Методы и алгоритмы повышения эффективности процессов информационного взаимодействия в системах контроля вибрации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат наук Алджиязна Висам Камиль Мадлум

• Алджиязна Висам Камиль Мадлум
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Алджиязна Висам Камиль Мадлум

Введение

1 Обзор и анализ существующих методов и технических средств контроля вибрационного состояния турбоагрегатов

1.1 Основные сведения о турбоагрегатах электрических станций

1.2 Анализ турбоагрегата, как объекта виброконтроля

1.2.1 Основные параметры вибрации

1.2.2 Турбоагрегат как колебательная система

1.2.3 Источники вибрации роторных машин

1.3 Обоснование необходимости использования систем контроля вибрации турбоагрегатов и предъявляемых к ним требований

1.3.1 Задачи виброконтроля турбоагрегатов

1.3.2 Оценка числа измерительных каналов системы контроля вибрации

1.4 Обзор функций и типовых структур систем контроля вибрации турбоагрегатов

1.5 Модульная система контроля вибрации

1.6 Постановка задач исследований

1.6.1 Создание методов и моделей для оценки параметров информационного взаимодействия

1.6.2 Снижение требований к вычислительным ресурсам системы

1.7 Выводы по главе

2 Разработка методов и моделей для оценки параметров информационного взаимодействия в системах контроля вибрации

2.1 Анализ информационных потоков системы

2.2 Использование протокола СЛЫврвп для организации межмодульного взаимодействия

2.2.1 Общая характеристика протокола

2.2.2 Основные службы СЛЫврвп

2.2.3 Объектный словарь и средства описания устройств

2.3 Представление межмодульных информационных связей и разработка способа описания системы

2.4 Модель формирования конфигураций модулей

2.5 Усовершенствованный метод оценки времени доставки сообщений

2.6 Имитационная модель для оценки параметров информационного взаимодействия

2.7 Выводы по главе

3 Разработка и исследование методов снижения требований к вычислительным ресурсам системы

3.1 Метод поиска данных в объектном словаре СЛЫореп

3.1.1 Постановка задачи исследований

3.1.2 Сравнительный анализ методов поиска

3.1.3 Экспериментальное исследование методов поиска

3.1.4 Разработка метода поиска с использованием хеш-таблицы

3.2 Метод преобразования меток времени протокола ЫТР

3.2.1 Основные сведения о протоколе ЫТР, постановка задачи исследования

3.2.2 Использование арифметики с фиксированной точкой для преобразования меток времени

3.2.3 Анализ вариантов реализации метода

3.3 Методы взаимодействия с последовательным приемопередатчиком

3.3.1 Обзор методов взаимодействия, постановка задачи исследования

3.3.2 Реализация режима прерываний

3.3.3 Реализация режима прямого доступа к памяти

3.3.4 Экспериментальное исследование методов взаимодействия

3.4 . Выводы по главе

4 Программно-аппаратная реализация предложенных методов и моделей

4.1 Программный комплекс имитационного моделирования систем контроля вибрации

4.2 Интеллектуальный датчик вибрации опор

4.3 Устройство управления дугогасящим реактором

4.4 Выводы по главе

Заключение

Список сокращений

Список литературы

Приложение А: Исследование информационного обмена по шине CAN опытного

образца СКВ

Приложение Б: Исходные тексты разработанного программного обеспечения

Б.1 Исследование методов поиска

Б.2 Фрагменты реализации протокола NTP

Приложение В: Результаты имитационного моделирования системы контроля

вибрации

Приложение Г: Патенты, справки, акты внедрения результатов работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и алгоритмы повышения эффективности процессов информационного взаимодействия в системах контроля вибрации»

Введение

Актуальность темы. Российская Федерация является одним из крупнейших мировых производителей электроэнергии, по итогам 2020 года уступая по этому показателю только Китаю, США и Индии. Вследствие существенного объёма производства и потребления электроэнергии особое значение приобретает обеспечение технико-экономической эффективности функционирования энерговырабатывающих предприятий. Актуальной становится задача продления ресурса функционирующих турбоагрегатов (ТА) и предотвращения аварийных выходов оборудования из строя. При решении этой проблемы особое внимание должно уделяться диагностике дефектов, способных привести к авариям с катастрофическими последствиями. Задача предотвращения аварийных ситуаций и продления ресурса установленного оборудования требует использования самых современных методов и средств диагностики ТА. В целях увеличения срока службы, повышения надёжности и экономической эффективности эксплуатации технологического оборудования необходима разработка технических средств, позволяющих выявлять дефекты на ранних этапах их развития.

Вибродиагностика, то есть выявление дефектов на основе анализа характеристик вибрации элементов роторных машин, является одной из наиболее совершенных и универсальных методик диагностики. Это обусловлено тем, что возникновение и развитие дефектов в различных частях роторной машины, к которым относятся и ТА, обычно сопровождается изменением параметров вибрации её элементов. Нередко вибрация является не только признаком, но и причиной развития дефектов. Более того, в некоторых ситуациях вибрация нарастает лавинообразно и требует экстренной остановки ТА для предотвращения его разрушения. Наиболее масштабным событием такого рода является крупнейшая в истории катастрофа на гидроэнергетическом объекте России -Саяно-Шушенской ГЭС, произошедшая 17.08.2009. Согласно выводам комиссии Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору,

изложенным в «Акте технического расследования причин аварии», «одним из факторов, способствующих развитию дефекта в шпильках крепления крышки турбины на ГА-2, является значительное количество переходных режимов работы ... с повышенными динамическими характеристиками (вибрациями)...». С целью снижения вероятности возникновения подобных ситуаций комиссия предлагает «оснастить гидроагрегаты штатными системами постоянного контроля вибрации» и «обеспечить учет данных вибрационного и теплового контроля гидроагрегатов ... с реализацией функции предупредительной и аварийной сигнализации, автоматического останова гидроагрегатов».

Разработка и внедрение на электростанциях России высоконадёжных средств виброконтроля и вибродиагностики позволит предотвратить аварии с катастрофическими последствиями, продлить срок службы ТА и сократить сроки ремонта за счёт обнаружения дефектов на самых ранних стадиях их возникновения, а также снизить затраты на обслуживание оборудования благодаря прогнозированию изменений его технического состояния.

Исходя из вышеизложенного, актуальность темы диссертационной работы подтверждается необходимостью применения на электрических станциях России высоконадёжных систем контроля вибрации с целью повышения безопасности и эффективности функционирования ТА.

Исследования выполнялись в соответствии с «Перечнем критических технологий Российской Федерации», утверждённым Указом Президента РФ от 7 июля 2011 г. № 899 (разделы «Технологии информационных, управляющих, навигационных систем», «Технологии предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера»), в рамках научного направления ЮРГПУ(НПИ) «Теория и методы построения устройств и систем управления, контроля и диагностики».

Целью диссертационной работы является повышение эффективности функционирования систем контроля вибрации (СКВ) и улучшение их технико-экономических характеристик путём организации надёжного межмодульного взаимодействия и снижения требований к вычислительным ресурсам

используемых микропроцессорных средств за счёт применения современных методов обработки информации.

Для достижения поставленной цели в представленной работе решены следующие задачи:

- выполнен аналитический обзор публикаций, научных трудов и других источников по теме исследования;

- разработан способ описания модульной СКВ, учитывающий специфику объекта мониторинга и позволяющий конфигурировать отдельные модули с учётом информационных связей между ними;

- разработана модель конфигурирования модулей СКВ на основе обобщённого описания системы, исключающая ошибки при настройке отдельных модулей путём согласования коммуникационных параметров;

- разработан усовершенствованный метод оценки времени доставки сообщений CAN, учитывающий возможность автоматической вставки дополнительных синхронизирующих бит и их количество;

- разработана имитационная модель СКВ для оценки параметров межмодульного взаимодействия;

- разработаны методы снижения требований к вычислительным ресурсам модулей СКВ, позволяющие повысить технико-экономические показатели системы;

- разработаны алгоритмы и комплексы программ, позволяющие исследовать параметры межмодульного взаимодействия и оценить степень их влияния на качество связи, а также устройства, защищённые патентами Российской Федерации, реализующие предложенные методы.

Методы исследования. Методология исследования базируется на комплексном применении теоретического анализа, компьютерного моделирования и физического эксперимента. Для решения задач исследования использовались методы математического и системного анализа, теории вероятностей, обобщённого и объектно-ориентированного программирования. Для практической реализации результатов работы использованы программные продукты Microsoft Visual Studio,

Keil MDK-ARM,, Matlab, языки программирования C#, С, ARM Assembler, оценочные платы VisionSOM-6ULL и VisionCB-STD компании SoMLabs, MIMXRT1020-EVK компании ЖР.

