eng
Выпуск #9/2024
А. Анцев, Д. Барсуков, М. Воротилин, А. Цивенкова, Е. Янов
ДАННЫЕ О ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ОБОРУДОВАНИЕМ МОЩНОСТИ КАК ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
ДАННЫЕ О ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ОБОРУДОВАНИЕМ МОЩНОСТИ КАК ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Просмотры: 542
DOI: 10.22184/1992-4178.2024.240.9.124.127
Предложен метод повышения точности контроля информационно-измерительной системой состояния технологического оборудования с помощью разработанного датчика тока. С целью верификации рассматриваемого подхода был проведен анализ потребления электрической энергии на токарном и фрезерном станках.
Предложен метод повышения точности контроля информационно-измерительной системой состояния технологического оборудования с помощью разработанного датчика тока. С целью верификации рассматриваемого подхода был проведен анализ потребления электрической энергии на токарном и фрезерном станках.
Теги: current sensor current transformer information and measurement system power control датчик тока информационно-измерительная система контроль мощности трансформатор тока
Данные о потребляемой оборудованием мощности как дополнительный источник информации для информационно-измерительной системы
А. Анцев, д.т.н., Д. Барсуков, М. Воротилин, д.т.н., А. Цивенкова, Е. Янов, к.т.н.
В статье рассмотрены вопросы повышения точности контроля состояния технологического оборудования информационно-измерительной системой. Приведены примеры исследований потребляемой мощности станками ТМ-39М и Hardinge GX 600. Представлен вариант разработанного датчика тока.
Ранее в работах [1-4] изучались подходы к построению и внедрению информационно-измерительной системы (ИИС) контроля состояния технологического оборудования [5-6].
С целью совершенствования ИИС с учетом реальных условий использования, проверки ее работоспособности, достоверности и надежности выполнялась опытно-промышленная эксплуатация, в ходе которой была обнаружена сложность в осуществлении контроля оборудования с пониженной вибронагруженностью, например, выполняющего прецизионные операции.
Для повышения точности управления технологическими системами можно использовать дополнительные методы косвенного контроля. Одним из таких методов является контроль мощности, потребляемой технологическим оборудованием во время работы. В [7] описывается разработанное собственное устройство контроля мощности оборудования на базе трансформатора тока и специального датчика. Для упрощения системы мониторинга в [7] предложено разместить один датчик на фазном проводе входного питания технологического оборудования и оценивать потребляемую мощность всего оборудования в целом. При этом принимались следующие допущения:
питающее напряжение стабильно;
перекос фаз отсутствует или незначителен и им можно пренебречь.
С целью верификации предложенного подхода был проведен анализ потребления электрической энергии на токарном станке с ЧПУ ТМ-39М и фрезерном станке Bridgeport, модель Hardinge GX 600.
Испытания проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 32144-2013. В качестве средства измерения использовался анализатор количества и показателей качества электрической энергии Circutor AR.5.
Первым этапом верификации предложенного подхода была проверка стабильности питающего напряжения. Результаты измерений отклонений напряжения для токарного станка с ЧПУ ТМ-39М представлены в табл. 1, результаты измерений для фрезерного станка Bridgeport, модель Hardinge GX 600 – в табл. 2.
На основании проведенных измерений подтверждена стабильность питающего напряжения в соответствии с параметрами, установленными ГОСТ 32144-2013.
На следующем этапе с целью анализа перекоса фаз проводился контроль напряжения, тока и активной мощности всех фаз на исследуемом оборудовании. Результаты измерений на токарном станке с ЧПУ ТМ-39М представлены на рис. 1-3, на фрезерном станке Bridgeport, модель Hardinge GX 600 – на рис. 4-6.
На основе анализа представленных результатов можно сделать вывод, что фазы электрической сети, питающей технологическое оборудование, во всех режимах работы нагружены достаточно равномерно, перекос фаз отсутствует или незначителен и им можно пренебречь. При этом от фазы А дополнительно питается электрооборудование станка (рис. 4), поэтому при размещении датчика тока можно контролировать его включение
и выключение.
Для сбора информации об уровне потребления электрической энергии в процессе обработки разработан датчик тока, состоящий из следующих компонентов:
Трансформатор тока предназначен для регистрации величины потребляемого тока в процессе резания. Благодаря разъемному сердечнику его можно установить
на питающий провод без необходимости установки датчика в разрыв цепи.
