Основные задачи технической диагностики

Как отмечалось во введении, основная цель технической диагностики состоит в организации эффективных процессов определения технического состояния различных, особенно сложных, многокомпонентных объектов. Диагноз осуществляется аппаратурными или программными, встроенными или внешними техническими средствами, реализующими тот или иной алгоритм диагноза.

При исследовании, разработке и реализации процессов диагноза технического состояния объектов необходимо решать те же задачи, которые возникают при исследовании, разработке и реализации процессов управления вообще. Это, в первую очередь, задачи изучения физических свойств объектов и неисправностей последних, задачи построения математических моделей объектов и моделей неисправностей. Затем следуют задачи анализа моделей объектов с целью получения данных, необходимых для построения алгоритмов диагноза. Следующую группу образуют задачи, связанные с разработкой принципов построения, экспериментальным; опробованием и промышленным внедрением технических средств диагноза. Наконец, следует указать на задачи проектирования систем диагноза в целом и исследования их характеристик и свойств.

Дерево классификации основных предметов исследований технической диагностики представлено на рис..1-1.

Мы рассмотрели общую характеристику перечисленных задач. По ходу изложения материала главы вводятся понятия и определения, необходимые для описания методов решения указанных задач.

Системы диагноза технического состояния

На рис. 1-2 представлены обобщенные функциональные схемы системы тестового диагноза и системы функционального диагноза технического состояния. Системы содержат объект диагноза ОД, и средства диагноза СД. Схемы даны в «однолинейном» изображении. Физически каждая линия схемы, снабженная стрелкой на конце может представлять несколько каналов передачи информации. Условимся, что при рассмотрении задач проверки исправности, проверки работоспособности или проверки правильности функционирования объекта можно говорить не о системе, объекте и средствах диагноза, а о системе, объекте и средствах проверки, и при рассмотрении задач поиска неисправностей — о системе, объекте и средствах поиска.

Как видно из рис. 1-2,а, в системах тестового диагноза воздействия на объект поступают от средств диагноза. Поэтому как состав, так и последовательности подачи этих воздействий можно выбирать исходя из условий эффективной организации процесса диагноза. Более того, каждое очередное воздействие в процессе диагноза может назначаться в зависимости от ответов объекта на предыдущие воздействия. Воздействия в системах тестового диагноза будем называть тестовыми.

Тестовые воздействия могут подаваться как в периоды времени, когда объект не используется по прямому назначению, так и в процессе выполнения им его рабочего алгоритма функционирования. Во втором случае, однако, тестовыми воздействиями могут быть только такие сигналы, которые не мешают нормальной работе объекта. Например, при инерционных исполнительных механизмах некоторого функционирующего объекта возможна подача кратковременных импульсных тестовых воздействий на схемы управления этими механизмами.

Тестовые воздействия могут подаваться как на основные входы объекта, т.е. на его входы, необходимые для применения объекта по назначению так и на дополнительные входы, организованные специально для целей диагноза.

В системах функционального диагноза (рис. 1-2,б) воздействия, поступающие на основные входы объекта, заданы рабочим алгоритмом функционирования и поэтому, как правило, не могут выбираться исходя из условии эффективной организации процесса диагноза. Эти воздействия будем называть рабочими. Указанная на рис. 1-2,6 подача рабочих воздействий на средства диагноза часто имеет место в системах функционального диагноза, хотя и не является обязательной.

Отметим, что системы функционального диагноза могут использоваться также в режимах имитации функционирования объекта. При этом, естественно, должна быть обеспечена имитация рабочих воздействий. Такое использование систем функционального диагноза целесообразно при наладке или ремонте объекта.

Ответы объекта (на тестовые или на рабочие воздействия) в обоих видах систем диагноза поступают (рис. 1-2) на средства диагноза. Ответы могут сниматься как с основных выходов объекта т.е. выходов, необходимых для применения объекта по назначению, так и с дополнительных выходов, организованных специально для целей диагноза. Эти основные и дополнительные выходы часто называют контрольными точками.

