Диагностика электрических машин с применением нейросетей

[tony316]

Здравствуйте
В данный момент учусь на магистратуре и пытаюсь писать диссертацию, в качестве темы выбрал "диагностику электрических машин (моторов и генераторов) с помощью нейросетей". Сначала я хотел просто описать систему мониторинга и диагностики с помощью ПЛК, но потом подумал, что туда можно будет завязать и нейросети (все это понятное дело делается исключительно в угоду научной новизны). Так вот кто-нибудь может пожалуйста что-то подсказать по поводу использования ИИ для диагностики электродвигателей на предприятиях, особенно интересно было бы услышать о его внедрении в ПЛК. Буду рад любому отклику, может у кого был подобный опыт.

[Jackson]

Слышал когда-то, что анализируется шум/вибрация работающего двигателя, в нём определяются признаки механических проблем (подшипники). Но по-моему это не нашло применения, потому что сложно и дорого, проще периодическое ТО делать.
И уж тем более нейросети в ПЛК не запихнуть ну совсем никак, совсем. ПЛК - это программируемый ЛОГИЧЕСКИЙ контроллер. А нейросети - это совсем другое.

Интересно, это кто Вам такой вопрос задал?

[tony316]

Насчет применения ИИ в ПЛК вроде как есть серия ПЛК Omron Sysmac с применением ИИ как раз, возможно это больше маркентинговая штука (и не совсем нейросеть, но это не так важно), но тем не менее. Да и границы между условным ПК и ПЛК сейчас все больше стираются, а по поводу анализа вибраций вы правы сейчас есть такие методы, но по ним уже нечего писать в принципе, там неинтересно.

[kirik]

Моя первая в бакалавриате тема ВКР была идентификация неисправностей по спектральному анализу токов, который основывлся на вейвлет-анализе. Основой был DSP TMS320 от техасцев.

[Jackson]

Да и границы между условным ПК и ПЛК сейчас все больше стираются

Эту глупость Вы откуда взяли?

[Никита]

Эту глупость Вы откуда взяли?

Это исходит из эволюции процессоров)
ПЛК, как ты отметил, устройство в первую очередь логическое. А нейросети, в том виде, как они сейчас используются - это оптимизация методом градиентного спуска по многим переменным, суть - вычисления с плавающей точкой.
Все остальное - чисто программные вещи.
Так вот, унификация ведет к тому, что в ПЛК начинают (или уже не начинают) появляться процессоры на ARM-ядре. И туда же, пока не торопясь, но движется индустрия ПК.
Ну а вопрос появления библиотек работы с нейросетями в системах программирования ПЛК, если железо справится - не проблема вообще.
Впрочем, посмотрим. В конце девяностых - начале нулевых достаточно популярны были софт-плк, с х86 процессорами и клонами DOS. А сейчас про них практически не слышно...

Что же касается сути вопроса - увы, но новизны сейчас вообще немного. Большинство задач сводится к типовому (читай скачанным библиотекам) распознавания образов. От распознавания цифр 0-9, до распознавания карты уровней в координатах "номер гармоники-время" и сравнения с ранее выученной для фразы "отлей в угол". И тут для эл.машины задачу можно свести к тому же, вопрос в обработке исходных данных и главное- наборе данных для обучения. Выдумать можно любую нейросеть, вопрос - как ее учить.
Ну, по крайней мере, лично я бы на защите задал именно такой вопрос - на каком наборе исходных данных будете учить нейросеть и где его взять.

[VADR]

И уж тем более нейросети в ПЛК не запихнуть ну совсем никак, совсем. ПЛК - это программируемый ЛОГИЧЕСКИЙ контроллер. А нейросети - это совсем другое.

У кого-то из больших вендоров давненько уже видел пресс-релиз с железякой, обрабатывающей нейросети. То бишь - есть контроллер, а рядом с ним в корзине такой вот модуль, которому контроллер данные для обработки скидывает и результаты забирает. Живьём не видел и в реальных каталогах не нашёл.

Выдумать можно любую нейросеть, вопрос - как ее учить.
Ну, по крайней мере, лично я бы на защите задал именно такой вопрос - на каком наборе исходных данных будете учить нейросеть и где его взять.

Да, нейросети разные бывают, и в том числе такие, которые без учителя учатся. Всякие там самоорганизующиеся карты и т.п. Вопрос в другом: какая именно сеть и почему именно такая.

[M3f]

У Siemens-а такое давно видел (серия S7-1500 TM NPU). Тут можно почитать.

По теме топик стартера, видел что-то похожее на заводе ABB, где двигатели собирают. Как нам рассказывали, при тестах ставятся навороченные Smart Sensor-ы (про вариант, который доступен обычному пользователю, можно почитать тут), они собирают и передают информацию на сервера, где она уже обрабатывается (на базе нейронной сети) для выявления возможных дефектов.

[Михайло]

А зачем ПЛК грузить несвойственной ему задачей? Пусть он соберет данные и отправит на верхний уровень, а там пусть данные спокойно анализируются. Вот если вы будете предсказывать нейросетью критические поломки, требующие реакции в реальном времени, то тогда можно о подобном техническом решении подумать...

