بخشی از مقاله
چکیده
پایش واعمال نظارت برکارکرد و وضعیت نگهداری ماشین آلات بویژه انواع سنگین و تحت اجاره ، در حال حاضر بصورت مستقیم و دوره ای انجام می شود وامکان نظارت مستمر از طریق ناظر وجود ندارد.لذا جهت پایش دائمی اینگونه ماشین آلات وبه منظور نظارت مستمر برکارکرد و وضعیت آنها و نیز پیش بینی وضعیت آنها - برنامه پیش بینانه - ،سیستم اندازه گیری وثبت پارامترهای شاخص ماشین آلات - دما، فشار و... - طراحی وساخته شده است که بدین وسیله ضمن ذخیره اطلاعات ،پس از بازیابی و تحلیل آنها امکان آگاهی از نحوه کارکرد و وضعیت ماشین در مقاطع مختلف فراهم می گردد.
سیستم Data Logger پالس های الکتریکی آنالوگ حسگرها را دریافت و به دیجیتال تبدیل کرده ضمن ذخیره آنها در حافظه RAM خارجی ،قابلیت نمایش Onlineرا نیز مهیا می کند.کلیه مراحل طی برنامه ،از طریق یک آی سی میکروکنترلر ،کنترل می شود.
مقدمه
چگونگی نگهداری وبهره برداری از ماشین آلات عمرانی به جهت هزینه های زیاد همواره یکی از دغدغه های اصلی صاحبان آنها بوده و هست. هر کدام از وزاتخانه ها و شرکتهای دولتی دارای چندین هزار ازانواع ماشین آلات مختلف می باشند. اگر در سطوح پایین تر بررسی کنیم،هر یک از کارگاههای راهسازی در حدود 50 دستگاه از ماشین آلات مختلف را در خدمت پروژه مربوطه دارد. خیلی از مؤسسات وارگانها اقدام به واگذاری و اجاره ماشین آلات به بخش خصوصی نموده اند وتنها اهرم نظارت برکارکرد آنها ،صرفا" یک قرارداد مکتوب می باشد. شرایط ایده آل برای نظارت بر ماشین ها در این گونه مؤسسات این است ،که ماهانه اقدام به اعزام ناظر یا بازرس به محل کار ماشین نمایند. در چنین شرایطی ، ناظر فقط در لحظاتی که در کنار ماشین است از وضعیت وکارکرد آن مطلع می گردد و از لحظه قبل و بعد از مراجعه بی خبر خواهد بود.
نظارت از طریق سیستم اندازه گیری و ثبت پارامترهای شاخص ماشین با قابلییت برداشت دوره ای و پی بردن به وضعیت کارکرد ماشین از طر یق آنالیز آنها ، موضوع پژوهش جاری می باشد. پارامترهای شاخص قابل اندازه گیری یک ماشین را می توان به علایم حیاتی انسان تشبیه نمود.علایمی همچون فشار خون ،دمای بدن،ضربان قلب، و... که با تکنولوژی روز قابل اندازه گیری بوده و پزشک براحتی با آنالیز پارامترهای ثبت شده فوق قادر است به وضعیت و کارکرد بدن پی برده ، نسبت به سلامت بدن اظهار نظر نماید. پارامترهای قابل اندازه گیری در ماشین آلات عمدتا" دما،فشار،سرعت،دور،گشتاور،قدرت،ارتعاش،دبی سیال ،شدت جریان ،ولتاژ و... می باشد.
مزایا ومحاسن نظارت مستقیم: کلیه قسمت های ماشین بازدید وگزارش می شود، دستگاه مورد آزمایش عملی قرار می گیرد ،از نحوه بکار گیری از دستگاه بطور اتفاقی بازدید می شود،موقعیت جغرافیایی دستگاه مشخص می شود. نظارت مستقیم ومستمر مقرون بصرفه نمی باشد.