Как отмечалось, элементарные проверки объекта характеризуются воздействиями, подаваемыми или поступающими на объект, и его ответами на соответствующие воздействия; результатами элементарных проверок являются значения ответов.

Обратимся теперь к средствам диагноза систем, приведенных на рис. 1-2. Средства диагноза реализуют некоторый алгоритм диагноза, задающий состав и очередность реализации, а также способ анализа результатов элементарных проверок объекта.

Реализация элементарных проверок заключается в выработке и подаче на объект входных сигналов (воздействии) и в приеме и измерении соответствующих выходных сигналов (ответов). Указанные операции общеприняты и не нуждаются в каких-либо специальных пояснениях. Естественно, что для реализации этих oпeраций средства диагноза должны содержать, вообще говоря, источники воздействий (в системах тестового диагноза), измерительные устройства и устройства связи источников воздействий и измерительных устройств с объектом.

Целью анализа результатов элементарных проверок является получение результатов диагноза, т.е. определение технических состояний, в одном из которых фактически находится объект.

Как было сказано выше, результаты элементарных проверок представлены в виде значений сигналов в контрольных точках. Результаты же диагноза должны быть представлены в иной форме, более удобной для практического их использования. Например, при проверке исправности результатом диагноза должен быть один из ответов: «объект исправен» или «объект неисправен», а при поиске неисправностей — «в объекте неисправна такая-то конкретная компонента (узел, блок, деталь)». Другими словами, требуется расшифровка (анализ, преобразование) результатов элементарных проверок, полученных в процессе реализации алгоритма диагноза

В простейшем случае такая расщифровка может представлять собой обычное сравнение физических значений сигналов в контрольных точках с заданными эталонными значениями этих сигналов. В других случаях операции расшифровки являются более сложными. Заметим, что при недостаточном уровне автоматизации процесса диагноза, в частности при использовании ручных средств диагноза, функции расшифровки результатов элементарных проверок возлагаются на человека.

Так или иначе, для выполнения операций анализа результатов элементарных проверок средства диагноза должны располагать определенной информацией о поведении исправного (работоспособного, правильно функционирующего) объекта, а также, возможно, о его поведении в неисправных состояниях. Аппаратуру средств диагноза, xpaнящую информацию о повeдeнии объекта, или другой носитель этой информации будем называть физической моделью объекта. Наглядным примером физической модели объекта является эталонный заведомо исправный его экземпляр. Однако во многих случаях такая физическая модель информационно избыточна и зачастую трудно реализуема. В широко распространенных системах централизованного контроля, являющихся системами проверки правильности функционирования физическая модель объекта представляет co6ой аппаратуру для задания допустимых значений (уставок) контролируемых параметров, а также средства коммутации и подключения этой аппаратуры к устройствам сравнения допустимых значений параметров с фактическими.

Средства, осуществляющие сопоставление информации об объекте, хранящейся в физической модели последнего, с фактическими результатами элементарных проверок и вырабатывающие сигнал «результаты диагноза», назовем блоком расшифровки результатов. Как и физическая модель объекта блок расшифровки результатов может быть реализован различными способами и средствами в зависимости от задач и характеристик конкретных систем диагноза.

Наконец, средства диагноза должны иметь тот или иной носитель алгоритма диагноза. Носителем жестких или редко изменяемых алгоритмов диагноза обычно является аппаратура, конструктивно объединенная с остальной аппаратурой средств диагноза. Для задания сменных алгоритмов диагноза часто применяются стандартные программоносители: — перфоленты, перфокарты, магнитные барабаны, магнитные ленты и т. п. В последнем случае, естественно, средства диагноза должны содержать соответствующие устройства считывания информации с программоносителей.

