Датчик вибрации как основа системы мониторинга оборудования

Е.С. Янов; А.В. Анцев; М.С. Воротилин; Е.И. Минаков; С.В. Прокопчина

doi:10.18127/j20700814-202403-03

Датчик вибрации как основа системы мониторинга оборудования

Е.С. Янов¹, А.В. Анцев², М.С. Воротилин³, Е.И. Минаков⁴, С.В. Прокопчина⁵

научная статья УДК 681.518.3 Страницы: 23-30 doi.org/10.18127/j20700814-202403-03

¹ АО «НПО «СПЛАВ» им. А.Н. Ганичева» (г. Тула, Россия)
^2,3,4 ФГБОУ ВО ТулГУ (г. Тула, Россия)
⁵ ФГБОУ ВО «Финансовый университет при Правительстве РФ» (Москва, Россия)

Ключевые слова: датчик вибрации классификация мониторинг измерительно-информационная система МЕМС акселерометр диагностический модуль

Аннотация

Постановка проблемы. Управленческих решений в современном машиностроении принятия в условиях неопределенности из-за сложности и нестабильности производственных процессов. Снижение неопределенности при оперативно-производственном планировании машиностроительных производств возможно за счет анализа данных о протекании технологических процессов, собираемых с помощью систем мониторинга работы оборудования. В качестве основного источника информации для получения достоверных данных о работе оборудования предложено использовать датчики вибрации.

Цель. Дать классификацию датчиков вибрации и разработать несколько вариантов датчика контроля вибрации.

Результаты. Представлен вариант классификации датчиков вибрации по различным особенностям, таким как: чувствительность, принцип работы, способ получения информации, по механизму преобразования сигнала, способу измерения сигнала. Разработано несколько вариантов датчиков вибрации, предназначенных для сбора информации об уровне вибрации в процессе обработки и входящих в состав диагностического модуля мониторинга работы оборудования. Первый вариант печатной платы основан на микроконтроллере на базе ATMega328P и предназначен для считывания показаний МЭМС акселерометра и передачи с помощью модуля беспроводной связи собранной информации на панель оператора для ее отображения в режиме реального времени и для хранения и обработки на сервер. Во втором варианте использован инерциальный измерительный модуль MPU9250 и специализированный модуль NINA-B306 для обработки информации и передачи данных.

Практическая значимость. Предложенный датчик вибрации может быть использован как основа ИИС, потому что информация об уровне вибрации технологической системы, регистрируемая датчиком как кардиограмма человека, дает исчерпывающую информацию о ее состоянии. Построенный на основе датчика вибрации диагностический модуль позволит повысить эффективность и «прозрачность» процессов механической обработки и собирать статистические данные позволяющие оценивать эффективность эксплуатации оборудования.

Поступила: 13.03.2024
Одобрена: 28.03.2024
Принята: 30.05.2024

Для цитирования

Янов Е.С., Анцев А.В., Воротилин М.С., Минаков Е.И., Прокопчина С.В. Датчик вибрации как основа системы мониторинга оборудования // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2024. Т. 22. № 3. С. 23−30. DOI: https://doi.org/10. 18127/j20700814-202403-03