بعبارت دیگر بازدید حتی به ازای 15 روز کافی نبوده وبازدیدهای روزانه ومستمر نیز بسیار پر هزینه و تقریبا" غیر ممکن است. در اوقات بین دوبازدید از موقعیت دستگاه ،چگونگی بکارگیری، سرویس ونگهداری و... اطلاعی وجود ندارد.نیاز به هزینه های زیاد از جهت بکارگیری کارشناس ناظر - متخصص - و راننده ،خودرو و...می باشد. چنانچه نتایج بازدیدها بدرستی ثبت وضبط نشوند ،از دستگاه مربوطه سابقه ای نمی ماند. بازدیدها می تواند سلیقه ای اعمال شده، ضمنا"امکان تبانی نیز وجود دارد. با عنایت به محاسن ومعایب نظارت مستقیم به روش دوره ای،وتوجه به جمیع جهات،نتیجه میگیریم که اجرای این روش لازم،اما به هیچ وجه جوابگو و کافی نیست.[1]
آقای راتبون، مهندس ارشد بخش ماشین آلات وتوربین یکی از شرکتهای تجاری در نیویورک ،در سال
1939 اولین راهکارها در زمینه قضاوت در مورد وضعیت ماشین با استفاده از اندازه گیری های ارتعاشی را ارائه داد.
در پایان دهه 1960 میلادی تعدادی از شرکتها شروع به ارائه تجهیزات الکترونیکی برای اندازه گیری ارتعاشات ماشین های صنعتی کردند. از نیمه دهه 1960 میلادی به بعد ،حسگرهای مجاورتی ،جریان گردابی وغیر تماسی برای اندازه گیری حرکت شفت نسبت به محفظه یاتاقان مورد استفاده قرار گرفت. تا ابتدای دهه 1960 ضبط اطلاعات و رسم نمودارها ،پس از اندازه گیری بصورت نوشتاری - دستی -
انجام می شد که حدود 80 درصد از وقت صرف نوشتن ورسم نمودارها و صرفا" 20 درصد وقت صرف تحلیل می شد. در دهه 1970 امکان اندازه گیری ،ضبط وآنالیز عملکرد ماشین آلات بزرگ با انتقال دستگاههای اندازه گیری وثبت حجیم توسط کامیون واستقرار آن درکنار ماشین مورد نظر،بهمراه 2 نفر مقدور شد. از دهه 1980 به بعد استفاده از میکروپروسسورهای نسل جدید جهت اندازه گیری وثبت اطلاعات عملی و مرسوم گردید.
تکنیک های اندازه گیری و ضعیت
این تکنیکها را میتوان به پنج گروه شامل: مانیتورینگ واندازه گیری بصری،مانیتورینگ و اندازه گیری» پاسخ دهی1«، مانیتورینگ و اندازه گیری نویز و ارتعاش، مانیتورینگ و اندازه گیری ذرات حاصل از سایش، مانیتورینگ و اندازه گیری حرارت تقسیم کرد.کلیه تکنیکهای فوق برای سیستم های مکانیکی بکار می روند، پس برای سیستمهای سیال نیز قابل تعمیم هستند.
مانیتورینگ وضعیت سایش در موتورهای دیزل:
این سیستم که در سال 2000میلادی توسط چند پژوهشگر چینی ارایه شده است، مبتنی بر اندازه گیری سه پارامتر مقدار ذرات داخل روغن، کیفیت روغن ،گشتاور لحظه ای و سرعت دورانی ثابت آنی موتور می باشد. ساختمان واجزای این سیستم در شکل 1آمده است.
ذرات فلزی داخل روغن در بخش اشکار ساز مغناطیسی این سیستم به دام می افتند و مقدار آنها اندازه گیری می شود. کیفیت روغن در این سیستم بر خاصیت دی الکتریک آن استوار است که با تغییر ذرات سایشی، تغییر می کند.گشتاور لحظه ای موتور از طریق اندازه گیری اختلاف زاویه پیچش دو سر شافت معین که بین موتور وبار قرار می گیرد، توسط آشکار سازهای فتوالکتریک مشخص و آنگاه توسط میکروپروسسوری ، از رابطه زیر محاسبه می شود:
در رابطه Me - 1 -3 - گشتاور لحظه ای N.m - - ، ϕ زاویه پیچش - rad - ، Ip ممان اینرسی مقطع شافت - m4 - ، G مدول الاستیسیته - N/m2 - و L فاصله بین دو صفحه دندانه دار - m - می باشد.
در رابطه - Ne - 2 قدرت خروجی موتور دیزل kW - - و n دور موتور - rpm - می باشد.
هدف از محاسبه گشتاور لحظه ای موتور ، ارتباط دادن قدرت خروجی موتور با سایش است. بدین معنی که چنانچه تغییرات ذرات فرسایشی موجود در روغن با تغییرات قدرت متناسب باشد ، استدلال بر آن خواهد بود که وضعیت سایش موتور دیزل نرمال است.هدف ازاستخراج سرعت دورانی میل لنگ نیز ، مانیتور کردن تمام سیلندرها است.