Гуглите на каггле "Predictive maintenance" или "Prediction of failures". Думаю во многих технических постановках задачи будет решением обучение с подкреплением (reinforcement learning), а не нейросети, так как поломка - это редкое событие... Еще может получится прикрутить сюда обнаружение аномалий. https://ru.m.wikipedia.org/wiki/%D0%92% ... 0%B8%D0%B9

[stesl]

Нам один институт разрабатывает некое ПО предиктивной аналитики работы насосов ) Но я пока там вижу только момент некоей помощи братьям от науки ) Ну чтоб, покушать им чего было. По факту интересного пока ничего не увидел.

[VADR]

У Siemens-а такое давно видел (серия S7-1500 TM NPU). Тут можно почитать.

Ага, точно. Вот, нашёл.

[Jackson]

Впрочем, посмотрим. В конце девяностых - начале нулевых достаточно популярны были софт-плк, с х86 процессорами и клонами DOS. А сейчас про них практически не слышно...

Вот то-то и оно, что "посмотрим". А когда?
Да, когда попёрли софт-контроллеры - были большие надежды (в основном продавцов), что вот сейчас мы в эти контроллеры запихнём и логику и реалтайм-видео (к примеру), и всё что захотим, и ПЛК станут не нужны. И могли. Но не запихнули, ибо зачем? И ПЛК остались ПЛК, а софт-контроллеры - тоже сами собой, и продолжают применяться. А когда нужны обширные вычисления - да, есть отдельные модули в ПЛК, но сколько их? Где они применяются?
Имел я опыт применить софт-ПЛК вместо нормального. Глупость.

Вот на этот вопрос и надо сначала ответить - зачем? В каком месте ПЛК применять эту диагностику? Что диагностировать? С какой целью? Я не вижу ответа. Пусть топикстартер на него сначала ответит, и тогда будет о чём.

[Sergy6661]

В данный момент учусь на магистратуре и пытаюсь писать диссертацию, в качестве темы выбрал "диагностику электрических машин (моторов и генераторов) с помощью нейросетей".

Нормально, нет нормальненько...такое модное слово "нейросеть", такое ах-ах-ах в трээээнде и писать его скоро будут расцвечивая буквы всеми цветами раааадуги.
Начнем с определения:
Вот одно-"Нейросеть - это совокупность нейронов, которые связываются друг с другом в цепочки. Каждое из звеньев - отдельный элемент, который отвечает за распознавание какого-либо критерия: например, цвета, размера, объема и так далее."
Вот другое-"Математическая модель, а также её программное или аппаратное воплощение, построенная по принципу организации и функционирования биологических нейронных сетей - сетей нервных клеток живого организма. Это понятие возникло при изучении процессов, протекающих в мозге, и при попытке смоделировать эти процессы. Первой такой попыткой были нейронные сети У. Маккалока и У. Питтса. После разработки алгоритмов обучения получаемые модели стали использовать в практических целях: в задачах прогнозирования, для распознавания образов, в задачах управления и др."
Ну, можно еще погуглить(пояндексить), но смысл примерно тот-же.
Организовать передачу сотен тысяч параметров, причем и видео тоже, организовать дичайший трафик (провайдеры будут в восторге) для анализа дабы предсказать что такой-то генератор (эл-двигатель, насос, компрессор) скоро окажется перегружен, или выйдет из строя конечно можно. И, таки да, современный тренд нацелен на это...
Но нужно ли? Хрен знает, товарищ маршал?
На мой взгляд это просто какая-то хрень, не особо нужная, но жутко умная и гламурная, а почему "хрень не особо нужная"? Да потому что если эта нейросеть не отработает( ну там бури магнитные, перегруз серваков, шалости хакеров, шалости админов, и тд и тп), то, ура, есть старая добрая система управления с встроенным, или выделенным ПАЗ.

[Никита]

В каком месте ПЛК применять эту диагностику? Что диагностировать?

Вот это и есть самый интересный вопрос. Практически - и для системы мониторинга и диагностики машины ПЛК излишен. Есть специальные железки, которые для этого предназначены. Нужны подробности от автора, о чем он вообще хочет в дипломе написать.

Впрочем, раз уж на то пошло - практически любая система ПАЗ с точки зрения нейронных сетей является аналогом простейшего перцептрона. И тут поле для творчества)

[alex-tec]

тут что-то все повелись на модную ныне нейросеть, а у меня к ТС вопрос, а какие именно данные вы думаете собирать с электродвигателя и анализировать?

[Sergy6661]

а какие именно данные вы думаете собирать с электродвигателя и анализировать?

Да их при желании можно организовать дофига и больше.
Одних датчиков температуры до 14ти (12-обмотки, 2-подшипники), причем это с завода изготовителя, датчики вибрации-2шт, датчики тока- 3шт, напряжение-3шт. Итого 22 аналоговых параметра, десять тэгов-переменных на один аналоговый параметр, получается 220 параметров я выведу, при желании и необходимости, на интерфейс оператора АСУ-ТП и это просто электродвигатель. А если нейросеть, то это чудо алгоритмической мысли будет в течении кокого-то времени собирать данные, а потом может выдать- :"Внимание! При текущем режиме работы срок службы устройства сократится на 8000 часов".

