Характеристика объекта диагностирования

 

Одним из основных элементов системы диагностирования является объект диагностирования.

В зависимости от характера описания процессов, протекающих во времени в объекте, ОД подразделяется на непрерывные дискретные и гибридные. Непрерывные – ОД, изменение состояния которых может быть описано непрерывно во времени (дифференциальные или алгебраические уравнения). Изменение состояния дискретных ОД оценивается дискретно во времени. Гибридные ОД представляют собой комбинацию непрерывных и дискретных устройств.

Объект диагностирования используется непрерывно или периодически.

К непрерывно используемым относят энергетические установки, электроэнергетические системы, электроприводы различного назначения; к дискретным – цифровые системы управления, ЭВМ и релейно-контактные устройства; к гибридным – автоматические системы управления энергетическими объектами и другие.

Объекты непрерывного использования диагностируют в основном в рабочем режиме или для их диагностирования включают и переводят на незначительное время в специальный режим диагностирования. К этой категории относят элементы электроустановок (ЭУ).

Объекты периодического использования применяют по целевому назначению периодически, а в перерывах между использованиями (рабочими режимами) выключаются или находятся в дежурном режиме ожидания прихода заявки на использование. В этом интервале времени обычно осуществляют диагностирование или восстановление. К подобным элементам могут быть отнесены электроприводы, общие энергетические системы и др.

Система диагностирования должна учитывать возможные ситуации, возникающие в зависимости от соотношения между величинами периодов диагностирования и использования оборудования.

В зависимости от назначения, конструктивных особенностей, условий использования, ЭУ может рассматриваться как единое целое или как совокупность взаимосвязанных элементов – структурных единиц (СЕ). Разделение ЭУ на СЕ определяется конструктивным исполнением, неодинаковыми значениями показаний надежности, диагностированием отдельных частей оборудования в различные моменты времени и необходимостью использования различных методов диагностирования.

Приспособленность объекта к диагностированию оценивают следующими показателями:

1. Коэффициент полноты проверок, рассчитываемый разными способами:

К_пп=λ_п/λ_о,

где λ_п - сумма интенсивностей отказов проверяемых частей;

λ_о – интенсивность отказов объекта;

К_пп=n_д/n_о,

где n_д – число диагностических признаков, n_о – общее число признаков;

К_пп=(страшная формула!),

где α_i – коэффициент важности;

  β_i – показатель безотказности элементов, оцениваемых i-н диагностическим признаком; m и n – соответственно число оцениваемых и общее число диагностических признаков.

2. Коэффициент глубины поиска дефектов:

К_гп=F/R,

где F – число однозначно различных составных частей ОД на принятом уровне деления; R – общее число составных частей ОД на принятом уровне деления.

3. Среднее время подготовки к диагностированию:

Т_пд=Т_ус+Т_мд,

где Т_ус – среднее время установки и снятия устройств сопряжения (измерителя, преобразователя); Т_мд – среднее время монтажно-демонтажных работ для ОД (вскрытие разъемов, снятие блоков).

 

Средства технического диагностирования (СТД)

СТД оценивают состояние объекта: они включают в себя программные средства (ПСД), ремонтно-эксплуатационную документацию (РЭД) и аппаратурные (технические) средства (ТСД), рис.6.

Рис.5.6 Виды средств диагностирования.

К программным средствам диагностирования относят пакеты программ, используемые для диагностирования ЭВМ.

Ремонтно-эксплуатационная документация включает в себя таблицы дефектов, ремонтные схемы, схемы электрических межсоединений, принципиальные электрические схемы.

Ремонтные схемы представляют собой наглядные пособия, в которых указаны основные специальные цепи, изображены вид сигналов в различных контрольных точках, и приведено структурное разбиение системы, устройства на функциональные узлы (ФУ).  Функциональные узлы делят на функциональные элементы (ФЭ) с указанием выполняемых ими функций.

Ремонтные схемы разрабатываются для ФУ, входящих в систему или устройство. В некоторых случаях для всего устройства приводят одну общую ремонтную схему.

Технические средства диагностирования (ТСД) представляют собой приборы или устройства, предназначенные для решения различных задач, возникающих при определении состояния объектов диагностирования. Состав и принцип построения ТСД определяются решаемыми задачами диагностирования, степенью воздействия на оборудование, степенью встраивания, способами получения информации, способами обработки информации о состоянии оборудования, степенью автоматизации, степенью универсальности и подвижности.