Итак, по завершении процесса определения технического состояния объекта средства диагноза вырабатывают сигнал «результаты диагноза». Знание технического состояния объекта может быть использовано для различных целей, в том числе, например; для выбора и применения другого алгоритма диагноза, позволяющего более точно определить техническое состояние объекта или же для организации других специальных воздействии на объект. Вопросы целенаправленного использования результатов диагноза сложных объектов относятся к области организации так называемых диагностических систем управления, о которых кратко будет сказано в следующем параграфе.

В качестве иллюстрации системы тестового диагноза рассмотрим следующий пример.

Пример 1-1. Объектом диагноза является электрический кабельный жгут, определение технического состояния которого осуществляется в условиях производства при помощи внешних аппаратурных средств диагноза. Точками подключения жгута к средствам диагноза являются все контакты его штекерных разъемов, а также корпуса последних. Известна схема правильной распайки проводов жгута. Электрические соединения групп контактов между собой в соответствии со схемой назовем цепями.

Основными операциями проверки исправности жгута в условиях производства являются: проверка правильности распайки (монтажа) проводов, проверка сопротивления изоляции между разными цепями (включая корпуса штекерных разъемов) и, наконец, высоковольтные испытания изоляции. Проверка правильности монтажа состоит в проверке наличия всех необходимых электрических соединений (в проверке целости цепей) и в проверке отсутствия любых ложных соединений, т. е. коротких замыканий между разными цепями или перепутываний проводов. Указанным операциям соответствуют элементарные проверки, совокупность и последовательность реализации которых образуют алгоритм проверки исправности жгута.

При проверке целости цепей элементарная проверка состоит в подаче напряжения на один из контактов той или иной цели (воздействие) и в проверке наличия этого напряжения на некотором другом контакте этой цепи (ответ). Наличие напряжения (положительный результат элементарной проверки) говорит о том, что два выбранных контакта цепи соединены между собой, а отсутствие (отрицательный результат элементарной проверки) —о том, что требуемого соединения нет. Если цепь содержит l контактов, то для проверки ее целости необходимо реализовать l—1 таких элементарных проверок

Наличие ложных соединений данной, цепи с другими (в том числе с корпусами штекерных разъемов) можно обнаружить при помощи элементарной проверки, состоящей в подаче потенциала на любой контакт данной цепи и в контроле отсутствия этого потенциала на всех других цепях. Эти другие цепи могут быть предварительно электрически соединены между собой через общую шину. Наличию короткого замыкания между проверяемой цепью и остальными соответствует наличие напряжения на общей шине. Если короткого замыкания нет, то можно выполнять проверку сопротивления изоляции между проверяемой цепью и остальными цепями.

Заметим, что при использовании в средствах диагноза общей шины проверка целости цепей требует предварительного (до проведения соответствующих элементарных проверок) отключения всех контактов проверяемой цепи 01 общей шины. В противном случае возможно получение ложных положительных результатов элементарных проверок целости цепи при наличии перепутываний проводов.

Контроль сопротивления изоляции между некоторой цепью и остальными цепями можно проводить при помощи элементарной проверки, воздействием которой является создание разности потенциалов между любым контактом проверяемой цепи и общей шиной, объединяющей остальные цепи, а ответом—ток утечки. Ток утечки является результатом элементарной проверки и определяет сопротивление изоляции.

Если сопротивление изоляции находится в норме, то можно переходить к высоковольтным испытаниям изоляции. Элементарная проверка при этом состоит в приложении высокого напряжения между проверяемой цепью и общей шиной в течение определенного промежутка времени и в контроле тока утечки.

Рассмотрим теперь процесс поиска неисправностей жгута. Наличие обрыва проверяемой цепи определяется с точностью до номеров контактов штекерных разъемов уже при проверке исправности, поэтому дополнительных операций по поиску мест обрыва цепей не требуется. Однако обрыв цепи может быть вызван перепутыванием проводов и целесообразно до устранения обрыва выяснить, не закорочен ли соответствующий («оборванный») контакт проверяемой цепи с другими цепями,—если это так, то определить, с какой цепью или с каким контактом он закорочен.

Места коротких замыкании при проверке исправности указываются довольно грубо. