleme care pot fi abordate sunt:
  • Mediu industrial inadecvat pentru plasarea unui sistem cu microprocesor lângă structura mecanică (utilaj industrial), adică lângă sursa de vibrații.
    ✓ Rezolvare: prelucrare direct la sursa de apariție a vibrațiilor cu ajutorul sistemului CompactRIO al firmei National Instruments, ce este realizat într-o construcție robustă ce rezistă în mediul industrial.
  • Achiziție simultană a mai multor semnale de vibrații.
    ✓ Rezolvare: achiziție la nivelul circuitului FPGA, ce permite fire de execuție fizic paralele pentru achiziția pe mai multe canale. Astfel se obțin eșantioane simultane preluate de la mai multe traductoare seismice de vibrații, plasate în puncte diferite ale structurii mecanice.
  • Volumul mare de octeți ce trebuie vehiculați între sistemul de achiziție și procesor, ceea ce inseamnă că un procesor este inundat de multitudinea de date.
    ✓ Rezolvare: prelucrare direct la nivelul circuitului FPGA.
  • Achiziție/prelucrare continuă fără pierdere eșantioane.
    ✓ Rezolvare: achiziție și prelucrare în paralel a eșantioanelor la nivel de circuit FPGA.
  • Eliminare influență dinamică traductor seismic de vibrații din semnalul furnizat.
    ✓ Rezolvare: implementare la nivel de circuit FPGA a metodei deconvoluției.

Vibratii la motoare electrice

Teste validare pentru Achiziție/Prelucrare în timp real semnale de vibrații la motoare electrice

Rezultatele obținute în urma testelor de implementare/validare a tehnologiei de achiziție/prelucrare în timp real, prin care se pune în evidență efectul implementării metodei de deconvoluție. Se poate observa că spectrul de putere al semnalelor de vibrații este poziționat la frecvențe joase datorită implementării metodei deconvoluției ce elimină influența traductorului seismic de vibrații din semnalul achiziționat ce are o bandă de frecvențe plasată la frecvențe mai înalte. Realizând un "zoom" la partea inferioară a spectrului se poate observa că influența traductorului nu este eliminată total, deoarece deconvoluția se face pe baza modelului matematic al traductorului, care evident aproximează traductorul. Totuși se poate observa o eliminare a influenței traductorului de peste 90%. Vibrațiile sunt generate de rotația unui ax poziționat pe 2 rulmenți și acționat de un motor asincron cu turația în jur de 1000rot/min.

Rezultate implementare/validare a tehnologiei de achiziție/prelucrare în timp real a semnalelor de vibrații la motoare electrice

Vibratii de tip "Soc"

Teste validare pentru Achiziție/Prelucrare în timp real semnale de tip “șoc”

Aplicația la nivel software de achiziție și prelucrare parelelă în timp real implementată la nivelul circuitului FPGA din arhitectura sistemului CompactRIO pentru analiza în timp real a unor semnale de vibrații de tip “șoc”. Traductoarele sunt plasate într-un punct al unei bare metalice masive pe cele 3 axe: Ox, Oy, Oz (orizontal, axial, vertical). Se poate observa simultaneitatea achiziției și prelucrării unui semnal de tip șoc ce este preluat și prelucrat în timp real, simultan pe 3 canale de achiziție. Afișarea semnalelor se realizează la nivelul calculator PC.

Teste validare pentru Achiziție/Prelucrare în timp real pentru semnale de tip șoc
Cotatie de Pret
Gratuit
Masurari-Industriale.ro © 2019
Telefon: 0253 214 251 sau Cere GRATUIT o Cotatie de Pret