СПОСОБ АДАПТИВНОГО СБОРА И ПЕРЕДАЧИ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ТЕХНИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Шпрехер Д.М.

ORCID: 0000-0001-5095-1283, Кандидат технических наук, Тульский государственный университет

СПОСОБ АДАПТИВНОГО СБОРА И ПЕРЕДАЧИ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ТЕХНИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Аннотация

Предложен способ сбора и передачи информации о техническом состоянии электромеханических систем, позволяющий повысить ее достоверность за счет исключения избыточных данных из общего объема контроля и уменьшения загрузки измерительных каналов. В основе лежит адаптивная схема контроля технического состояния многопараметрических объектов, обеспечивающая раннее выявление дефектов элементов оборудования и их своевременное устранение, что в конечном итоге позволяет повысить надежность электромеханического оборудования при системе технического обслуживания и ремонта по фактическому техническому состоянию.

Ключевые слова: электромеханическая система, техническое состояние, точность диагностирования.

Sprekher D.M.

ORCID: 0000-0001-5095-1283, PhD in Engineering, Tula State University

THE ADAPTIVE WAY OF COLLECTING AND TRANSMITTING DIAGNOSTIC INFORMATION ABOUT THE TECHNICAL CONDITION OF ELECTROMECHANICAL SYSTEMS

Abstract

The proposed method of collection and transmission of information about the technical condition of Electromechanical systems, which allows to increase its accuracy by eliminating redundant data from the total control and decrease the load measuring channels. It is based on the adaptive scheme of control of technical condition of multiparameter objects that provide early detection of defects of components and their timely elimination, which ultimately allows to increase the reliability of the Electromechanical equipment in the maintenance system and repair on an actual technical condition.

Keywords: electromechanical system, the technical condition, the accuracy of diagnosis.

К современным системам технического диагностирования электромеханических систем (ЭМС) предъявляется ряд требований: повышенная информационная гибкость, позволяющая измерять  минимально необходимый набор параметров, обеспечивающий решение задачи распознавания вида технического состояния (ТС) с заданной достоверностью; обеспечение обслуживания ЭМС различного назначения и сложности, в том числе одновременного обслуживания нескольких разнородных ЭМС; оперативное изменение технических характеристик диагностической аппаратуры, ее каналов связи в зависимости от состояния  и времени жизненного цикла контролируемого объекта.

Системы технического диагностирования в связке с информационно-измерительными системами с постоянными характеристиками и циклическим опросом диагностических признаков ЭМС, разнородных по составу, в незначительной степени удовлетворяют современным требованиям. В максимальной степени этим требованиям отвечают адаптивные (приспосабливающиеся) диагностические комплексы, позволяющие реализовать эффективные методы сбора, предварительной отбраковки несущественных отсчетов, передачи сокращенной информации о признаках объекта и распознавании на их основе технического состояния контролируемого оборудования.

Классические системы контроля и диагностирования с исключением избыточных данных являются наиболее изученными и получили в настоящее время наибольшее распространение. Они отличаются простотой, высокой эффективностью сжатия диагностической  информации и информационной гибкостью.

На рис.1 изображена структурная схема классического устройства сбора и передачи диагностической информации [1].

Рис.1 - Структурная схема классического устройства сбора и передачи диагностической информации с блоком сжатия данных

 

Принцип работы общепринятого устройства сбора и передачи диагностической информации заключается в следующем.

Коммутатор каналов производит циклический опрос информационных сигналов s_j(t) всех N информационных каналов с постоянной частотой опроса F_0j, j = 1,…,N. каналов, для этого в него включены канальные элементы (КЭ) и распределитель импульсов, вход которого связан с выходом синхронизатора. Сформированные циклические отсчеты s_j(t_i), T_0j = t_i – t_i-1 = 1/F_oj преобразуются в цифровые сигналы (j – индекс номера канала, i – индекс номера отсчета в канале, один канал передает информацию об одном датчике) с помощью аналого-цифрового преобразователя.

С помощью блока сжатия данных из общего потока отсчетов {s_j(t_i)} по определенному алгоритму исключаются избыточные (несущественные) отсчеты s_j*(t_i) и выделяются существенные отсчеты s_j'(t_i), передача которых в подсистему распознавания и контроля обеспечивает возможность восстановления сигнала s_j(t_i) с погрешностью e_j(t_i) ≤ ε_max для всех t_i. Существенные отсчеты s_j'(t_i) формируются в случайные моменты времени t_i, кратные заданному интервалу Т, поэтому поток отсчетов s_j'(t_i) нерегулярен во времени. Это приводит к необходимости его согласования с постоянной пропускной способностью каналов связи /или тактовой частотой распознающего устройства.

Существенные отсчеты s_j'(t_i) поступают на вход буферного запоминающего устройства, куда одновременно из формирователей адресных и временных сигналов поступают соответствующие сигналы. Буферное запоминающее устройство вместе с устройством управление обеспечивает согласование нерегулярного потока отсчетов s_j'(t_i) с постоянной пропускной способностью каналов и линий связи. Регулярные во времени отсчеты с выхода буферного запоминающего устройства поступают на вход формирователя группового диагностического сигнала, где обеспечивается формирование необходимой для работы адаптивной системы диагностики служебной информации и кодирование всех сигналов или только отдельных его частей для прохождения через каналы и линии связи. В блоке распознавания и контроля осуществляется конечная операция – принятия диагностического решения относительно технического состояния ЭМС. Устройство управления формирует апертуру (порог) сравнения. Формирователь адреса и формирователь временных сигналов  осуществляют вставку адреса и номера существенного отсчета в групповой диагностический сигнал.