Для упрощения разработки датчика были использованы стандартные модули: трансформатор тока YHDC SCT-013-000 (рис. 7а), коммуникационная плата WaveShare RS232 и микроконтроллер Arduino Pro Mini. Принципиальная схема вычислительного узла датчика тока представлена на рис. 7б. Пунктиром показаны линии информационного взаимодействия, сплошными линиями – распределение и преобразование энергии. Подача питания напряжением +5 В от внешнего источника на микроконтроллер осуществляется через коммуникационную плату, преобразование выходного сигнала трансформатора тока выполняется микроконтроллером и с помощью коммуникационной платы передается на панель оператора.
Фотография датчика без подключенного трансформатора представлена на рис. 7в.
Исходя из вышеизложенного, для повышения точности мониторинга технологических систем рекомендовано использовать дополнительные методы косвенного контроля. Одним из таких методов является контроль мощности, потребляемой технологическим оборудованием во время работы, позволяющий исключить ошибки при мониторинге оборудования с пониженной вибронагруженностью.
ЛИТЕРАТУРА
Янов Е.С. Построение цифрового двойника производственного процесса на основе информационно-измерительной системы косвенного контроля вибрации // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес, 2024. №7. С. 168–174.
Yanov E.S., Antsev A.V, Vorotilin M.S., Minakov E.I. New system for indirect tool monitoring in industrial systems and processes // Russian Engineering Research, 2024. Vol. 44, No. 6, pp. 868–870.
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. DOI: 10.24412/2071-6168-2023-9-490-491.
Анцев А.В., Янов Е.С., Шадский Г.В. Интеллектуальная система эффективной эксплуатации режущих инструментов с учетом вариабельности процесса резания // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2023. №12. С. 13–18.
Янов Е.С., Анцев А.В. Автоматизированный контроль технологической дисциплины современного машиностроительного производства // Вестник РГРТУ, 2024. №88. С.86–95.
Янов Е.С. О проблемах интеграции информационно-измерительных систем в условиях противодействия компьютерным атакам // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес, 2024. №6. С. 60–63.
Анцев А.В., Арсеньева А.А., Сальников С.В. Мониторинг процесса резания на основе контроля потребляемого тока // Прогрессивные технологии и процессы: сборник научных статей 9-й Всероссийской научно-технической конференции с международным
участием (23-24 сентября 2022 года), Юго-Зап. гос. ун-т. – Курск: Юго-Зап. гос. ун-т, 2022. С 37–43.
А. Анцев, д.т.н., Д. Барсуков, М. Воротилин, д.т.н., А. Цивенкова, Е. Янов, к.т.н.
В статье рассмотрены вопросы повышения точности контроля состояния технологического оборудования информационно-измерительной системой. Приведены примеры исследований потребляемой мощности станками ТМ-39М и Hardinge GX 600. Представлен вариант разработанного датчика тока.
Ранее в работах [1-4] изучались подходы к построению и внедрению информационно-измерительной системы (ИИС) контроля состояния технологического оборудования [5-6].
С целью совершенствования ИИС с учетом реальных условий использования, проверки ее работоспособности, достоверности и надежности выполнялась опытно-промышленная эксплуатация, в ходе которой была обнаружена сложность в осуществлении контроля оборудования с пониженной вибронагруженностью, например, выполняющего прецизионные операции.
Для повышения точности управления технологическими системами можно использовать дополнительные методы косвенного контроля. Одним из таких методов является контроль мощности, потребляемой технологическим оборудованием во время работы. В [7] описывается разработанное собственное устройство контроля мощности оборудования на базе трансформатора тока и специального датчика. Для упрощения системы мониторинга в [7] предложено разместить один датчик на фазном проводе входного питания технологического оборудования и оценивать потребляемую мощность всего оборудования в целом. При этом принимались следующие допущения:
питающее напряжение стабильно;
перекос фаз отсутствует или незначителен и им можно пренебречь.
С целью верификации предложенного подхода был проведен анализ потребления электрической энергии на токарном станке с ЧПУ ТМ-39М и фрезерном станке Bridgeport, модель Hardinge GX 600.