[VADR]

Итого 22 аналоговых параметра, десять тэгов-переменных на один аналоговый параметр, получается 220 параметров

Зачем 10 тегов на один аналоговый параметр?

А если нейросеть, то это чудо алгоритмической мысли будет в течении кокого-то времени собирать данные, а потом может выдать- :"Внимание! При текущем режиме работы срок службы устройства сократится на 8000 часов".

Это уже не задача АСУТП. Отдать эти 22 параметра во внешнюю систему - и пусть там на мегасерверах как хотят эти параметры крутят, анализируют десятком типов разных нейросетей, сравнивают с аналогичными на других установках, прогнозы стоят, да мало ли что ещё...

[alex-tec]

а какие именно данные вы думаете собирать с электродвигателя и анализировать?

Да их при желании можно организовать дофига и больше.
Одних датчиков температуры до 14ти (12-обмотки, 2-подшипники), причем это с завода изготовителя, датчики вибрации-2шт, датчики тока- 3шт, напряжение-3шт. Итого 22 аналоговых параметра, десять тэгов-переменных на один аналоговый параметр, получается 220 параметров я выведу, при желании и необходимости, на интерфейс оператора АСУ-ТП и это просто электродвигатель. А если нейросеть, то это чудо алгоритмической мысли будет в течении кокого-то времени собирать данные, а потом может выдать- :"Внимание! При текущем режиме работы срок службы устройства сократится на 8000 часов".

я сам не диагност, но наши диагносты утверждают, что сигнал 4-20 мА непригоден для диагностики - только для мониторинга. Для диагностики требуются сигналы типа ICP (IEPE) чтобы была возможность спектрального анализа, а это уже несколько снижает ассортимент первичных преобразователей. Плюс к этому, весьма неплохо иметь информацию о нагрузке на ЭД (например для насоса - расход)

[Sergy6661]

Зачем 10 тегов на один аналоговый параметр?

Ну я как-то так делаю:
1.-Сигнал на аналоговом входе(я привожу к 4..20ма);
2.-Диапазон мин. (4ма);
3.-Диапазон макс. (20ма);
4.- Рассчитанное значение .
5.-Предупреждение мин.(Уставка )
6.-Предупреждение макс.(Уставка)
7.-Авария мин.(Уставка)
8.-Авария макс.(Уставка)
9.-Флаг неисправность канала;
10. Флаг предупреждение мин.;
11. Флаг предупреждение макс.;
12. Флаг авария мин.;
13. Флаг авария макс.;

[Никита]

Думаете, нейросети все эти теги нужны?

[leon78]

У ПЛК скорее всего ресурсов не хватит для такой диагностики.
Сталкивался с вибродиагностикой, которая анализировала спектр вибрации, на устройствах National Instruments.
https://www.google.com/search?q=система ... nt=gws-wiz
https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q ... axnWP_-fn_
Но это ведь не нейросети?

PS. По-моему эта фирма делала http://vibron.ru/oiltransport

[Никита]

У ПЛК скорее всего ресурсов не хватит для такой диагностики.

Так об том и речь - аппаратура вибродиагностики безо всякого ПЛК способна передавать данные наверх, где уже и можно поселить нейросеть. И даже нужно, потому как той нейросети намного "удобнее" видеть все данные ото всех установок и обрабатывать их кучей, сравнивая между собой. Это очевидно из самого принципа работы нейросетей.
И вопрос не в ресурсах ПЛК или сигналах 4-20, а в том, что сама вибрация и гармоники для АСУТП являются шумом и должны оставаться в ФНЧ. Ей схемотехнически не попасть в ПЛК. Лет этак ...дцать тому имели ровно обратную ситуацию - было "рацпредложение" вместо плат АЦП использовать для ввода сигналов звуковые карты в компах. Только забыли про конденсаторы на входе, которые НЧ-составляющие вполне себе успешно давят и в компьютер проходят только шумы, в полосе 20Гц-22кГц :) Аналогичная ситуация и со спектром гармоник - ну физически не сможет ПЛК высчитать амплитуду какой-нибудь 21 гармоники...
Другой вопрос, что с обработкой данных от всех этих систем мониторинга по алгоритму заранее обученной нейросети ПЛК справится, хотя тут многое зависит от выбранной функции активации (то, что хорошо для ПЛК плохо для нейросети и наоборот), но возвращаемся к вопросу - а зачем это надо в ПЛК.

[sanek123]

У Siemens есть облачное решение MindSphere и шлюзы к контроллерам, которые отправляют данные в облако, как я понимаю, а оттуда назад на контроллер может спускаться какая-либо информация, но это не точно. У контроллеров NX/NY Omron с функциями AI насколько мне известно пока что есть только какие-то сырые библиотеки для предиктивной диагностики пневмоцилиндров.