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов, сформулированных в диссертационной работе, подтверждается обоснованностью принятых допущений, корректным применением методов математического и системного анализа, теории алгоритмов и программ; корректным применением математического аппарата при получении аналитических выражений, подтверждением теоретических положений результатами имитационного компьютерного моделирования и физических экспериментов.

Тема работы соответствует технической отрасли науки паспорта научной специальности 05.13.01 - «Системный анализ, управление и обработка информации»: формуле паспорта специальности, так как в диссертации рассматриваются вопросы «исследования системных связей и закономерностей функционирования и развития объектов и процессов с учетом отраслевых особенностей, ориентированные на повышение эффективности управления ими с использованием современных методов обработки информации», а также областям исследования по п. 2 «Формализация и постановка задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации», п. 3 «Разработка критериев и моделей описания и оценки эффективности решения задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации», п. 4 «Разработка методов и алгоритмов решения задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации» и п. 5 «Разработка специального математического и алгоритмического обеспечения систем анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации».

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. Предложен способ обобщённого описания системных связей модульной СКВ, отличающийся тем, что система представлена совокупностью унифицированных узлов, взаимодействующих друг с другом путём формирования

и получения информационных объектов, что позволяет гибко изменять структуру системы и параметры конфигурации модулей в соответствии с характеристиками объекта мониторинга (соответствует области исследования п. 2 паспорта специальности).

2. Разработан усовершенствованный метод оценки времени доставки сообщений CAN, формируемых в процессе функционирования модулей СКВ, отличающийся тем, что учитывает возможность автоматической вставки дополнительных синхронизирующих бит и их количество (соответствует области исследования п. 4 паспорта специальности).

3. Разработана модель модульной СКВ на базе протокола CANopen, отличающаяся тем, что на основе обобщённого описания системы формирует параметры конфигурации входящих в неё модулей и путём имитационного моделирования позволяет выполнить анализ процессов межмодульного взаимодействия (соответствует области исследования п. 3 паспорта специальности).

4. Разработаны и исследованы оригинальные методы и алгоритмы обработки информации в процессе межмодульного взаимодействия, отличающиеся тем, что существенно снижают требования к вычислительным ресурсам с целью повышения эффективности функционирования отдельных модулей СКВ и системы в целом (соответствует области исследования п. 5 паспорта специальности).

5. Разработанные методы и алгоритмы отличаются универсальностью, обеспечивающей возможность их применения для повышения эффективности функционирования не только модулей СКВ, но и других устройств.

На защиту выносятся:

1. Способ описания модульной СКВ как совокупности узлов, обменивающихся результатами измерений и вычислений, упакованными в информационные объекты, позволяющий конфигурировать отдельные модули с учётом межмодульных информационных связей.

2. Модель формирования конфигураций модулей СКВ на основе обобщённого описания системы, позволяющая исключить ошибки несоответствия параметров настройки отдельных модулей.

3. Усовершенствованный метод оценки времени доставки сообщений CAN для моделирования межмодульного взаимодействия в СКВ, позволяющий оценить время доставки с учетом возможности автоматической вставки дополнительных синхронизирующих бит и их количества.

4. Модель СКВ, функционирующей на базе протокола CANopen, позволяющая путём имитационного моделирования с учётом параметров настройки каждого модуля оценить параметры межмодульного взаимодействия с целью выявления перегрузки сети и недопустимых задержек доставки сообщений.

5. Методы снижения требований к вычислительным ресурсам с целью повышения эффективности функционирования отдельных модулей СКВ и системы в целом.

6. Алгоритмы и программное обеспечение, реализующие разработанные методы.

Практическая значимость работы заключается в применении разработанных методов, моделей, алгоритмов, устройств и программного обеспечения при проектировании современных цифровых СКВ ТА, а также для модернизации существующих СКВ, эксплуатируемых на электростанциях России. Перечисленные средства позволяют существенно повысить эффективность, надёжность и качество СКВ путём уменьшения сроков проектирования, исключения ошибок при формировании внутрисистемных информационных связей и снижения требований к используемым вычислительным ресурсам и, как следствие, повысить безопасность и экономическую эффективность эксплуатации ТА.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы в ООО «Электрон» (г. Ростов-на-Дону) при разработке новой цифровой СКВ, находящейся в стадии тестирования опытного образца. Разработанные компьютерные модели и научные результаты работы внедрены в

учебный процесс ЮРГПУ(НПИ), а также используются при подготовке специалистов факультета технологического проектирования и металлургии Технологического университета республики Ирак.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: 17-я национальная молодежная научно-практическая конференция «Фундаментальные исследования с применением компьютерных технологий в науке, производстве, социальных и экономических процессах», г. Новочеркасск, 2017 г.; 19-я международная молодежная научно-практическая конференция

«Фундаментальные основы, теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики», г. Новочеркасск, 2018 г.; High-Tech andInnovations in Research and Manufacturing (HIRM-2020), February 2020, Siberia, Russia; International Conference on Information Technology in Business and Industry (ITBI 2020), April 2020, Novosibirsk, Russia, 17-я международная научно-практическая конференция «Безопасность ядерной энергетики», г. Волгодонск, 2021 г.

Публикации по теме диссертации. По результатам исследований опубликовано 14 печатных работ, в том числе 10 научных публикаций (из них 3 -в журналах, рекомендованных ВАК, 3 - в изданиях, индексируемых в Scopus), получено 2 патента РФ и 2 свидетельств о регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и приложений. Она содержит 125 страниц основного текста, 28 рисунков, 10 таблиц, список литературы из 84 наименований и 4 приложения на 20 страницах.

1 ОБЗОР И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ

ТУРБОАГРЕГАТОВ

1.1 Основные сведения о турбоагрегатах электрических станций

Турбогенераторы (ТГ) - это генераторы трёхфазного тока, приводимые в действие турбиной, которая может быть паровой или газовой [1]. Использование пара позволяет получать высокую частоту вращения турбины и генератора, что уменьшает их габаритные размеры и удешевляет изготовление. По скорости вращения различают двухполюсные ТГ, вращающиеся с частотой 3000 об/мин, и четырёхполюсные, вращающиеся с частотой 1500 об/мин при частоте напряжения сети 50 Гц.

Двухполюсные ТГ устанавливают на тепловых электрических станциях (ТЭС), поскольку вырабатываемый на них пар обладает высокими энергетическими параметрами: давлением до 24 МПа и температурой до 550°С, что позволяет получать высокий КПД турбины при частоте вращения 3000 об/мин. Четырёхполюсные ТГ обычно применяются на атомных электростанциях (АЭС), где вырабатывается пар с существенно более низкими параметрами: давлением до 7 МПа и температурой до 350°С, при которых высокий КПД турбины достигается на меньшей частоте вращения - 1500 об/мин.

Двухполюсные ТГ, как высокоскоростные машины, имеют значительно лучшие показатели по затратам активных и конструктивных материалов на единицу мощности. Поэтому они применяются для выработки электроэнергии в широком диапазоне мощностей: от 2.5 до 1200 МВт [2]. Четырёхполюсные ТГ, уступающие по экономическим показателям двухполюсным машинам, имеют и определённые технические преимущества: значительно большую предельную мощность (до 2000 МВт), меньшие механические напряжения от центробежных сил в роторе, меньшие вибрации сердечника статора. Кроме того, при частоте вращения 1500 об/мин более надёжно работает паровая турбина. Самые мощные ТГ - четырёхполюсные мощностью более 1500 МВт, - устанавливаются на АЭС.

Паровая турбина и генератор образуют турбоагрегат (ТА). ТА могут быть одновальными и двухвальными. В России наиболее широкое распространение получили одновальные ТА [1], у которых роторы всех цилиндров турбины и ротор генератора образуют единый вал.

ТА, используемые на электростанциях, оснащены рядом систем, обеспечивающих длительную безотказную и безопасную работу агрегата. Типовыми системами обеспечения работоспособности ТА, согласно [1, 3], являются следующие.

1) Система газоснабжения обеспечивает охлаждение ротора и сердечника статора водородом. Система автоматически поддерживает номинальное давление газа, восполняет утечки, позволяет контролировать чистоту и температуру водорода.

2) Система водяного или масляного охлаждения статора обеспечивает охлаждение обмотки статора ТГ и непосредственно связанных с ней компонентов.