Список источников

Анцев А.В. Информационная поддержка назначения стратегии эффективной эксплуатации лезвийного инструмента // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2019. Т. 15. № 5. С. 128−136.
Анцев А.В., Янов Е.С., Воротилин М.С. Информационно-измерительные системы мониторинга работы станочного парка предприятия // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 9. С. 495−498.
Файзрахманов Р.А., Федоров А.Б., Шаякбаров Н.Ф. Информационная система мониторинга станочного парка предприятия // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2015. Т. 13. № 9. С. 9−18.
Баранов В.Г., Кольцов В.А., Милов В.Р., Гай В.Е., Милов Д.В. Экспертная система оценки состояния элементов транспортно-технологического оборудования в процессе перегрузочных операций // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2013. Т. 11. № 7. С. 67−71.
Martinov G.M., Grigoriev A.S. Diagnostics of cutting tools and prediction of their life in numerically controlled systems // Russian Engineering Research. 2013. V. 33. P. 433−437.
Григорьев С.Н., Гурин В.Д., Козочкин М.П. и др. Диагностика автоматизированного производства / Под ред. С.Н. Григорьева. М.: Машиностроение. 2011. 600 с.
Кабалдин Ю.Г. и др. Интеллектуальные системы диагностики состояния оборудования и износа инструмента // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2014. № 2. С. 47−50.
Тимофеев В.Ю., Зайцев А.А., Крутов А.В. Модель устройства диагностики металлорежущего инструмента по сигналу термо-ЭДС // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009. Т. 5. № 5. С. 42−45.
Сальников В.С., Жмурин В.В., Анцев А.В. Практическое применение диагностических возможностей современных многоцелевых станков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. № 10. C. 257−264.
Анцев А.В., Янов Е.С. Автоматизация восстановления интеллектуальной системы эффективной эксплуатации лезвийных инструментов // Сб. научных трудов Национальной научно-технич. конф. с международным участием. Тула. 2023. С. 181−187 (в сб. Вестник Тульского государственного университета. Автоматизация: проблемы, идеи, решения).
Zhou Y., Xue W. A multisensor fusion method for tool condition monitoring in milling // Sensors (Switzerland). 2018. V. 18. № 11. P. 3866.
Анцев А.В., Данг Ч.Х., Янов Е.С., Полев М.В. Экспериментальная установка контроля вибрации при обработке на станках с ЧПУ // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2019. Т. 15. № 2. С. 151−158.
Pasko N.I., Antsev A.V., Yanov E.S. Stochastic model of cutting-tool failure based on the level of vibration // Russian Engineering Research. 2021. V. 41. № 3. P. 240−245.
Блинов А., Гамкрелидзе С., Критенко М., Лебедев Д., Мокров Е. Датчики нового поколения для вооружений и военной техники // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2003. № 2. С. 50−53.
Датчик вибрации принцип работы, датчики вибрации электродвигателей, пьезоэлектрические датчики [Электронный ресурс].
Режим доступа: https://osensorax.ru/dvizhenie/datchik-vibratsii. Дата обращения: 14.01.2024 г.
Техническое описание микроконтроллера Atmega328 ф. Microchip [Электронный ресурс].
Режим доступа: https://static.chipdip.ru/lib/549/DOC001549488.pdf. Дата обращения: 14.01.2024 г.
Техническое описание микросхемы TP4056 [Электронный ресурс].
Режим доступа: https://static.chipdip.ru/lib/977/DOC002977110.pdf. Дата обращения: 14.01.2024 г.
Техническое описание микросхемы TPS730 ф. Texas Instruments [Электронный ресурс].
Режим доступа: https://static.chipdip.ru/lib/551/DOC001551531.pdf. Дата обращения: 14.01.2024 г.
Техническое описание микросхемы MPU6050 ф. InvenSense [Электронный ресурс].
Режим доступа: https://static.chipdip.ru/lib/404/ DOC001404187.pdf. Дата обращения: 14.01.2024 г.
Техническое описание электронного модуля НС-06 ф. Core Electronics [Электронный ресурс].
Режим доступа: https://static.chipdip.ru/lib/176/DOC001176180.pdf. Дата обращения: 14.01.2024 г.
Техническое описание микросхемы MPU9250 ф. InvenSense [Электронный ресурс].
Режим доступа: https://static.chipdip.ru/lib/306/ DOC004306188.pdf. Дата обращения: 14.01.2024 г.
Техническое описание электронного модуля NINA-B306 ф. U-blox [Электронный ресурс].
Режим доступа: https://www.u-blox.com/en/docs/UBX-17052099. Дата обращения: 14.01.2024 г.

Полный текст, PDF 350 ₽

[1] Анцев А.В. Информационная поддержка назначения стратегии эффективной эксплуатации лезвийного инструмента // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2019. Т. 15. № 5. С. 128−136.

[2] Анцев А.В., Янов Е.С., Воротилин М.С. Информационно-измерительные системы мониторинга работы станочного парка предприятия // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 9. С. 495−498.

[3] Файзрахманов Р.А., Федоров А.Б., Шаякбаров Н.Ф. Информационная система мониторинга станочного парка предприятия // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2015. Т. 13. № 9. С. 9−18.