В зависимости от решаемых задач диагностирования можно выделить следующие виды ТСД:

 - средства контроля работоспособности;

 - средства поиска дефектов;

 - средства прогнозирования изменения состояния;

 - средства контроля работоспособности и прогнозирования изменения состояния;

 - средства контроля работоспособности и поиска дефектов;

 - средства контроля работоспособности и прогнозирования изменения состояния, поиска дефектов.

По степени воздействия на оборудование ТСД делят на:

 - активные;

 - пассивные.

Пассивные ТСД выполняют анализ информации ос состоянии оборудования, для чего воспринимают, обрабатывают и оценивают диагностические признаки.

Активные ТСД воздействуют на оборудование, подавая на входы, отведенные для целей диагностирования, сигналы, стимулирующие реакцию оборудования, которая затем оценивается. В их состав входят генераторы тестов.

Конструктивно ТСД могут быть:

 - встроенные (полностью или частично относятся к объекту);

 - внешние (выполнены отдельно от конструкции объекта).

Степень встраивания может быть определена как отношение интенсивности отказов встроенных в объект частей ТСД Δ λ_т к интенсивности λ_т полностью внешних ТСД:

Ψ=Δ λ_т/ λ_т.

Для внешних ТСД Ψ=0, для полностью встроенных Ψ=1 и для частично встроенных 0< Ψ<1.

По способу получения информации о состоянии оборудования ТСД делят на:

 - средства для определения состояния по совокупности признаков ТСД-П;

 - средства для оценки состояния по сигналам ТСД-С.

ТСД-П обрабатывают информацию, снимаемую в контрольных точках, специально предусмотренных в оборудовании. Для возможности оценки реакции на рабочем выходе в состав ТСД-С включают эквивалентную модель, а диагноз устанавливают путем сравнения реакции оборудования и модели на одинаковые входные по разностному сигналу.

По способу обработки информации ТСД подразделяются на:

 - последовательного действия;

 - параллельного действия;

 - параллельно-последовательного действия.

ТСД последовательного действия осуществляют последовательный прием, измерение, контроль и обработку информации. Они отличаются простотой, использованием минимального числа преобразователей, средств измерения и контроля. Однако при этом способе результат формируется по отдельному признаку после каждой проверки. На постановку общего диагноза требуется значительное время.

ТСД параллельного действия осуществляет одновременно измерение и контроль всех параметров, что сокращает время формирования общего диагностического признака, по которому осуществляется оценка и прогнозирование состояния оборудования. Их обычно используют при жестких ограничениях на время диагностирования.

ТСД параллельно-последовательного действия осуществляет одновременно прием и обработку информации по нескольким каналам. При этом анализ результатов осуществляется после реализации группы проверок, т.е. измерения или контроля группы признаков.

По степени автоматизации ТСД делят на:

 - ручные;

 - автоматизированные;

 - автоматические.

Технические средства, требующие активного участия ЧО при их использовании, относят к ручным.

ТСД, при использовании которых роль ЧО при постановке диагноза значительна, относятся к автоматизированным. ТСД, функционирующие с участием ЧО, роль которого сводится к выполнению отдельных, достаточно простых операций (включение, переключение, выключение) относятся к автоматическим.

Условной границей между этими ТСД может быть доля времени, затрачиваемого на выполнение операций автоматически τ_д, т.е. К_а= τ_а/τ_д.

Если время на автоматическое время выполнения операций не более 0,1 τ_д, то ТСД ручные, а если не менее 0,9 τ_д, то ТСД автоматические. При коэффициенте 0,1<К_а<0,9 ТСД автоматизированные.

По степени универсальности ТСД разделяются на:

 - специализированные;

 - универсальные.

Специализированные ТСД предназначены для диагностирования однотипных объектов, универсальные – для диагностирования объектов различного назначения и конструктивного исполнения.

Универсальные ТСД могут быть использованы для оценки состояния оборудования после изготовления и в период эксплуатации. Также ТСД часто строятся с применением ЭВМ. В этом случае переход от одного типа оборудования к другому осуществляется путем смены внешней программы диагностирования без изменения структуры технического средства.

Универсальные ТСД, как правило, проектируются с «открытыми входами» под унифицированные сигналы первичных измерительных преобразователей.

К специализированным относят ТСД для диагностирования энергетических установок или систем автоматического управления ими, измерения электромагнитных полей.

В зависимости от степени подвижности ТСД могут быть выполнены переносными, передвижными и стационарными.

Стационарные ТСД чаще всего размещают на диагностических станциях, испытательных и контрольных центрах. Передвижные ТСД монтируют на самоходных или несамоходных транспортных средствах. Конструкция переносных должна быть удобна для перемещения персоналом.

