Основные методы диагностирования

Основными элементами системы контроля и диагностики являются:

· объект диагностирования (источник диагностической информации);

· диагностическая аппаратура (средства технического диагностирования) — аппаратура выработки проверочных воздействий и подачи их на диагностируемый объект и аппаратура получения, переработки и анализа диагностической информации;

· средства передачи диагностической информации;

· потребители результатов диагностирования.

Совокупность перечисленных элементов образует систему контроля и диагностики, предназначенную для определения ее текущего технического состояния и отыскания неисправности с заданной глубиной.

Системы контроля и диагностики могут быть различными по своему назначению, структуре, месту установки, составу, конструкции, схемотехническим решениям. Они классифицируются по ряду признаков, определяющих их назначение, состав технических средств, структуру.

Существуют различные системы диагностирования бытовой техники в силу ее специфики. Они используются при проведении экспертизы и диагностировании параметров при поиске и устранении неисправностей. Эти системы диагностирования зависят от конструкции объекта, вида диагностического параметра и технологического назначения (рис. 2.1.)

Рис 2.1. Классификация методов диагностирования

По видам измеряемых параметров методы диагностирования подразделяют на:

- функциональные, соответствующие параметрам рабочих процессов или параметрам эффективности объекта диагностирования (мощность, холодопроизводительность, влажность, разряжение, частота вращения и т.п.);

- локальные, соответствующие параметрам процессов, сопутствующих функционированию объекта (шум, вибрация, нагрев и т.п.) или структурным геометрическим параметрам (зазор, люфт, смещение и т.п.).

Первая группа методов предназначена главным образом для определения работоспособности объекта в целом, т.е. общего диагностирования. Эта группа методов диагностирования используется, прежде всего, при проведении экспертизы, а также при общем диагностировании объекта. В последнем случае, если окажется, что рабочие параметры объекта не соответствуют нормативным, то проводят углубленное диагностирование с целью выявления причин неисправностей его элементов с помощью локальных методов, которые обеспечивают поэлементное диагностирование.

Сами диагностические средства подразделяются на:

- стендовые;

- портативные;

В свою очередь стендовые средства могут быть стационарные и переносные, а также съемные и встроенные.

Методы и средства диагностирования выбирают в зависимости от ряда факторов, важнейшими из которых являются:

- достоверность измерений;

- надежность;

- технологичность;

- экономичность.

Достоверность измерений характеризуется чувствительностью, воспроизводимостью и точностью.

Надежность характеризуется безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью.

Технологичность характеризуется сложностью, трудоемкостью, универсальностью процессов диагностирования.

Экономичность определяется стоимостью технических средств, затратами на их эксплуатацию, эффектом от применения.

Перечисленные факторы связаны между собой и зависят от целей и объекта диагностирования. По этой причине методы диагностирования следует оценивать комплексно по экономическому критерию, а затем с целью сравнения и выбора оптимального - по техническим свойствам: метрологическим, технологическим, надежности и др.

Экономический критерий включает в себя следующие факторы: затраты на устранение отказа, предупредительный ремонт, диагностирование и его периодичность, вероятность безотказной работы механизма, законами и параметрами распределения его отказов.

В качестве экономического критерия принимают предельно допустимые затраты на плановое (регламентное) диагностирование, т.е. затраты, которые обеспечивают заданную надежность механизма, не превышают затраты на его регламентное обслуживание без диагностики при обеспечении той же надежности.

Иначе говоря, если стоимость диагностических средств достаточно высока, то заданную надежность выгоднее обеспечивать с помощью достаточно частого принудительного обслуживания, чем с помощью планового диагностирования.

Это условие можно выразить зависимостью

С_общ = С_д + С_р ≤ С_П.Р.

где С_общ - общие удельные затраты при обслуживании с диагностированием;

С_д - удельные затраты на диагностирование;

С_р - удельные затраты на ремонт;

С_П.Р. - удельные затраты на предупредительный ремонт.

Из этой зависимости находим удельные затраты на диагностирование (С_д):

С_д ≤ С_П.Р. – С_р = С_р

Отсюда можно определить годовые удельные затраты на диагностирование:

С_д.год = С_об + А + Э_з

где С_об - стоимость диагностического оборудования;

А - амортизационные отчисления;

Э_з - эксплуатационные затраты.

ЛЕКЦИЯ 6

Тема: Системы тестового и функционального диагностирования

План лекции

1. Тестовое и функциональное (рабочее) диагностирование

2. Информационные технологии при функциональной диагностике

3. Структурная схема тестового диагностирования

Процесс диагностирования представляет собой многократную подачу на объект диагностирования определенных воздействий и многократное измерение, и анализ ответов (реакций) объекта на эти воздействия. В зависимости от способа подачи на объект диагностирования проверочных воздействий различают системы тестового и функционального диагностирования, обобщенные функциональные схемы которых приведены на рис. 2.2.

а)

Реакция

б)

Рис. 2.2. Обобщенная функциональная схема функционального (а) и тестового (б) диагностирования

Используемые в них методы диагностирования можно разделить на две основные группы.

К первой группе относятся методы функциональной (рабочей) диагностики, используемые, в первую очередь, для машин, являющихся источником естественных возмущений в процессе их работы. Эти методы ориентированы, прежде всего, на анализ процессов формирования возмущений, а не их искажений во время распространения. Более того, искажения обычно усложняют анализ измеряемых сигналов и, как следствие, используемую информационную технологию. Лишь для ограниченного круга задач функциональной диагностики используется информация, получаемая в результате анализа искажений естественных возмущений при прохождении их через диагностируемый объект.

Системы функционального диагностирования используют рабочие сигналы в качестве проверочных воздействий. Эти воздействия соответствуют рабочим алгоритмам функционирования объекта диагностирования и не могут выбираться произвольно. Системы функционального диагностирования применяются, как правило, в процессе эксплуатации объекта, например системы встроенного контроля. Они позволяют заменить в процессе работы отказавшие узлы резервными, переходить на другие режимы работы, для которых возникшая неисправность несущественна, т.е. строить адаптивные системы.

Аппаратурные средства системы функционального диагностирования, как правило, конструктивно сопряжены с объектом диагностирования. При этом каждый экземпляр объекта диагностирования имеет свою встроенную аппаратуру диагностирования. Встроенные аппаратурные средства диагностирования применительно к устройствам вычислительной техники носят название схем встроенного контроля (СВК), применительно к подвижным объектам — бортовых средств контроля, применительно к технологическим объектам — средств оперативного (централизованного) контроля и т. д.

Однако ограниченность набора рабочих воздействий не всегда позволяет оптимально решать задачи диагностики. При необходимости увеличить глубину поиска неисправностей вводят датчики состояния более мелких узлов. Системы функционального диагностирования принципиально позволяют обнаружить отказ любого элемента, так как в практических схемах инженерных систем каждый элемент выполняет определенную функцию.

На основе методов функционального диагностирования осуществляется проверка правильности функционирования объекта при их плановом техническом обслуживании или после выполнения ремонтных работ.

Возможно также использование систем функционального диагностирования перед или после применения объекта по назначению. Однако при этом может потребоваться имитация режима функционирования объекта (в частности, имитация рабочих воздействий).

При функциональной диагностики применяются информационные технологии. Число их невелико, а многообразие диагностических систем определяется лишь сочетанием используемых технологий.

Простейшей из основных является энергетическая технология, основанная на измерении мощности или амплитуды контролируемого сигнала. В качестве диагностического сигнала может использоваться температура (перепад температур), давление, шум, вибрация и многие другие физические параметры. Технология строится на измерении величин сигналов в контрольных точках и сравнении их с пороговыми значениями.

Развитием энергетической технологии является информационная частотная технология, предполагающая выделение из измеряемого сигнала составляющих в определенных частотных диапазонах и дальнейший энергетический анализ выделенных составляющих. Технология частотного анализа используется не только для контроля и диагностики машин, но и для их аварийной защиты. Примером может быть частотно-дуговая защита электрических машин по высокочастотным составляющим тока, защита машин по вибрации с частотой ее вращения и многие другие. Частотный анализ далеко не всегда использует для разделения составляющих электронные фильтры. Это могут быть, например, резонансные датчики тока, вибрации, шума, светового потока или других величин. Один из таких датчиков-стетоскоп для преобразования низкочастотной вибрации контролируемых узлов машин в шум, воспринимаемый органами слуха человека.

Еще одна, информационная фазо-временная технология, основана на сравнении формы сигналов, измеренных через фиксированные интервалы времени. Эта технология успешно используется для контроля состояния машин возвратно-поступательного действия с несколькими одинаковыми узлами (цилиндрами и поршнями), нагружаемыми последовательно через одинаковые интервалы времени. В качестве примера на рис.2.3 приведен сигнал вибрации двигателя, по форме которого можно определить качество работы каждого из цилиндров.

Рис.2.3Сигнал вибрации двигателя, измеренный в точке между 2 и 3 цилиндрами.