بدین معنی که اگر فشار احتراق یکی از سیلندرها در اثر سایش از سایرسیلندرها کمتر شود، سیگنال سرعت دورانی لحظه ای - بصورت نمودار - کاهش لحظه ای نشان میدهد ،که حاکی از وضعیت غیر طبیعی موتور است. ترکیب مانیتورینگ سرعت و ذرات فرسایشی ، کمک می کند تا محل خرابی و عیب مشخص گردد
انتخاب یکی از ماشین آلات جهت انجام پروژه
ابتدا 4 گروه از ماشین آلات شامل: کامیون بنز ،لودر کوماتسو،غلطک و بولدزر کوماتسو D155 انتخاب شده و از بین آنها با لحاظ کلیه جوانب چه کمی و چه کیفی ، هزینه های تعمیر ونگهداری ،قیمت خرید آنها ،امکانات موجود بر روی آنها جهت مونتاژ سیستم اندازه گیری وثبت ؛ در نهایت بولدوزر کوماتسو D155 با شماره سریال بین 19001 تا 25000جهت نصب و آزمایش سیستم انتخاب شد.
استخراج نمودار NTC حسگر ترمیستور
حسگرهای منتصب بر روی بولدوزر مورد نظر از نوع ترمیستور NTC می باشند. برای کالیبره کردن سیستم اندازه گیری و ثبت اطلاعات بر اساس ترمیستور ،دسترسی به مشخصه دما-مقاومت ترمیستور ضروری بود. لذا به علت عدم دسترسی به این مشخصه ،استخراج نمودار دما -مقاومت با حرارت دادن ترمیستور در داخل آب و اندازه گیری لحظه به لحظه دما و مقاومت وهمزمان درج آن در جدول انجام شد. به جهت سهولت در برنامه نویسی ولحاظ قیمت قطعات الکترونیکی مورد استفاده، نمودار فوق با احتساب چند نقطه در فاصله بین 50 تا100 درجه سانتیگراد بصورت زیر خطی گردید:
در رابطه - R - 3 مقاومت برحسب اُهم و T دمای ترمیستور بر حسب سانتیگراد است.
در این مرحله سه آزمایش انجام شد که دو مرحله آن ناموفق بود . پس از اعمال تغییراتی در نرم افزار وسخت افزار CPU و مدار تغذیه، اقدام به آزمایش سوم بمدت 4 روز 32 - ساعت - با فاصله نمونه برداری 300 ثانیه گردید. داده های ثبت شده توسط سیستم پس از درج در جدول بصورت نمودار با نرم افزار EXCEL ترسیم که در شکل - 3 - نشان داده شده است.
آنالیز اطلاعات ذخیره شده: با رجوع به جدول اعداد ثبت شده و دقت در نمودار ،اولین عدد ثبت شده 87 درجه سانتیگراد است. زیرا در هنگام نصب سیستم ،بولدوزر در حال کار بود. آخرین نمونه ثبت شده نیز مقدار 120درجه سانتیگراد است چون بولدوزر حین کار متوقف وسیستم باز شد. نقاط کمینه نمودار که 3 مورد است حکایت از سرد شدن بولدوزر واتمام کار روزانه است .
با لحاظ کلیه عوامل موثر در تغییرات دمای آب موتور مانند: مشخصه ترموستات اینکه در چه دمای باز و بسته می شود، شرایط کاری بولدوزر، دمای کاری تعریف شده از طرف سازنده بولدوزر - 90-70درجه سانتیگراد - ، بنظر می رسد دامنه نوسانات دما حدود20 درجه سانتیگراد بالاتر از مقدار واقعی باشد .علت آن می تواند ناشی از :الف- خطا در خطی کردن منحنی دما- مقاومت ترمیستور ب- اشکال در تغییرات مستمر ولتاژ در محل اتصالات مدار حسگر باشد . صرفنظر از بالا بودن نسبی دمای ثبت شده،دامنه نوسانات در حدود 15 درجه سانتیگراد است که به علت باز و بسته شدن ترموستات ،طبیعی است.
آزمایش بر مبنای حسگر :RTD در این آزمایش از دو عدد حسگر RTD از نوع PT100 برای تبدیل دمای آب موتور و روغن گیربکس به سیگنال الکتریکی استفاده شده است. این آزمایش بر روی بولدوزر دیگری اما از همان نوع اول صورت گرفت. در این مرحله اقدام به 2 آزمایش شده است که در اینجا فقط به مورد دوم اشاره می شود.