3) Система маслоснабжения обеспечивает нагнетание масла в подшипники роторов турбины и генератора под давлением, необходимым для их нормального функционирования. Она же подаёт масло в торцевые уплотнения, исключающие утечку в атмосферу водорода, находящегося под давлением внутри ТГ.

4) Система возбуждения предназначена для устойчивого автоматического регулирования тока в обмотке ротора в любых режимах, в том числе и при авариях в энергосистеме.

5) Система управления обеспечивает задание и поддержание требуемого режима работы ТА.

6) Система сигнализации и защиты служит для предупреждения обслуживающего персонала о возникновении нештатных ситуаций в процессе работы ТА. При возникновении аварийной ситуации система автоматически останавливает агрегат.

Не все ТА требуют наличия всех известных систем обеспечения работоспособности - набор таких систем определяется мощностью и устройством ТА. Например, ТГ с воздушным охлаждением не используют водород и, следовательно, не требуют наличия систем газоснабжения и масляного уплотнения. С другой стороны, мощные ТГ могут быть оснащены системой водяного охлаждения обмотки статора, водородным охлаждением ротора и сердечника статора, системой масляного уплотнения. Некоторые системы являются обязательными для всех ТА. К их числу относятся системы маслоснабжения, возбуждения, управления, сигнализации и защиты.

В процессе работы ТА неизбежно возникает вибрация его элементов. В зависимости от технического состояния агрегата и режима его эксплуатации уровень вибрации может достигать опасных значений, приводящих к повышенному износу, а иногда и к разрушению ТА. С целью предотвращения описанных ситуаций в число обязательных технологических защит ТА включают защиту по вибрации, реализуемую на основе системы контроля вибрации (СКВ). Поскольку данная работа посвящена разработке методов, алгоритмов и устройств, предназначенных для использования в составе СКВ, рассмотрим основные параметры вибрации, а также ТА с точки зрения его вибрационных характеристик.

1.2 Анализ турбоагрегата, как объекта виброконтроля

1.2.1 Основные параметры вибрации

Вибрация - это такой вид механического движения, при котором каждая из точек тела совершает повторяющееся перемещение вблизи некоторого неподвижного положения [4]. Характер и масштабы изменения вибрации во времени для каждого случая индивидуальны, при этом конкретный вибрационный процесс содержит большой объём важнейшей информации, использование которой позволяет диагностировать техническое состояние механизмов и своевременно устранять многие дефекты, не допуская возникновения аварийных ситуаций [4, 5].

Вибрация происходит под действием сил возбуждения, имеющих разные причины. В роторных машинах такие силы связаны, прежде всего, с процессом вращения валов. Вибрацию вала в некотором поперечном сечении обычно рассматривают как

периодическое движение центра этого сечения по замкнутой траектории. При этом чаще всего говорят об относительной вибрации, то есть о движении вала относительно близлежащих статорных элементов, например, о вибрации шейки вала

Рисунок 1.1 - Пример вибрации вала и корпуса подшипника: 1 - опора, 2 - крышка подшипника, 3 - вал, 4, 6 - вертикальная и горизонтальная составляющие вибрации опоры, 5 -траектория движения центра сечения вала

относительно подшипника. Вибрация вала через масляную плёнку или в результате непосредственного контакта передаётся на подшипник и опору ротора. На рисунке 1.1 в качестве примера представлено сечение опоры роторной машины и вибрация её элементов.

В простейшем случае вибрирующий элемент совершает гармонические (синусоидальные) колебания. Однако в реальных механизмах чаще встречаются колебания, представляющие собой сумму нескольких гармонических составляющих с разными частотами; при этом о вибрации говорят, как о полигармонической (рисунок 1.2).

В роторных машинах обычно преобладает гармоническая составляющая с частотой, соответствующей скорости вращения ротора (оборотной частотой). Вибрацию с частотой ниже оборотной называют низкочастотной; высокочастотной соответственно называют вибрацию с частотой, превышающей оборотную.

0.6

0.4

0.2

-0.8

0.005

0.01

0.015 0.02

Время, с

0.025

0.03

0.035

0.04

Рисунок 1.2 - Пример графика составляющей виброперемещения

Вибрация может быть охарактеризована через виброперемещение s, виброскорость V и виброускорение a [6]. Виброперемещение - это изменение во времени координаты вибрирующей точки относительно некоторого неподвижного начала координат (рисунок 1.2). Путём дифференцирования виброперемещения по времени можно получить виброскорость, то есть скорость движения вибрирующей точки. Аналогично, дифференцируя виброскорость, можно получить виброускорение.

Мгновенные значения виброскорости и виброускорения обычно не представляют практического интереса. В большинстве случаев в задачах виброконтроля используют среднеквадратичные значения (СКЗ) виброскорости [7], определяемые по формуле:

V =

11 * )2 Л

где T - временной интервал, на котором определяется СКЗ.

Кроме того, для количественной оценки виброперемещения используется размах [8], то есть разность наибольшего и наименьшего значений (рисунок 1.2, параметр sr).

Представление полигармонической вибрации в виде графика зависимости соответствующего параметра от времени является не единственным и далеко не

0

0

всегда достаточным для анализа вибрационных явлений. Ещё одной распространённой формой её представления является частотный спектр, то есть зависимость амплитуд гармонических составляющих от их частот. Однако спектры чаще используются в задачах вибродиагностики, хотя амплитуды отдельных спектральных составляющих (например, оборотной частоты) применяются и в задачах виброконтроля.

1.2.2 Турбоагрегат как колебательная система

Рассмотрим роторную машину, в частности ТА, как колебательную систему. Основными элементами этой системы являются валопровод, подшипники, опоры, фундамент, статор машины. Все эти элементы взаимосвязаны и одновременно участвуют в колебательном процессе.

Валопровод - это система связанных роторов агрегата. Для энергетического ТА валопровод включает роторы турбины, генератора и иногда возбудителя. Роторы связаны между собой муфтами, которые могут быть подвижными, полужёсткими и жёсткими [3]. Наличие такой связи вынуждает рассматривать валопровод, как единую колебательную систему со многими степенями свободы, где вибрация одного ротора неизбежно влияет на другие. Пример схемы валопровода ТА приведён на рисунке 1.3.

РВД

РСД

РНД

РГ

Гч. 5 6

X1 к

7

3

Рисунок 1.3 - Схема валопровода турбоагрегата мощностью 300 МВт: РВД - ротор высокого давления; РСД - ротор среднего давления; РНД - ротор низкого давления; РГ - ротор генератора; 1.. .7 -подшипниковые опоры

Ряд вибрационных явлений определяется конструкцией роторов: наличием или отсутствием насадных деталей, наличием центрального отверстия или внутренней полости. Ротор генератора, например, не имеет осевой симметрии и состоит из разнородных материалов, обладающих разными коэффициентами

теплового линейного расширения и теплопроводности (стальной поковки, медной обмотки ротора, изоляции). Эти особенности определяют специфичные вибрационные свойства ротора генератора: появление вибрации с двойной оборотной частотой, зависимость вибрации от теплового состояния, активной и реактивной нагрузки [4]. Свои особенности имеются и у других роторов ТА.

Некоторые вибрационные явления вызываются возмущающими силами, возникающими в связи с технологическими функциями машины: для ТА - в процессе выработки электроэнергии. Это электромагнитные силы в генераторе, возмущающие силы парового потока в турбине и многие другие.

Фундамент крупного ТА является сложной динамической системой, состоящей из упругомассовых элементов [9]. Фундамент содержит верхнее строение, колонны и нижнюю плиту, которая составляет его подземную часть. ТА располагается на верхнем строении фундамента, выполненном в виде продольных балок, ригелей (поперечных балок) и иногда консолей. Опоры роторов ТА обычно устанавливают на ригелях. Вибрация ТА определяется, с одной стороны, возмущающими силами, действующими на его опоры и статор, а с другой стороны - динамическими податливостями элементов фундамента. Следовательно, задача виброналадки может состоять не только в том, чтобы обнаружить и устранить источники чрезмерных возмущающих сил, но и компенсировать повышенную податливость элементов опорной системы.

1.2.3 Источники вибрации роторных машин

С учётом рассмотренных выше сведений о причинах возникновения периодических колебаний в механических системах с вращающимися элементами, а также принимая во внимание особенности конструкции ТА, рассмотрим факторы, влияющие на уровень вибрации его составных частей.

Распространённые в настоящее время ТА отличаются значительным диапазоном изменения вибрационных свойств, что является следствием многообразия их конструкций и режимов работы. Однако имеется ряд причин,

приводящих к увеличению уровня вибрации и являющихся общими для всех роторных машин [4, 5, 10]. Рассмотрим эти причины.

Механический дисбаланс роторов - наиболее распространённый источник вибрации роторной машины. Дисбаланс неизбежно возникает при изготовлении, эксплуатации и ремонте роторов ТА. Влияние дисбаланса на вибрацию объясняется центробежными силами, возникающими при вращении и создающими вынужденные колебания роторов с частотой вращения. Признаком механического дисбаланса является то, что вибрация происходит преимущественно с оборотной частотой, однозначно зависит от частоты вращения вала, на неё не влияет режим работы агрегата (если нет других причин). Помимо вибрации с оборотной частотой, дисбаланс может вызывать высокочастотную вибрацию с частотами, являющимися гармониками частоты вращения. Это в основном связано с нелинейными механическими характеристиками опор и проявляется при существенном дисбалансе, вызывающем ударные возмущения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Алджиязна Висам Камиль Мадлум, 2022 год

Список литературы

1. Извеков, В.И. Проектирование турбогенераторов: учеб. пособие для вузов / В.И. Извеков, Н.А. Серихин, А.И. Абрамов. - М.: Издательство МЭИ, 2005. - 440 с.

2. ГОСТ 533-2000 (МЭК 34-3-88). Машины электрические вращающиеся. Турбогенераторы. Общие технические условия. - взамен ГОСТ 533-85, ГОСТ 53393; введ. 01.01.02. - М.: Изд-во стандартов, 2002. - 21 с.

3. Klempner, G. Opération and Maintenance of Large Turbo Generators / G. Klempner, I. Kerszenbaum. - Copyright © 2004 Institute for Electrical and Electronics Engineers, Inc. - 580 р. - ISBN 0-471-61447-5

4. Гольдин, А.С. Вибрация роторных машин / А.С. Гольдин. - М.: Машиностроение, 1999. - 344 с.

5. Барков, А.В. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации / А.В. Барков, Н.А. Баркова, А.Ю. Азовцев. - СПб.: Изд. центр СПбГМТУ, 2000.

- 169 с.

6. ГОСТ 24347-80 Вибрация. Обозначения и единицы величин. - введ. 1.01.81.

- М.: Изд-во стандартов, 1986. - 3 с.

7. ГОСТ 25364-97 Агрегаты паротурбинные стационарные. Нормы вибрации опор валопроводов и общие требования к проведению измерений. - взамен ГОСТ 25364-88; введ. 1.07.99. - М.: Изд-во стандартов, 1998. - 6 с.

8. ГОСТ 27165-97 Агрегаты паротурбинные стационарные. Нормы вибрации валопроводов и общие требования к проведению измерений. - взамен ГОСТ 27165-86; введ. 1.07.99. - М.: Изд-во стандартов, 1998. - 7 с.

9. Абашидзе, А.И. Фундаменты машин тепловых электростанций /

A.И. Абашидзе. - М.: Энергия, 1975. - 256 с.

10. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. Т. 7: В 2 кн. Кн. 1: Метод акустической эмиссии / Кн. 2 Вибродиагностика / Под общ. ред. чл.-корр. РАН

B.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 2005. - 829 с.

11. Акт технического расследования причин аварии, происшедшей 17 августа 2009 года в филиале ОАО «РусГидро» - «Саяно-Шушенская ГЭС имени

П.С. Непорожнего» [Электронный ресурс]/ Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору, 2009. - URL: http:// www.rushydro.ru/ file/ main/ global/ press/ news/ 8526.html/ Akt_tehrassledovaniya_prichin_avarii_na_SShGES.pdf (дата обращения: 5.04.2021)

12. Плотников, Д.А. Методы и интеллектуальные устройства контроля вибрации для систем защиты и управления турбоагрегатами: дис. ... канд. техн. наук: 05.13.05 / Плотников Дмитрий Александрович. - Новочеркасск, 2011. - 290 с.

13. Паровые турбины большой и средней мощности производства ЛМЗ. Конденсационная турбина K-800-240 [Электронный ресурс] / ОАО «Силовые машины», 2010. - URL: http:// www.power-m.ru / products / steamturbine / LMZ / Condensat_40_1200 / k_800_240.aspx (дата обращения: 18.05.2020)

14. Алджиязна, В.К.М. Повышение эффективности межмодульного взаимодействия в системах контроля вибрации путем использования прямого доступа к памяти. Часть 1 / В.К.М. Алджиязна, В.И. Лачин, Д.А. Плотников // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. - 2019. - № 4. - С. 63-68.

15. Алджиязна, В.К.М. Цифровые технологии в системах вибромониторинга турбоагрегатов / В.К.М. Алджиязна, В.И. Лачин, Д.А. Плотников // Безопасность ядерной энергетики: тез. докл. 17-й Междунар. науч.-практ. конф., 26-28 мая 2021 г. / НИЯУ МИФИ [и др.]. - Волгодонск: ВИТИ НИЯУ МИФИ, 2021. - С. 16-19

16. Система мониторинга роторных агрегатов «ИС АСУ ТП Вектор-М». Руководство по эксплуатации. ТМБН.421453.001 РЭ / г. Москва: ООО «ГК Инновация», 2015. - 102 с.

17. Аппаратура контроля механических параметров турбоагрегата «СИВОК». Руководство по эксплуатации. РЭ-4277-001-46548424-06. / г. Ростов-на-Дону: ООО «Электрон», 2017. - 98 с.

18. Описание типа средства измерений. Аппаратура контроля механических параметров турбоагрегата «СИВОК» [Электронный ресурс] / г. Ростов-на-Дону. ООО «Электрон», 2017. - 10 с. - URL: https:// fgis.gost.ru/ fundmetrology/ registry/ 4/ items/ 325316 (дата обращения: 31.04.2021)

19. Автоматизированная система контроля вибрации, механических величин и диагностики (АСКВД) [Электронный ресурс] / г. Екатеринбург: ООО «Прософт-Системы», 2021. - URL: https:// prosoftsystems.ru/ solution/ show/ avtomatizirovannaja-sistema-kontrolja-vibracii-mehanicheskih-velichin-i-diagnostiki-askvd (дата обращения: 31.04.2021)

20. Аппаратура «Вибробит-300». Руководство по эксплуатации. ВШПА.421412.300 РЭ / г. Ростов-на-Дону: ООО НПП «Вибробит», 2012. - 169 с.

21. Аппаратура контрольно-измерительная «Вибробит 500» Руководство по эксплуатации. ВШПА.421412.501.001 РЭ / г. Ростов-на-Дону: ООО НПП «Вибробит», 2019. - 92 с.

22. Плотников, Д.А. Автоматический регистратор изменений виброскорости / Д.А. Плотников, А.К. Малина // Интеллектуальный резерв университета -решению проблем Сев.-Кавк. региона : материалы 48-й науч.-техн. конф. студ. и асп. ЮРГТУ / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000. -С. 117-119.

23. Плотников, Д.А. Микропроцессорный регистратор изменений виброскорости / Д.А. Плотников, А.И. Костин, А.В. Якшин // Материалы 52-й научно-технической конференции студентов и аспирантов ЮРГТУ (НПИ) / Юж. -Рос. гос. тех. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: УПЦ «НАБЛА» ЮРГТУ (НПИ), 2003.

- С. 185-187.

24. Бабина О. И. Сравнительный анализ имитационных и аналитических моделей [Электронный ресурс] / О.И. Бабина // ИММОД-2009. Имитационное моделирование. Теория и практика: материалы 4-й всеросс. науч.-практ. конф.

- СПб., 21-23 октября 2009 г. - URL: http:// gpss.ru/ immod09/ doklad/09.pdf (дата обращения: 23.08.2021)

25. Wehrle K., Günes M., Gross J. Modeling and Tools for Network Simulation // Springer, Berlin, Heidelberg - 2010. - 545p. doi: 10.1007/978-3-642-12331-3

26. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем - искусство и наука /

- М.: Мир, 1978. - 420 с.