Сравнение формы сигналов, но уже с эталонной, можно осуществлять с помощью еще одной, информационной спектральной технологии, основанной на узкополосном спектральном анализе сигналов. При использовании такого вида анализа сигналов диагностическая информация содержится в соотношении амплитуд и начальных фаз основной составляющей и каждой из кратных ей по частоте составляющих. Такая технология применяется для анализа сигналов с датчиков давления, вибрации, шума, а также датчиков тока и напряжения в электрических машинах и аппаратах. В качестве примера на рис.2.4а. приведены формы сигналов вибрации трансформатора без дефектов и на рис. 2.4.б формы сигналов вибрации трансформатора с магнитным насыщением активного сердечника.

Рис. 2.4.а Формы и спектры вибрации сердечника трансформатора, работающего в нормальном режиме(а,в), fc-частота питающего напряжения.

Рис.2.4.б.Формы и спектры вибрации сердечника трансформатора, при перегрузке, сопровождающейся магнитным насыщением сердечника(б,г).
fc-частота питающего напряжения.

Там же приведены и спектры сигнала вибрации. Их анализ показывает, что появление магнитного насыщения активного сердечника сопровождается искажением формы и ростом составляющих вибрации на гармониках питающего напряжения.

Вторая группа включает в себя методы тестовой диагностики, требующие формирования искусственных возмущений, воздействующих на объект диагностики. По степени искажения возмущений судят о состоянии объекта. Возмущения имеют известные характеристики, и предметом изучения являются только те искажения, которые возникают при их передаче через объект. Подобные методы строятся на базе достаточно простых информационных технологий и широко используются для диагностирования различных узлов на этапе их изготовления, а также машин и оборудования в неработающем состоянии.

При тестовом диагностировании на вход объекта диагностирования подаются специальные тестовые воздействия, и по реакции объекта на эти воздействия оценивается его техническое состояние.

Состав и последовательность подачи этих воздействий на диагностируемые объекты определяются из условий эффективности контроля и диагностики. При этом для получения воздействий и ответных реакций можно использовать не только основные входы, используемые при применении объекта по назначению и выходы аппаратуры, но также внутренние узлы и ветви и на дополнительные входы, организованные специально для диагностирования. Это способствует получению большей глубины поиска дефектов при меньших затратах времени и оборудования. Тестовое диагностирование может проводиться не только во время поиска неисправностей и наладки, но и при нормальном функционировании аппаратуры. Для того чтобы тестовые воздействия не влияли на нормальную работу диагностируемой аппаратуры, их подают, например, во время рабочих пауз данной части объекта.

Методы тестового диагностирования используются для оценки техни­ческого состояния отдельных гидроагрегатов при установке их на специальные испытательные стенды. Такая проверка выходных параметров объекта на соответствие ТУ осуществляется, как правило, для вновь изготовленных узлов и узлов, прошедших капитальный ремонт. Тестовое диагностирование применяется также при проверке микропроцессорных систем, встраиваемых в системы управления объекта.

Средства тестового диагностирования для выполнения возлагаемых на них функций должны иметь три основные группы устройств:

а) устройства для хранения алгоритмов диагностирования и другой информации, необходимой для реализации алгоритмов и для анализа результатов реализации;

б) устройства для реализации алгоритмов диагностирования;

в) устройства для анализа и выдачи результатов реализации алгоритмов диагностирования

Группа устройств для хранения алгоритмов диагностирования содержит блок памяти БП, устройство ввода информации в память УВ, устройство чтения информации из памяти УЧ и блок управления БУ(см. Рис.2.5). В блоке памяти БП хранится алгоритм тестового диагностирования, т. е. совокупность элементарных проверок, входящих в алгоритм, и последовательность их реализации. В универсальных средствах тестового диагностирования (без вычислительной машины) чаще всего реализуются безусловные алгоритмы диагностирования с безусловной или с условной остановкой. Это объясняется тем, что в таких средствах память выполняется чаще всего на перфолентах, магнитных лентах или реже на перфокартах и не является оперативной.

Рис. 2.5. Блок – схема системы тестового диагностирования.

Реализация условных алгоритмов диагностирования требует организации произвольного доступа к памяти, что при выполнении последней на указанных носителях информации усложнило бы устройство чтения УЧ и замедлило процесс диагностирования. Ясно, что наличие вычислительной машины в составе средств диагностирования снимает рассмотренное ограничение.

Реализация элементарных проверок алгоритма тестового диагностирования состоит в подаче определенных воздействий на конкретные входы объекта и в снятии ответов объекта с конкретных его выходов. Воздей­ствия вырабатываются в блоке источника воздействия ИВ, а ответы объекта воспринимаются, измеряются и при необходимости преобразуются в дискретную форму блоком измерительных устройств ИУ. Оба блока ИВ и ИУ связаны с объектом диагностирования ОД через устройство связи УС. Существенной частью УС является универсальный коммутатор, позволяющий физически связывать входы объекта с ИВ, а выходы—с ИУ. Кроме коммутатора, устройство связи УС может содержать разного рода преобразователи параметров воздействий, а также параметров ответов объекта. Эти преобразователи необходимы, в частности, тогда, когда объект ди­агностирования требует подачи неэлектрических воздействий и контроля неэлектрических параметров.

