Современная электроника №8/2018

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 60 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2018 Интеллектуальный блок контроля подшипников для систем управления приводами двигателей, вращающимися узлами и механизмами В статье представлен принцип работы малогабаритного интеллектуального блока контроля подшипников для систем управления приводами двигателей, вращающимися узлами и механизмами и описаны предлагаемые решения по применению специализированных микросхем для контроля состояния подшипника. Кроме того, приведены результаты разработки специализированной аналого-цифровой микросхемы (ASIC) для построения интеллектуальных датчиков вибрации, а также показаны преимущества применения предлагаемого решения для создания датчиков контроля состояния подшипников и других движущихся частей машин самого разного класса. Сергей Лебедев, Сергей Синютин, Дмитрий Скворцов, Анатолий Григорьев (zntc@zntc.ru) С ОВМЕСТНАЯ РАЗРАБОТКА МИЭТ И З ЕЛЕНОГРАДСКОГО НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ЦЕНТРА В настоящее время для контроля тех- нического состояния приводов исполь- зуются косвенные данные о скорости вращения, потребляемом токе силовых цепей, получаемые от датчиков, располо- женныхне на валу. Более эффективным инструментом для обеспечения безава- рийнойработыявляется установка систе- мыконтроля состояниянепосредствен- нона вал вращающегося объектаиполу- чение, таким образом, данных прямых измеренийпараметров ротора. Малога- баритный интеллектуальный блок кон- троля подшипников позволит повысить транспортную безопасность и снизить производственные расходы многих предприятий. Созданные по данной тех- нологииэлектронные компонентымогут найтиприменение в приборах, работаю- щих в двигателяхи системах управления самолетами, а также в тормозных меха- низмах транспортных средств; кроме того, они могут быть использованы для усиленияиобработки сигналов датчиков в промышленном оборудовании. В октябре 2017 года НИУ МИЭТ совместно с АО «Зеленоградский нано- технологический центр» и Таганрог- ским филиалом Южного федерально- го университета начал работу над про- ектомпо созданию«интеллектуального подшипника», в котором традицион- ный подшипник качения дополнен электронными компонентами. При- менение специализированных микро- схем обеспечивает возможность кон- тролировать состояние подшипника, измерять его угловую скорость, темпе- ратуру и степень износа, что позволит своевременно прогнозировать и пре- дотвращать развивающиеся отказы. Дан- ная работа выполняется при поддерж- ке Министерства образования и нау- ки Российской Федерации по договору №14.581.21.0030 от 27 октября 2017 года. Зеленоградский нанотехнологиче- ский центр выступает индустриальным партнёромпроектаибудетосуществлять внедрениеинтеллектуальныхблоков диа- гностики работы и оценки техническо- го состояния подшипников двигателей, опоривысоконагруженныхвращающих- ся узловимеханизмов, а такжепроводить отработку технологическихпроцессови осуществлять опытное производство. В настоящий момент в России целый ряд компаний занимается разработкой систем контроля подшипников, но, как правило, всё это громоздкие системы, использующие зарубежнуюэлементную базу. Изделие, разрабатываемое коллекти- вомЗНТЦсовместносНИУМИЭТ, подраз- умевает созданиемалогабаритныхинтел- лектуальныхустройств, базирующихсяна отечественныхэлектронныхкомпонен- тах. Получение данныхоб угловомполо- жениис высокойточностьюобеспечива- ется за счёт применения в блоке мони- торинга специализированного датчика с нониусноймагнитнойшкалой. Соеди- нение вблокемониторинга уникальных и современных технологических реше- ний позволит обеспечить высочайшую надёжность и длительный срок службы, устойчивость к типовымпромышленным загрязнениям (в первую очередь к мас- ламиразличнымприсадкам) имеханиче- скимвоздействиям(в томчисле к вибра- циямиударам), а также возможность вне- осевого расположения. Конструктивно-технологический подход, применяемый в рамках про- екта, позволяет решать ряд актуаль- ных проблем, возникающих в процессе работы таких сильно нагруженных вра- щающихся объектов, как узлы двигате- лей и приводы. Кроме того, за счёт раз- работанного высокоинтегрированно- го решения обеспечивается повышение ресурса и контроль состояния и износа подшипников качения автомобильных двигателей и промышленных управля- емых приводов различного назначе- ния. Другой не менее актуальной зада- чей является заблаговременное выявле- ние отклонений в работе приводов, что позволяет существенно снизить риск возникновения аварийных ситуаций. В качестве решения указанных про- блемспециалистыЗеленоградскогонано- центра и научные коллективы МИЭТ и ЮФУпредлагают установку системыкон- троля состояниянепосредственнонапод- шипники вала подвижного объекта, что обеспечиваетполучениепрямыхданных измеренийпараметровротора. Вчастно- сти, предлагается установить 3 взаимно перпендикулярныхдатчика (радиальная, тангенциальнаяиосевая составляющие) виброускоренияна каждуюподшипнико- вуюопору. Поскольку основная диагно- стическая информация имеет доволь- но широкий спектр (до 50 кГц), основ- ная аналитическая обработка сигналов будетпроводиться вреальномвременив микроконтроллере датчика, чтообеспе- чит минимизацию трафика по линиям связи. Кроме того, для получения более