27. Alizai M.H., Gao L., Kempf T., Landsiedel O. Tools and Modeling Approaches for Simulating Hardware and Systems [Электронный ресурс] / Springer, Berlin, Heidelberg, 2010. - 21 p. - URL: https://doi.org/10.1007/978-3-642-12331-3_7 (дата обращения: 18.07.2021)

28. Kunz G. Parallel Discrete Event Simulation [Электронный ресурс] / Springer, Berlin, Heidelberg, 2010. - 11 p. - URL: https://doi.org/10.1007/978-3-642-12331-3_8 (дата обращения: 18.07.2021)

29. Baynast A., Bohge M., Willkomm D., Gross J. Physical Layer Modeling [Электронный ресурс] / Springer, Berlin, Heidelberg, 2010. - 38 p. - URL: https://doi.org/10.1007/978-3-642-12331-3_9 (дата обращения: 18.07.2021)

30. Muhleisen M., Bultmann D., Klagges K., Schinnenburg M. Link Layer Modeling [Электронный ресурс] / Springer, Berlin, Heidelberg, 2010. - 18 p. - URL: https://doi.org/10.1007/978-3-642-12331-3_10 (дата обращения: 18.07.2021)

31. Breslau L., Estrin D., Fall K et al. Advances in Network Simulation. Computer, - 2000. - № 33(5). pp. 59-67.

32. Riley G.F., Henderson T.R. The ns-3 Network Simulator [Электронный ресурс] / Springer, Berlin, Heidelberg, 2010. - 21 p. - URL: https:// doi.org/ 10.1007/978-3-642-12331-3_2 (дата обращения: 18.07.2021)

33. Varga A. OMNeT++ [Электронный ресурс] / Springer, Berlin, Heidelberg, 2010. - 27 p. - URL: https://doi.org/10.1007/978-3-642-12331-3_3 (дата обращения: 20.07.2021)

34. Sommer J., Scharf J. IKR Simulation Library. [Электронный ресурс] / Springer, Berlin, Heidelberg, 2010. - 8 p. - URL: https://doi.org/10.1007/978-3-642-12331-3_4 (дата обращения: 20.07.2021)

35. Bultmann D., Muhleisen M., Max S. Open WNS. [Электронный ресурс] / Springer, Berlin, Heidelberg, 2010. - 13 p. - URL: https://doi.org/10.1007/978-3-642-12331-3_5 (дата обращения: 20.07.2021)

36. Wirth, N. A Plea for Lean Software / Computer, vol. 28, no. 02, pp. 64-68, 1995. doi: 10.1109/2.348001

37. Вирт, Н. Долой «жирные» программы [Электронный ресурс]/ Открытые системы. СУБД. - 1996. - №6. - URL: https:// www.osp.ru/ os/ 1996/ 06/ 179017 (дата обращения: 6.06.2021)

38. Estimating Power for ADSP-BF534 / BF536 / BF537 Blackfin Processors (EE-297), Rev 3 [Электронный ресурс] / - November 21, 2007. Analog Devices, Inc.

- URL: https:// www.analog.com/ media/ en/ technical-documentation/ application-notes/ EE-297.Rev.3.11.07.pdf (дата обращения: 7.06.2021)

39. CANopen application layer and communication profile. Version: 4.2.0 21 February 2011 [Электронный ресурс] / CAN in Automation e. V. - 2011. - 158 p.

- URL: http://www.can-cia.org (дата обращения: 23.04.2021)

40. ГОСТ Р ИСО/МЭК 7498-1-99 Информационная технология. Взаимосвязь открытых систем. Базовая эталонная модель. Часть 1. Базовая модель. - введ. 1.01.2000. - М.: Изд-во стандартов, 1999. - 58 с.

41. CAN Specification. Version 2.0 / Robert Bosch GmbH, 1991. - 73 p. - URL: http:// www.bosch-semiconductors.de/ media/ ubk_semiconductors/ pdf_1/ canliteratur/ can2spec.pdf (дата обращения: 11.03.2021).

42. CANopen - The standardized embedded network. - URL: https:// www.can-cia.org / canopen / (дата обращения: 23.04.2021)

43. The Basics of CANopen. © 2021 National Instruments Corp. - URL: http:// www.ni.com/ white-paper/14162/en/#toc2 (дата обращения: 23.04.2021)

44. CiA 306. CANopen electronic data sheet (EDS). Version 1.3.0. January 01, 2005 [Электронный ресурс] / © CAN in Automation (CiA) 2005. - URL: https:// www.can-cia.org (дата обращения: 18.10.2021).

45. Никифоров, В.В. Оценка времени доставки сообщений в распределенных системах реального времени с CAN-интерфейсом / В.В. Никифоров, А.И. Шкиртиль // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. - 2010.

- № 7. - С. 33-39.

46. Tindell K., Burns A., Wellings A.J. Calculating Controller Area Network (CAN) Message Response Time / Control Eng. Practice, Vol. 3, No. 8, - 1995. pp. 1163-1169.

47. Плотников, Д.А. Оценка времени отклика элементов в модульных информационно-измерительных и управляющих системах, использующих интерфейс CAN / Д.А. Плотников // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.

- 2017. - № 1. - С. 13-18.

48. Alaei Reza, Moallem Payman, Bohlooli Ali. Statistical based algorithm for reducing bit stuffing in the Controller Area Networks. Microelectronics Journal. 101. 104794. - 2020. doi: 10.1016/j.mejo.2020.104794.

49. Liu Yu, Yin Yue. Statistical Analysis of Improved Bit-stuffing Method Based on CAN Bus. DEStech Transactions on Computer Science and Engineering. - 2018. doi: 10.12783/dtcse/ceic2018/24562.

50. Radoslav Bortel. CANopen Master and Node Software // Faculty of Electrical Engineering, Czech Technical University, Prague, - 2002. - 19 р.

51. Kubicka M. CANopen implementation. University of West Bohemia in Pilsen,

- 2011. - 63 p.

52. Кнут Д. Искусство программирования. Том 3. Сортировка и поиск // М.: Диалектика, - 2019. - 832 с.

53. Алджиязна, В.К.М. Выбор и оптимизация метода поиска записей в объектном словаре модуля системы вибромониторинга, использующей протокол CANopen / В.К.М. Алджиязна, В.И. Лачин, Д.А. Плотников, А.С. Муженко // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2021. - № 3. - С. 14-21. doi: 10.17213/15603644-2021-3-14-21

54. RM0008 Reference manual. STM32F101xx, STM32F102xx, STM32F103xx, STM32F105xx and STM32F107xx advanced Arm®-based 32-bit MCUs [Электронный ресурс]. © 2021 STMicroelectronics. - 1136 p. - URL: https:// www.st.com/ resource/ en/ reference_manual/ cd00171190-stm32f101xx-stm32f102xx-stm32f103xx-stm32f105xx-and-stm32f107xx-advanced-armbased-32bit-mcus-stmicroelectronics.pdf (дата обращения: 14.04.2021)

55. Fixed Point Arithmetic on the ARM. © Advanced RISC Machines Ltd (ARM) 1996. [Электронный ресурс]. - URL: http:// infocenter.arm.com/ help/ topic/

com.arm.doc.dai0033a/ DAI0033A_fixedpoint_appsnote.pdf (дата обращения: 31.01.2018)

56. Kirkpatrick S., Gelatt C.D., Vecchi M.P. Optimization by simulated annealing. // Science. v220. 1983. P. 671-680

57. Алджиязна В.К.М., Плотников Д.А., Лачин В.И., Соломенцев К.Ю. Разработка модели межмодульного взаимодействия в системах контроля вибрации на базе протокола CANopen // Известия вузов. Электромеханика. - 2020. - Т. 63, № 2-3. - С. 68-75.

58. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2020610500. Моделирование межмодульного взаимодействия в системах на базе протокола CANopen (CanOpenAnalyzer) / В.К.М. Алджиязна (IQ), Д.А. Плотников (RU). - Дата регистрации 15.01.2020.

59. RFC 5905 Network Time Protocol Version 4: Protocol and Algorithms Specification. [Электронный ресурс] / - URL: http://www.ietf.org/rfc/rfc5905.txt (дата обращения: 31.01.2018)

60. Aljeazna, W.K.M. Peculiarities of NTP protocol realization for microprocessor systems with limited computing resources [Электронные ресурс] / Aljeazna W.K.M., Lachin V.I., Plotnikov D.A., Solomentsev K.Y. // Journal of Physics: Conference Series. - 2020. - Vol. 1661: International Conference on Information Technology in Business and Industry (ITBI 2020) 6-8 April 2020, Novosibirsk, Russia. - № статьи 012009. - URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1661/1/012009/pdf.

61. Алджиязна, В.К.М. Особенности реализации протокола NTP для микропроцессорных систем с ограниченными вычислительными ресурсами / В.К.М. Алджиязна, Д.А. Плотников // Фундаментальные основы, теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики: материалы 19-й Междунар. молодеж. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 27-28 февр. 2018 г. / Юж.-Рос. гос. политехн. ун-т (НПИ) им. М.И. Платова. - Новочеркасск: Лик, 2018. - С. 178-182.

62. LPC11Cx2/Cx4 32-bit ARM Cortex-M0 microcontroller. Product data sheet. Rev. 3.2 - 4 January 2016. © NXP B.V. 2016. [Электронный ресурс] / - URL: http://www.nxp.com (дата обращения: 31.01.2018)

63. i.MX RT Series. Product Selector [Электронный ресурс] / - URL: https:// www.nxp.com/ parametricSearch#/ category/ c731_c1770_c1508 (дата обращения: 27.11.2019).

64. i.MX RT1020 Processor Reference Manual. Rev. 1, 12/2018 [Электронный ресурс] / © 2018 NXP B.V. - 2018. - 2977 p. - URL: https://www.nxp.com/ secured/ assets/ documents/ en/ reference-manual/ IMXRT1020RM.pdf (дата обращения: 02.11.2019).

65. UM10430 LPC18xx ARM Cortex-M3 microcontroller. User Manual. Rev. 3.1, 09/2019 [Электронный ресурс] / © NXP B.V. - 2019. - 1284 p. - URL: https:// www.nxp.com/ webapp/ sps/ download/ (дата обращения: 16.01.2020).

66. STM32F101x8, STM32F101xB, Medium-density access line, ARM®-based 32bit MCU with 64 or 128 KB Flash, 6 timers, ADC and 7 communication interfaces. Datasheet - production data. June 2015 Rev. 17 [Электронный ресурс] / © 2015 STMicroelectronics. - 2015. - 101 p. - URL: https:// www.st.com / resource / en / datasheet / stm32f101c8.pdf (дата обращения: 02.11.2019).

67. AN3109 Application note. Communication peripheral FIFO emulation with DMA and DMA timeout in STM32F10x microcontrollers. December 2009 Rev. 1 [Электронный ресурс] / © 2009 STMicroelectronics. - 2009. - 10 p. - URL: https:// www.st.com/ content/ ccc/ resource/ technical/ document/ application_note/ d6/ 03/ cb/ dd/ 03/ 54/ 49/ d6/ CD00256689.pdf (дата обращения: 10.09.2019).

68. Пат. 204614 РФ, МПК G01H17/00. Устройство дистанционного измерения коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра в рабочем режиме / В.К.М. Алджиязна, В.И. Лачин, Д.А. Плотников. - № 2021101996; заявлено 28.01.2021, опубл. 01.06.2021, Бюл. №16. - 2 с.

69. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2020610178. Оценка времени отклика элементов в системах, использующих интерфейс CAN (CanAnalyzer) / В.К.М. Алджиязна (IQ), Д.А. Плотников (RU). - Дата регистрации 10.01.2020.

70. AutoCAD ObjectARX SDK Developer Center [Электронный ресурс] / © 2021 Autodesk Inc. - URL: https:// www.autodesk.com/ developer-network/ platform-technologies/ autocad/ objectarx (дата обращения: 6.08.2021)

71. Aljeazna, W.K.M. Using the ObjectARX programming environment for modular information-measuring systems design and simulation [Электронный ресурс] / Aljeazna W.K.M., Lachin V.I., Plotnikov D.A., Solomentsev K.Y. // Journal of Physics: Conference Series. - 2020. - Vol. 1582: High-Tech and Innovations in Research and Manufacturing (HIRM-2020) 28 February 2020, Siberia, Russia. - № статьи 012082. - URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1582/1/012070/pdf (дата обращения: 25.08.2021)

72. Алджиязна, В.К.М. Использование среды программирования ObjectARX при проектировании и моделировании модульных информационно-измерительных систем / В.К.М. Алджиязна, Д.А. Плотников // Фундаментальные исследования с применением компьютерных технологий в науке, производстве, социальных и экономических процессах: материалы 17-ой Национал. молод. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 20-23 дек. 2017 г. / Юж.-Рос. гос. политехн. ун-т (НПИ) им. М.И. Платова. - Новочеркасск: Лик, 2017. - С. 53-56.

73. Лачин, В.И. Многоуровневая распределенная система мониторинга вибрационного состояния и защиты турбоагрегатов / В.И. Лачин, А.К. Малина, Д.А. Плотников // Информационные технологии и управление: юбилейный сб. науч. тр. факультета информационных технологий и управления / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: Ред. журн. «Изв. вузов. Электромеханика», 2001. - С. 69-74.

74. Плотников, Д.А. Совершенствование интеллектуального датчика вибрации для систем вибрационного мониторинга турбоагрегатов / Д.А. Плотников // Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения: материалы X Междунар. науч.-практ. конф., г.Новочеркасск, 29 окт. 2010г. / Юж.-Рос. гос. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2010. - С. 49-51.

75. Aljeazna, W.K.M. Method for increasing the measuring accuracy the rotary machines main vibration parameters: algorithmic and hardware implementation / Aljeazna W.K.M., Lachin V.I., Plotnikov D.A., Solomentsev K.Y., Khovpachev A.A., Balaban I.G. // CSOC 2021, LNNS 228, pp. 254-260, 2021. doi: 10.1007/978-3-030-77448-6_47

76. ADSP-BF533 Blackfin Processor Hardware Reference. Revision 3.6, February 2013 [Электронный ресурс] / Analog Devices Inc. - 2013. - 884 p. - URL: https://www.analog.com/ media/ en/ dsp-documentation/ processor-manuals/ADSP-BF533_hwr_rev3.6.pdf (дата обращения: 3.06.2021)

77. ADSP-BF53x/BF56x Blackfin Processor Programming Reference. Revision 2.2, February 2013 [Электронный ресурс] / Analog Devices Inc. - 2013. - 1106 p. - URL: https:// www.analog.com/ media/ en/ dsp-documentation/ processor-manuals/ Blackfin_ pgr_rev2.2.pdf (дата обращения: 3.06.2021)

78. ГОСТ ISO 2954-2014 Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Требования к средствам измерений. - введ. 1.11.15. - М.: Стандартинформ, 2019. - 18 с.

79. Алджиязна, В.К.М. Повышение эффективности межмодульного взаимодействия в системах контроля вибрации путем использования прямого доступа к памяти. Часть 2 / В.К.М. Алджиязна, В.И. Лачин, Д.А. Плотников // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. - 2020. - № 1. - С. 18-24.

80. Реакторы дугогасящие типа РДМР с плавным регулированием тока. Руководство по эксплуатации (техническое описание и инструкция по эксплуатации) Р 901.00 РЭ [Электронный ресурс] / ООО ВП «НТБЭ», Екатеринбург. - 2020. - URL: https://ntbe.ru/ UPLOAD/ 2020/ 12/ 21/ rukovodstvo-po-ekspluatatsii-rdmr.pdf (дата обращения: 10.08.2021)

81. Осипов Э.Р., Обабков В.К. Сравнительный анализ способов заземления нейтрали в задаче подавления дуговых замыканий на землю // Изв. вузов. Горный журнал, 1988. - № 3. - С. 94-97.

82. Пат. 205145 РФ, МПК H02J 3/18. Устройство управления дугогасящим реактором / В.К.М. Алджиязна, В.И. Лачин, Д.А. Плотников. - № 2021101997; заявлено 28.01.21, опубл. 29.06.2021, Бюл. №19. - 2 с.

83. LPC1311/13/42/43 32-bit ARM Cortex-M3 microcontroller. Product data sheet Rev. 5 6 June 2012 [Электронный ресурс] / © NXP B.V. - 2012. - URL: https:// www.nxp.com/ docs/ en/ data-sheet/ LPC1311_13_42_43.pdf (дата обращения: 19.08.2021)

84. MODBUS Application Protocol Specification v1.1b [Электронный ресурс] / - URL: http://www.modbus.org/ docs/ Modbus_Application_Protocol_V1_1b.pdf (дата обращения: 16.10.2021)

Приложение А: Исследование информационного обмена по шине CAN опытного образца СКВ

DLCi Кол-во сообщений ni Ср. кол-во доп. бит bi Макс. кол-во доп. бит maxi ki

0 120 2.357 6 0.3928

1 600 4.317 7 0.6167

2 120 5.118 8 0.6398

3 0 4.151 10 0.4151

4 11520 7.275 11 0.6614

5 0 0 13 0.0000

6 21600 9.362 14 0.6687

7 240 8.136 16 0.5085

8 1200 10.973 18 0.6096

Итог 35400 0.6613

В таблице использованы следующие обозначения: «DLCi» - код длины сообщения (число байтов в поле данных); «Кол-во сообщений ni» - количество сообщений длиной DLCi, зарегистрированных в процессе наблюдения;

«Ср. кол-во доп. бит bi» - среднее количество автоматически добавленных дополнительных бит к сообщениям длиной DLCi,

«Макс. кол-во доп. бит maxi» - максимальное количество дополнительных бит, которое может быть добавлено к сообщению длиной DLCi согласно (2.3); «ki» - средний коэффициент увеличения длины сообщения; ki = bi / maxi.