ЛЕКЦИЯ 7

Тема: Функциональные модели объектов диагностики

План лекции

1. Функциональный элемент

2. Диагностической модели.

3. Разновидности диагностических моделей

4. Правила построения функциональных моделей

Контроль и диагностирование технических систем предполагает опреде­ленную ее идеализацию, при которой выделяются некоторые суще­ственные (для контроля и диагностики) характеристики и отбра­сываются второстепенные, т.е. реальный объект заменяется моделью.

В общем случае под диагностической моделью технической системы понимают формальное ее описание или графоаналитическое представление, отражающее основные изменения, происходящие в объекте диагностирования при эксплуатации.

В качестве диагностических моделей сложных технических систем могут рассматриваться дифференциальные уравнения, логические соотно­шения, диаграммы прохождения сигналов, графы причинно-следственных связей и др.

При поиске неисправностей объект обычно представляют в виде функциональной модели или функционально-логической схе­мы. Функциональная модель отличается от структурной схемы выбо­ром первичных функциональных элементов. Под функциональным элементом понимают часть объекта диагностирования (блок, модуль, узел, группу узлов, отдельная деталь), которая может нахо­диться только в одном из двух состояний: исправна или неисправна. При построении структурной схемы исходят из закономерностей ра­бочих процессов в диагностируемом объекте, в то время как при построении функциональной модели исходят из заданной точности локализации неисправностей с учетом конструктивных особенностей объекта.

Для выявления причин невыполнения тех или иных функций разрабатывается соответствующая функциональная модель.

Как показывает практика, диагностирование необходимо вести до отказавшего узла или детали. При этом наиболее рационально поиск неисправностей проводить последовательно на разных уровнях: блок — модуль — узел — деталь. В соответствии с этим строят несколько функциональных моделей: для устройства в целом с глубиной поиска неисправности до блока или модуля, для каждого блока или модуля с глубиной поиска до узла или отдельной детали.

Исходными данными для построения функциональной модели являются:

· структурная схема объекта контроля и диагностики;

· принципиальная схема объекта контроля и диагностики;

· описание процессов, протекающих в объекте диагностирования;

· заданная глубина поиска неисправностей.

При построении функциональных моделей необходимо руководство­ваться следующими правилами:

· в каждом функциональном элементе должны быть известны зна­чения (номинальные, допуски) входных и выходных параметров, их функциональная зависимость и способ контроля;

· при выходе из допустимых пределов хотя бы одного из входных сигналов появляется выходной сигнал, который также выходит из допустимых пределов;

· функциональный элемент модели объекта диагностирования счи­тается неисправным, если при всех входных сигналах, лежащих в до­пустимых пределах, на его выходе появляется сигнал, значения кото­рого выходят из допустимых пределов;

· значения внешних входных сигналов всегда находятся в пределах допусков;

· если выходной сигнал i-го функционального элемента является входным для j-го функционального элемента, то значения этих сигна­лов совпадают;

· линии связи между функциональными элементами абсолютно на­дежны;

· любой первичный функциональный элемент модели может иметь только один выходной сигнал при произвольном конечном числе вход­ных сигналов.

Функциональная модель (рис. 3.2) выполняется в виде графичес­кой схемы, на которой каждый функциональный элемент обозначается прямоугольником с некоторым количеством входных стрелок (вход­ных сигналов) и одной выходной стрелкой (выходным сигналом).

Рис.3.2. Функциональная модель (пример).

Выход любого функционального элемента можно соединять с любым числом входов, в то время как вход любого элемента может быть соединен только с одним выходом.

Входы, которые не соединены ни с одним выходом, называются внешними. Они передают внешние воздействия на диагностируемый объект. Внешние воздействия обозначаются Х_ij, где i — номер функцио­нального элемента, а j — номер входа этого элемента. Выходы функцио­нальных элементов обозначаются Z_i, где i — номер функционального элемента.

ЛЕКЦИЯ 8

Тема: Разработка алгоритмов поиска неисправностей

План лекции

1. Принципы построения алгоритмов поиска неисправностей

2. Методы использования диагностической информации

3. Способы построение алгоритмов поиска неисправностей:

· Способ последовательного функционального анализа

· Способ половинного разбиения.

· Способ "время—вероятность

· Способ на основе иерархического принципа.

· Построение матриц поиска неисправностей

Дата добавления: 2014-01-15