В общем виде структура ТСД представлена на рис.5.7. Оценку состояния при рабочем диагностировании осуществляют по совокупности диагностических признаков, преобразуемых в принятый вид сигналов {ξ_i} с помощью датчиков. При этом диагностирование может выполнять как по результатам измерений, полученных в блоке коммутации и измерений (БКИ), так и непосредственно по сигналам с датчиков в случае допускового контроля и поиска дефектов.

Рис.5.7 Обобщенная схема ТСД

В результате обработки полученных с БКИ измеренных значений диагностических признаков и поступающих с блока памяти (БП) допустимых значений или хранящихся ранее допустимых значений ДП в блоке обработки (БО) формируются «диагноз», который фиксируется в блоке индикации (БИ), включающем схемы управления и световую (звуковую) индикацию, и в блоке регистрации (БР) в виде печатающего устройства или принтера. При тестовом диагностировании располагают воздействие на объект с помощью тестов (Т), формируемых при необходимости коммутатором тестов БКИ. Программа диагностирования реализуется с помощью команд управления g_i принадлежит C_r, вырабатываемых в блоке управления (БУ).

С целью повышения достоверности вводят режим самоконтроля. Самоконтроль ТСД осуществляется подачей собственного тестового сигнала Т_ск на вход БКИ и сравнением реакции с известным результатом. Если ТСД работоспособно, то диагноз должен совпадать с известным. При возможных сбоях необходимо предусмотреть повторение программ самоконтроля.    

Управление работой ТСД обеспечивает организацию процесса диагностирования, заключающуюся в согласовании во времени работы отдельных частей ТСД, переключении режимов работы, управлении потоками диагностической и управляющей информации.

Управление может осуществляться вручную с пульта оператора (ПО), автоматически по командам блока управления или по программе, хранящейся в памяти. Каждой отдельной проверке соответствует группа команд, выполнение которых обеспечивает образование необходимых соединений в БКИ, требуемую настройку БГТ, выдачу диагнозов измерительных схем и допусков схем сравнения.

В качестве устройств индикации используются различные табло, цифровые индикаторные приборы, электронно-лучевые трубки. Регистрирующие устройства, как правило, фиксируют дату диагностирования, номер объекта, шифр операции, номер оцениваемого признака, его измеренное значение и обобщенную оценку состояния объекта.

Процессом диагностирования управляет человек, который с пульта оператора включает и выключает средства диагностирования, выбирает режим, обеспечивает самоконтроль.

 

 

Показатели технических средств диагностирования.

ТСД выбирают или разрабатывают в процессе проектирования систем диагностирования. Эффективность ТСД оценивается совокупностью показателей, основными из которых являются показатели надежности, метрологические и массогабаритные.

Надежность ТСД характеризуют показатели: вероятность безотказной работы и правильного функционирования, коэффициент готовности.

Вероятность безотказной работы P_т(t) – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ ТСД не возникает.

Вероятность правильного функционирования ТСД

P_ф=К_гP_т(t), где

К_г – коэффициент готовности ТСД.

К_г представляет собой вероятность того, что ТСД окажется работоспособными в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых использование их по назначению не предусмотрено. Он характеризует как безотказность, так и ремонтопригодность ТСД. К_г рассматривают по формуле:

К_г=Т_т/(Т_т+Т_в),

где Т_т - наработка на отказ ТСД;

Т_в – среднее время восстановления ТСД.

Метрологические показатели характеризуют точность измерения ТСД, которая в большей степени влияет на инструментальную достоверность. Точность можно определить так называемой мерой точности:

γ=1/(σ(E) 2π),

где σ(E)- среднеквадратичная погрешность.

Можно предположить, что закон распределения погрешности ξ близок к нормальному:

Где,  

   

Цифровым измерительным устройствам свойственна высокая точность, достигающая 0,01%.

Массогабаритные показатели ТСД можно охарактеризовать величиной компактности

W=G/V, где G – масса; V – занимаемый объем.

 

Человек-оператор

На рисунке 5.8  приведена схема, характеризующая деятельность ЧО, являющегося третьим элементом в системе диагностирования. Из рисунка 5.7 видно, что для ЧО присуще наличие приемных устройств (ПУ) – органов восприятия информации, а также решающей системы (РС) и выходных устройств (ВУ).

Основными средствами приема информации у ЧО являются зрение и слух. Основной характеристикой решающей системы ЧО (центральной нервной системы, памяти) является надежность. Выходным устройством ЧО являются речь и органы движения.

Рис.5.8 Схема, характеризующая деятельность ЧО