Примечание: итоговое значение k определялось с учётом количества зарегистрированных сообщений ni по формуле:

к = £()/£n .

i=0 / i=0

Приложение Б: Исходные тексты разработанного программного обеспечения

Б.1 Исследование методов поиска

Основная функция

////////////////////////////////////////////////////////// //

// Header: Основной модуль программы оценки методов поиска в OBD

// File Name: MainFunc.c

// Author: Алджиязна В., Плотников Д.

// Date: 31.03.2021 - 9.04.2021

//

#include "Settings.h"

#include "Hardware.h"

#include "Service.h"

#include "Timers.h"

#include "Debug.h"

//=== Исследуемые методы (подключать только по одному!) ===

// #include // #include // #include #include

"S2Level.h" "SBinTree2Lev.h" "SHash_2Level.h" "SHash 2L Mul.h"

//#include "SInterp2Lev.h"

// метод двоичного поиска // метод двоичного дерева

// метод хеширования (функция Ь = Кеу%т ) // метод хеширования

//( функция Ь = ((Кеу*Л/2Л16)%1)*т ) // метод интерполяции

////////////////////////////////////////////////////////// //

//Инициализация GPIO //

static void GPIO Init(void) {

// Включаем тактовую частоту GPIOA, GPIOB

RCC->APB2ENR |= (RCC_APB2ENR_IOPAEN | RCC_APB2ENR_IOPBEN); // Красный светодиод

LED RED OFF; // тушим красный светодиод

GPIO_CFG_HIGH(GPIOB, 9, GPIO_CNF_OUT_GP_PUSHPULL, GPIO_MODE_OUT_02);

}

////////////////////////////////////////////////////////// //

//Инициализация оборудования и переменных //

static void Init(void) {

// Тактовая частота настраивается в Startup. Всё остальное - здесь //Общая настройка ОМК

DBGMCU->CR |= (DBGMCU_CR_DBG_TIM2_STOP | DBGMCU_CR_DBG_TIM3_STOP | DBGMCU_CR_DBG_TIM4_STOP);

// Инициализация подсистем

GPIO Init(); // Инициализируем выводы ОМК

TMR Init(); // Инициализируем таймеры общего назначения

DBG_Init();

// Эталонный массив, из которого будем брать существующие индексы // для их поиска исследуемым методом, static const uint32 t BaseArray[] = { #include "Data Plain Array.inc"

};

// Массив для сохранения времени поиска static uint16_t Times[ARRAY_SIZE(BaseArray)];

////////////////////////////////////////////////////////// //

//Основная функция программы //

int main(void) {

volatile static const void* p;

// Инициализируем оборудование и программные модули Init ();

// Основной цикл программы while (1) {

// Пыдаемся искать каждый индекс из базового массива for (int i=0; i<ARRAY_SIZE(BaseArray); i++) { uint32_t StartTime = DBG_EventAdd(0); p = CHECK_CURRENT_METHOD(BaseArray[i]); uint32_t EndTime = DBG_EventAdd(0); if (EndTime > StartTime)

Times[i] = EndTime-StartTime; else

Times[i] = 0x10000+EndTime-StartTime; if (!p)

Times[i] |= 0x8000;

}

}

Функции поиска

// Поиск методом половинного деления в двухуровневом массиве

// (массив индексных записей со ссылками на массивы субиндексов) //

// Key - что ищем

// Возвращает указатель на найденный элемент массива или 0 //

#include "S2Level.h" #include "Service.h"

typedef struct TIdxRec { uint16 t Idx; uint8 t Count; uint32 t SubArray;

} TIdxRec;

static const TIdxRec Array2Level[] = { #include "Data 2Level.inc"

};

const void* Check S 2Level(uint32 t Key) { uint16 t Keyldx = Key>>8; uint8_t Subldx = Key % 0x100; int32_tLeftldx = 0;

int32_tRightldx = ARRAY_SIZE(Array2Level)-1; int32_tMidIdx;

while (Leftldx <= Rightldx) {

Midldx = (Leftldx + RightIdx)/2; if (Array2Level[MidIdx].Idx == Keyldx) { if (SubIdx>Array2Level[MidIdx].Count)

return 0; else

return (uint32 t*)(Array2Level[MidIdx].SubArray)+SubIdx;

}

if (Array2Level[MidIdx].Idx < KeyIdx)

LeftIdx = MidIdx+1; else

RightIdx = MidIdx-1;

}

return 0;

}

// Поиск методом хеш-таблицы с массивами второго уровня

// ( функция h = ((Key*A/2A16)%1)*m ) //

// Key - что ищем

// Возвращает указатель на найденный элемент массива или 0 //

#include "SHash_2L_Mul.h" #include "Service.h"

typedef struct _TNode { uint16 t Key; uint8_t Count; uint32 t pData; const struct TNode* Next; } TNode; _

// Массив static const TNode A[] и параметр a описаны в следующем файле: #include "Data Hash 2L Mul.inc"

const void* Check_S_Hash2L_Mul(uint32_t Key) {

uint16_t Idx = Key / 0x100;

uint8_t Subldx = Key % 0x100;

const TNode* p = &A[(((Idx*a)%0x10000)*ARRAY_SIZE(A))/0x10000]; do {

if (Idx == p->Key) {

if (SubIdx > p->Count)

return 0; else

return (const uint32 t*)(p->pData)+SubIdx; } else

p = p->Next; } while(p); return 0;

}

//Поиск по двоичному дереву (с подмассивами) //

// Key - что ищем

// Возвращает указатель на найденный элемент массива или 0 //

#include "SBinTree2Lev.h" #include "Service.h"

typedef struct TNode { uint16 t Key;

uint8 t Subldx;

uint32 t Ptr;

const struct TNode* Left; const struct TNode* Right; } TNode;

static const TNode A[] = {

#include "Data Tree2Level.inc"

};

const void* Check S BinTree2Level(uint32 t Key) {

const TNode* node = &A[0];

uint16_t Idx = Key / 0x100;

uint8_t Subldx = Key % 0x100;

while (1) { if (!node)

return 0; if (Idx == node->Key)

if (Subldx > node->SubIdx)

return 0; else

return (const void*)(node->Ptr+SubIdx); if (Idx < node->Key) node = node->Left; else

node = node->Right;

}

}

Б.2 Фрагменты реализации протокола NTP

////////////////////////////////////////////////////////// //

// Header:

// File Name:

// Author:

// Date: //

Функции для коррекции времени по протоколу NTP NTP.c

Плотников Д., Алджиязна В.К.М. 07.11.17

#include "NTP.h"

#include <stdint.h>

#include <string.h>

#include "rl_net.h"

#include "Cfg.h"

// Keil.MDK-Pro::Network:CORE

#defineNTP_PORT 123

#defineNTP_QUERY_COUNT 9

#defineNTP WAIT TIME MS 500

//порт для запросов и ответов // количество запросов к серверу // для усреднения результата // время ожидания ответа от сервера

// макрос для сдвига (х) в позицию (у) с учётом обратной нумерации битов в NTP

#define NTP SHIFT(x,y)

((x)<<(31-(y)))

// Вспомогательный тип для упрощения работы с многобайтными числами typedef union TUint64 { uint64 t ui64; uint32 t ui32[2]; uint8_t ui8[4];

} TUint64;

// Пакет запроса-ответа NTP typedef struct _TNtpPacket {

union { // служебное поле

uint32_t ui32; // для упрощения доступа к служебному полю

struct {

uint32 t Mode:3; // режим (3 - клиент, 4 - сервер)

uint32_t VN:3; // protocol version

uint32 t LI:2; // leap indicator

uint32 t Stratum:8;

uint32 t PollInt:8; // Максимальный интервал между запросами

uint32 t Prec:8; // Точность

} Flags;

struct {

uint8_t Flg; // флаги

uint8_t Stratum;

uint8_t PollInt; // Максимальный интервал между запросами

uint8_t Prec; // Точность

} Bytes;