[4] Баранов В.Г., Кольцов В.А., Милов В.Р., Гай В.Е., Милов Д.В. Экспертная система оценки состояния элементов транспортно-технологического оборудования в процессе перегрузочных операций // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2013. Т. 11. № 7. С. 67−71.

[5] Martinov G.M., Grigoriev A.S. Diagnostics of cutting tools and prediction of their life in numerically controlled systems // Russian Engineering Research. 2013. V. 33. P. 433−437.

[6] Григорьев С.Н., Гурин В.Д., Козочкин М.П. и др. Диагностика автоматизированного производства / Под ред. С.Н. Григорьева. М.: Машиностроение. 2011. 600 с.

[7] Кабалдин Ю.Г. и др. Интеллектуальные системы диагностики состояния оборудования и износа инструмента // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2014. № 2. С. 47−50.

[8] Тимофеев В.Ю., Зайцев А.А., Крутов А.В. Модель устройства диагностики металлорежущего инструмента по сигналу термо-ЭДС // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009. Т. 5. № 5. С. 42−45.

[9] Сальников В.С., Жмурин В.В., Анцев А.В. Практическое применение диагностических возможностей современных многоцелевых станков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. № 10. C. 257−264.

[10] Анцев А.В., Янов Е.С. Автоматизация восстановления интеллектуальной системы эффективной эксплуатации лезвийных инструментов // Сб. научных трудов Национальной научно-технич. конф. с международным участием. Тула. 2023. С. 181−187 (в сб. Вестник Тульского государственного университета. Автоматизация: проблемы, идеи, решения).

[11] Zhou Y., Xue W. A multisensor fusion method for tool condition monitoring in milling // Sensors (Switzerland). 2018. V. 18. № 11. P. 3866.

[12] Анцев А.В., Данг Ч.Х., Янов Е.С., Полев М.В. Экспериментальная установка контроля вибрации при обработке на станках с ЧПУ // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2019. Т. 15. № 2. С. 151−158.

[13] Pasko N.I., Antsev A.V., Yanov E.S. Stochastic model of cutting-tool failure based on the level of vibration // Russian Engineering Research. 2021. V. 41. № 3. P. 240−245.

[14] Блинов А., Гамкрелидзе С., Критенко М., Лебедев Д., Мокров Е. Датчики нового поколения для вооружений и военной техники // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2003. № 2. С. 50−53.

[15] Датчик вибрации принцип работы, датчики вибрации электродвигателей, пьезоэлектрические датчики [Электронный ресурс].
Режим доступа: https://osensorax.ru/dvizhenie/datchik-vibratsii. Дата обращения: 14.01.2024 г.

[16] Техническое описание микроконтроллера Atmega328 ф. Microchip [Электронный ресурс].
Режим доступа: https://static.chipdip.ru/lib/549/DOC001549488.pdf. Дата обращения: 14.01.2024 г.

[17] Техническое описание микросхемы TP4056 [Электронный ресурс].
Режим доступа: https://static.chipdip.ru/lib/977/DOC002977110.pdf. Дата обращения: 14.01.2024 г.

[18] Техническое описание микросхемы TPS730 ф. Texas Instruments [Электронный ресурс].
Режим доступа: https://static.chipdip.ru/lib/551/DOC001551531.pdf. Дата обращения: 14.01.2024 г.

[19] Техническое описание микросхемы MPU6050 ф. InvenSense [Электронный ресурс].
Режим доступа: https://static.chipdip.ru/lib/404/ DOC001404187.pdf. Дата обращения: 14.01.2024 г.

[20] Техническое описание электронного модуля НС-06 ф. Core Electronics [Электронный ресурс].
Режим доступа: https://static.chipdip.ru/lib/176/DOC001176180.pdf. Дата обращения: 14.01.2024 г.

[21] Техническое описание микросхемы MPU9250 ф. InvenSense [Электронный ресурс].
Режим доступа: https://static.chipdip.ru/lib/306/ DOC004306188.pdf. Дата обращения: 14.01.2024 г.

[22] Техническое описание электронного модуля NINA-B306 ф. U-blox [Электронный ресурс].
Режим доступа: https://www.u-blox.com/en/docs/UBX-17052099. Дата обращения: 14.01.2024 г.

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи