База инновационных проектов - Портал инноваций Самарской области

О проекте

Создание системы управления и защиты электродвигателями ЕММS, состоящая из трех модулей: базовый с аналитическими функциями, модуля расширения с функциями управления двигателем и программного обеспечение для сбора, хранения, предиктивной аналитики состояния двигателя, визуализации состояния и формирования предупредительных и рекомендательных сообщений. В основе диагностического ядра системы ЕММS лежит непрерывный сигнатурный анализ электрических параметров электродвигателя. Он представляет собой спектральный анализ линейного тока с целью выявления характерных частотных составляющих, свидетельствующих о возможных неисправностях двигателя. Количественные характеристики результата анализа сравниваются с заданными пороговыми значениями для индикации деградационных процессов и неисправности в электродвигателе и приводном оборудовании, таких как: - трещины стержней ротора; - дефекты литья ротора; - обрывы стержней короткозамкнутого ротора; - трещины в кольцах ротора; - повышенный эксцентриситет воздушного зазора; - повреждения подшипников; - межвитковые замыкания в обмотке статора; - неисправности привода; - дисбаланс; - несоосность. Сохранение данных в базе данных и построение графиков по историческим данным позволят выявить тренды развития деградационных процессов и прогнозировать потенциальные проблемы в электродвигателе до их возникновения, обслуживающий персонал своевременно получает сигнал об отклонении в работе узла с электродвигателем, что значительно сокращает вероятность аварийного отказа узла, стоимость восстановительных работ и увеличить срок службы оборудования. А благодаря встроенной автоматике модуль EMM может дать сигнал на отключение узла, чтобы избежать его дальнейшего механического разрушения. Основные характеристики продукта, создаваемого в результате выполнения проекта (функциональное назначение, основные потребительские качества и параметры продукта). Функциональное назначение: Система управления двигателем EMM — это гибкая модульная система управления и защиты низковольтных электродвигателей переменного тока. Она оптимизирует соединение между источником питания и двигателем, обеспечивает надежность, повышает готовность системы и позволяет более экономично производить запуск, наблюдение во время работы и обслуживание системы. Функционально – это интеллектуальный интерфейс между системой автоматизации высокого уровня и приводным оборудованием, который включает следующие компоненты: - базовый модуль ЕММ – многофункциональное электронное устройство защиты и управления двигателем; - модуль расширения ЕММ – многофункциональное электронное устройство коммутации двигателей, входных и выходных сигналов, температурных датчиков; - сетевые модули расширения – электронные устройства-шлюзы между сетевыми протоколами: MUDBUS RTU, MODBUS TCP (WI-FI), Profibus, Profinet; - программное обеспечение, позволяющее решать различные задачи управления двигателями, а также получать подробные данные о работе, обслуживании и диагностике. Базовый модуль ЕММ имеет открытую связь через MODBUS RTU, которая позволяет интегрировать систему в существующие системы управления и автоматизации, улучшая общую эффективность и надежность производственных процессов. Основные потребительские качества продукта: - Надежность и защита: обеспечивает высокую степень защиты двигателей от перегрузок, коротких замыканий, перегрева и других аварийных ситуаций. Встроенные функции защиты минимизируют риск повреждения оборудования. - Мониторинг и управление: ведет постоянный мониторинг состояния двигателя. Позволяет дистанционно управлять двигателем через интеграцию в системы автоматизации. - Диагностика и прогнозирование: встроенные функции диагностики позволяют выявлять неисправности на ранних стадиях. Прогностические функции помогают планировать техническое обслуживание и предотвращать непредвиденные простои. - Гибкость и масштабируемость: поддержка различных протоколов связи (Profibus, Profinet, Modbus), облегчает интеграцию системы в существующие системы автоматизации. Модульная архитектура позволяет легко адаптировать систему под конкретные требования пользователя. - Энергоэффективность: способствует оптимизации энергопотребления за счет точного управления и мониторинга двигателей Параметры продукта: - Диапазон мощности контролируемого электродвигателя и тип подключения: 0,25 – 20 кВт, 380 В. - Коммуникационные интерфейсы: дискретные входные и выходные сигналы по 4 шт., MODBUS RTU. - Функции защиты по входным данным: Тепловая защита, Защита от перегрузки, Защита от короткого замыкания, Защита от обрыва фаз, Защита от замыкания на землю. Диагностические функции по аналитическим результатам: трещины стержней ротора; дефекты литья ротора; обрывы стержней короткозамкнутого ротора; трещины в кольцах ротора; повышенный эксцентриситет воздушного зазора; повреждения подшипников; межвитковые замыкания в обмотке статора; неисправности привода; дисбаланс; несоосность. Функции управления: управление включением/выключением двигателя, дополнительным оборудованием. Интерфейсы пользователя: интуитивно понятные панели управления и программное обеспечение для конфигурации и мониторинга. Методы и способы решения поставленных задач для получения ожидаемых характеристик продукта Для успешного достижения ожидаемых характеристик в разработке Системы управления двигателем ЕММ необходим комплексный подход, включающий разработку архитектуры, внедрение передовых алгоритмов анализа данных, обеспечение надежности и безопасности. Использование современных методов и технологий позволит создать инновационное и высокоэффективное решение, отвечающее потребностям рынка. При разработке архитектуры системы будет применяться: - системный анализ: определение требований к устройству, анализ существующих решений, выявление недостатков и формирование концепции нового устройства, в ходе которого будут созданы технические задания (ТЗ) с детализированным описанием функций и требований к каждому устройству, программному обеспечению. - модульный подход: проектирование системы на основе модульной архитектуры, что позволит легко модернизировать, масштабировать и адаптировать как модули, так и всю систему под конкретные нужды. При разработке и внедрении алгоритмов непрерывного сигнатурного анализа будет применяться: - системный анализ научной и нормативной базы (ГОСТ ISO 20958-2015 Сигнатурный анализ электрических сигналов трехфазного асинхронного двигателя), в ходе которого будет определен алгоритм вычислений и работы модуля и системы; - практический анализ: созданы испытательные стенды с возможностью воспроизведения дефектов электродвигателя. В ходе испытаний и тестирований будут собраны и проанализированы данные о работе электродвигателей, в результате чего будут адаптироваться алгоритмы с целью повышения достоверности и точности определения дефектов. Для адаптации и повышения точности вычислений математических моделей предиктивного анализа состояния двигателя будет применяться машинное обучения по массиву данных с элементами ИИ.