} Srv;

uint32_t RootDelay; // базовая задержка (16.16 со знаком).

uint32_t RootDisp; // базовая дисперсия (16.16 без знака).

uint32_t RefClockId; // Идентификатор эталонных часов

TUint64 RefTS; // Reference Timestamp (32.32)

TUint64 OrgTS; // Originate Timestamp (32.32)

TUint64 RecvTS; // Receive Timestamp (32.32)

TUint64 TxTS; // Transmit Timestamp (32.32)

} TNtpPacket;

static TRegTime NextAnswerTime;

static uint fast8 t QueryCnt; static uint fast8 t FaultCnt; static int32 t UdpSock;

static NET ADDR4 ServerAddr;

//предельное время ожидания ответа // счетчик запросов к ЫТР-серверу // счетчик неудачных попыток // сокет для обмена сообщениями // адрес и порт сервера ЫТР

////////////////////////////////////////////////////////// //

// Вспомогательная функция перемножения 64-разрядных чисел

// Возвращает средние 64 бита результата //

atic inline _ _asm uint64_t f64umul 32p32(uint64 t x, uint64 t y) {

push {r4 -r10, lr}

umull r4, r5, r0, r2 // x0*y0 -> r4,r5

umull r8, r6, r0, r3 // x0*y1 -> r8,r6

adds r5, r5, r8 // r4,r5,r6 = x0*y0 + (x0*y1)*2A32

adc r6, r6, #0 // дальше перенос не пойдёт

umull r8, r7, r1, r3 // x1*y1 -> r8,r7

adds r6, r6, r8 // // r4,r5,r6,r7 = x0*y0 + (x0*y1)*2A32 + +(x1*y1)*2A64

adc r7, r7, #0

umull r8, r10, r1, r2 // x1*y0 -> r8,r10

adds r0, r5, r8

adcs r1, r6, r10 // // r4,r0,r1,r7 = x0*y0 + (x0*y1)*2A32 + +(x!*y!)*2A64 + (x1*y0)*2A32

pop {r4 -r10, pc}

}

////////////////////////////////////////////////////////// //

//Отправка запроса на сервер NTP

//rt - время отправки запроса //

static TNtpResult Ntp_SendQuery(TRegTime *rt) { #define BUF_SIZE 48

uint8_t *sendbuf = netUDP_GetBuffer(BUF_SIZE); memset(sendbuf, 0, BUF_SIZE);

uint8 t*pData = sendbuf;

// Слово 1 *pData++ = 0x1B; *pData++ = 0x00; *pData++ = 0x00; *pData++ = 0x00;

// флаги (LI = 0, Ver=3, Mode=Client) // stratum (не задан) //Poll Interval //Clk Prec

pData += 36;

//Слово 11,12 (Transmit Timestamp) - 8 байт

// Переводим число миллисекунд в формат 32.32 для NTP. uint64_t NTP_Time = f64umul_32p32(*rt, 0x4189374BC6A7F0);

// Число целых секунд корректируем в NTP (с 1900) и переводим в Big Endian

uint32_t Tmp = _rev((uint32_t)(NTP_Time>>32));

memcpy(pData, &Tmp, 4);

pData += 4;

// Пишем доли секунды

Tmp = _rev((uint32_t)NTP_Time);

memcpy(pData, &Tmp, 4);

NextAnswerTime = *rt + NTP WAIT TIME MS;

if (netUDP_Send(UdpSock, (NET_ADDR*)&ServerAddr, sendbuf, BUF_SIZE) != netOK) return NTP_SOCKET_ERR; else

return NTP_OK;

}

////////////////////////////////////////////////////////// //

// Callback-функция, вызываемая при получении ответа сервера NTP //

uint32_t Ntp_Callback(int32_t socket, const NET_ADDR *addr, const uint8_t *buf, uint32 t len) {

if (NtpState == NST_WAIT) {

if ((addr->port == ServerAddr.port)

&& (memcmp(addr->addr, ServerAddr.addr, 4)==0) && (len >= sizeof(TNtpPacket)))

{

TRegTime rt = RTC GetRegTimeSafe(); //save server response time TNtpPacket pkt;

memcpy(&pkt, buf, sizeof(TNtpPacket)); TUint64 T[4]; //T1..T3 - from received packet, // T4 - from server response time // Make T1..T3, change byte order to Low Endian

uint32 t *pT = T[0].ui32; //start of buffer for Low Endian words uint32 t *pP = pkt.OrgTS.ui32; // from here get Big Endian words for (int i=0; i<3; i++) {

*pT++ = _rev(pP[1]);

*pT++ = _rev(pP[0]);

pP+=2;

}

// Make T4 from server response time T[3].ui64 = f64umul_32p32(rt, 0x4189374BC6A7F0); T[3].ui32[1] += NTP_PLS_TIME_OFFS_S;

// Network delay and time offset calculation TUint64 d,t;

d.ui64 = (T[3].ui64-T[0].ui64)-(T[1].ui64-T[2].ui64); t.ui64 = ((T[1].ui64-T[0].ui64)+(T[2].ui64-T[3].ui64))/2;

}

}

return 0;

}

// delay // offset

Приложение В:

Результаты имитационного моделирования системы контроля вибрации

Конфигурация системы:

Системный контроллер..................... ...... 1 шт.

Модуль вибрации опор...................... 10 шт.

Модуль относительной вибрации .... 8 шт.

Модуль мехвеличин ........................... ...... 3 шт.

Модуль частоты и фазы ..................... ...... 1 шт.

Результаты моделирования:

Номер опыта Зона нечувств., % Нагрузка СПД, % Скорость НПД, байт/с

1 0.05 4.49 49 192

2 0.25 3.30 49 536

3 0.45 2.50 49 769

4 0.65 2.02 49 910

5 0.85 1.72 49 997

6 1.05 1.53 50 054

7 1.25 1.40 50 093

8 1.45 1.31 50 119

9 1.65 1.25 50 136

10 1.85 1.20 50 148

11 2.05 1.18 50 156

12 2.25 1.16 50 161

13 2.45 1.15 50 165

14 2.65 1.14 50 167

15 2.85 1.13 50 168

16 3.05 1.13 50 169

17 3.25 1.13 50 170

18 3.45 1.13 50 170

19 3.65 1.13 50 171

20 3.85 1.13 50 171

В таблице использованы следующие обозначения:

«Зона нечувств., %» - ширина зоны нечувствительности в процентах от полного диапазона изменения параметра;

«Нагрузка СПД, %» - нагрузка сети передачи данных, вычисленная по формуле (2.11);

«Скорость НПД, байт/с» - скорость передачи низкоприоритетных данных, вычисленная по формуле (2.12);

Приложение Г: Патенты, справки, акты внедрения результатов работы

УТВЕРЖДАЮ

»0 Электрон Ъюкин В.А.

Общество с ограниченной ответственностью

ЭЛЕКТРОН

344002 Россия, г. Ростов-ы»-Доиу, ул Темврниц*ая,47

2021 г.

ИНН 61(425461, КПП 616401001 р1с 40702810300000009973 в ОАО КБ "Цвишр-Иивест " з. Ростовл-на-Доиу к\с 30101810100000000762, БИК046015762 ОКВЭД 33303110, 0КП0 97799837 тл/факс [phone] *чп»11: в/еМгоп гсИог&таН-ги

Исх. № /9 «¿У» 2021 г на № _от « »_2021 г

2021 г.

СПРАВКА О ВНЕДРЕНИИ

Дана Алджиязна В.К.М. в том, что применение разработанных в его кандидатской диссертации методов и средств, а именно способа описания модульной системы вибромониторинга (СВМ) и основанной на нём методики конфигурирования модулей СВМ, метода оценки времени доставки сообщений, имитационной модели СВМ для оценки параметров межмодульного взаимодействия, методов снижения требований к вычислительным ресурсам, способствует повышению эффективности функционирования и улучшению технико-экономических показателей средств контроля вибрации за счёт уменьшения числа ошибок на ранних стадиях проектирования и оптимизации процессов внутрисистемного взаимодействия. Перечисленные методы и средства могут быть использованы в процессе разработки новых версий оборудования, выпускаемого нашей организацией.

Начальник отд. внедрения и сервиса

Перевод с английского языка на русский язык

Технологический университет

Факультет технологического проектирования и металлургии Багдад - Тель Мухаммад № 1221

Дата: 24.04.2021

Акт применения

О внедрении результатов днссертацнонной работы