Испытания проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 32144-2013. В качестве средства измерения использовался анализатор количества и показателей качества электрической энергии Circutor AR.5.
Первым этапом верификации предложенного подхода была проверка стабильности питающего напряжения. Результаты измерений отклонений напряжения для токарного станка с ЧПУ ТМ-39М представлены в табл. 1, результаты измерений для фрезерного станка Bridgeport, модель Hardinge GX 600 – в табл. 2.
На основании проведенных измерений подтверждена стабильность питающего напряжения в соответствии с параметрами, установленными ГОСТ 32144-2013.
На следующем этапе с целью анализа перекоса фаз проводился контроль напряжения, тока и активной мощности всех фаз на исследуемом оборудовании. Результаты измерений на токарном станке с ЧПУ ТМ-39М представлены на рис. 1-3, на фрезерном станке Bridgeport, модель Hardinge GX 600 – на рис. 4-6.
На основе анализа представленных результатов можно сделать вывод, что фазы электрической сети, питающей технологическое оборудование, во всех режимах работы нагружены достаточно равномерно, перекос фаз отсутствует или незначителен и им можно пренебречь. При этом от фазы А дополнительно питается электрооборудование станка (рис. 4), поэтому при размещении датчика тока можно контролировать его включение
и выключение.
Для сбора информации об уровне потребления электрической энергии в процессе обработки разработан датчик тока, состоящий из следующих компонентов:
- трансформатор тока;
- микроконтроллер;
- коммуникационная плата.
Трансформатор тока предназначен для регистрации величины потребляемого тока в процессе резания. Благодаря разъемному сердечнику его можно установить
на питающий провод без необходимости установки датчика в разрыв цепи.
Для упрощения разработки датчика были использованы стандартные модули: трансформатор тока YHDC SCT-013-000 (рис. 7а), коммуникационная плата WaveShare RS232 и микроконтроллер Arduino Pro Mini. Принципиальная схема вычислительного узла датчика тока представлена на рис. 7б. Пунктиром показаны линии информационного взаимодействия, сплошными линиями – распределение и преобразование энергии. Подача питания напряжением +5 В от внешнего источника на микроконтроллер осуществляется через коммуникационную плату, преобразование выходного сигнала трансформатора тока выполняется микроконтроллером и с помощью коммуникационной платы передается на панель оператора.
Фотография датчика без подключенного трансформатора представлена на рис. 7в.
Исходя из вышеизложенного, для повышения точности мониторинга технологических систем рекомендовано использовать дополнительные методы косвенного контроля. Одним из таких методов является контроль мощности, потребляемой технологическим оборудованием во время работы, позволяющий исключить ошибки при мониторинге оборудования с пониженной вибронагруженностью.
ЛИТЕРАТУРА
Янов Е.С. Построение цифрового двойника производственного процесса на основе информационно-измерительной системы косвенного контроля вибрации // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес, 2024. №7. С. 168–174.
Yanov E.S., Antsev A.V, Vorotilin M.S., Minakov E.I. New system for indirect tool monitoring in industrial systems and processes // Russian Engineering Research, 2024. Vol. 44, No. 6, pp. 868–870.
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. DOI: 10.24412/2071-6168-2023-9-490-491.
Анцев А.В., Янов Е.С., Шадский Г.В. Интеллектуальная система эффективной эксплуатации режущих инструментов с учетом вариабельности процесса резания // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2023. №12. С. 13–18.
Янов Е.С., Анцев А.В. Автоматизированный контроль технологической дисциплины современного машиностроительного производства // Вестник РГРТУ, 2024. №88. С.86–95.
Янов Е.С. О проблемах интеграции информационно-измерительных систем в условиях противодействия компьютерным атакам // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес, 2024. №6. С. 60–63.
Анцев А.В., Арсеньева А.А., Сальников С.В. Мониторинг процесса резания на основе контроля потребляемого тока // Прогрессивные технологии и процессы: сборник научных статей 9-й Всероссийской научно-технической конференции с международным
участием (23-24 сентября 2022 года), Юго-Зап. гос. ун-т. – Курск: Юго-Зап. гос. ун-т, 2022. С 37–43.
Отзывы читателей