Классическая операция, осуществляемая в блоке сжатия данных, реализует правило: "если ", т.е. отсчет принимается существенным. При этом:  базисные функции для восстановления непрерывного сигнала s_j(t) по его дискретным отсчетам.

Несмотря на распространенность типовой архитектуры, главным ее недостатком применительно к контролю динамических режимов ЭМС является низкая достоверность определения существенности в отсчетах, описываемых системами связанных дифференциальных уравнений различных порядков.

Компенсировать этот недостаток предлагается за счет учета в схеме определения существенности отсчета разницы второго порядка, на основе которой обнаруживаются значимые отсчеты описываемые системами связанных дифференциальных уравнений второго порядка, путем исключения блока сжатия и введением оперативного запоминающего устройства, вычислительного устройства и устройства сравнения (рис.2) [2].

Оперативное запоминающее устройство запоминает совокупность предыдущих отсчетов {s_j(t_i-k)}, k = 1, 2, ..., поступающих в отдельных информационных каналах в моменты времени t_i с интервалом Т.  На основе этих отсчетов вычислительное устройство определяет интерполяционные или экстраполяционные сигналы: . Полученные отсчеты  сравниваются в устройстве сравнения с текущими сигналами s_j(t_i) . Отсчет считается существенным, если выполняется одно из двух условий:

Рис.2 - Структурная схема устройства сбора и передачи диагностической информации с блоком вычисления разницы второго порядка

 

Далее данный отсчет через буферное запоминающее устройство, в составе группового диагностического сигнала по каналам и линиям связи поступает на блок распознавания и контроля. Точность сравнения двух разниц (разница разности эквивалентна второй производной по отсчетам) соответствует установленной апертуре Δ_jmax и может быть фиксированной для всех информационных каналов или устанавливаться для каждого канала в отдельности или регулироваться внешними командами.

Повышение достоверности определения существенных отсчетов обеспечивается за счет реализации правила, в соответствии с которым анализируется не только разница между значениями измеренных отсчетов и интерполированными (экстраполированными) значениями, но и контролируется разница более высокого порядка, превышение над аппретурой которой свидетельствует об изменении в динамике контролируемого электромеханического объекта, описываемого системой связанных дифференциальных уравнений второго порядка. Предлагаемый способ сбора и передачи диагностической информации осуществляется на базе современных вычислительных устройствах ПЛИС-технологий и представляет собой аппаратно-программный комплекс «ЭМС-НС» [3], поэтому потенциально обладает надежностью значительно  выше заданной для систем диагностирования ЭМС общепромышленного назначения. Предлагаемый технический комплекс может быть использован при построении адаптивных систем контроля технического состояния многопараметрических объектов ЭМС и применен на предприятиях промышленности. Целью предлагаемого способа является повышения достоверности за счет исключения избыточных данных контроля и уменьшения загрузки измерительных каналов, и повышения надежности электромеханического оборудования за счет раннего выявления дефектов элементов оборудования и их своевременного устранения при системе технического обслуживания и ремонта по фактическому техническому состоянию.

Список литературы / References

1. Морозов В.М. Принципы построения адаптивных систем телеконтроля. – / В.М. Морозов. – МО СССР, 1983. – 94 с.
2. Шпрехер Д.М., Степанов В.М., Назаров А.В Устройство адаптации распределительной системы контроля многопараметрического объекта. Патент на полезную модель №RU146839, приоритет 20.06.2014, по заявке № 20141125060/08 – / Д.М. Шпрехер, В.М. Степанов, А.В. Назаров. – Опубл. 20.10.2014. Бюл. № 29.
3. Шпрехер Д.М. Программный продукт для диагностирования технического состояния электромеханических систем // Электротехника. – 2012. – № 7. – С. 34 – 37.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Morozov V.M. Principy postroenija adaptivnyh sistem telekontrolja [Principles of construction of adaptive systems and telecontrol / V.M. Morozov. The USSR Ministry of defense, 1983. – 94 p. [in Russian]
2. Shprekher D.M., Stepanov V.M., Nazarov A.V. Ustrojstvo adaptacii raspredelitel'noj sistemy kontrolja mnogoparametricheskogo ob#ekta. Patent na poleznuju model' №RU146839, prioritet 20.06.2014, po zajavke № 20141125060/08 [Device adaptation the distribution system multi-parameter control object. Patent for useful model № RU 146839, priority 20.06.2014, at the request of № 20141125060/08] / D.M. Shprekher, V.M. Stepanov, A.V. Nazarov. – Publ. 20.10.2014, bull. No. 29. [in Russian]
3. Shprekher D.M. Programmnyj produkt dlja diagnostirovanija tehnicheskogo sostojanija jelektromehanicheskih system [Program product for diagnosing of technical condition of electromechanical systems] / D.M. Shprekher // Jelektrotehnika [Electrical engineering]. – 2012. – No. 7. – P. 34 –37. [in Russian]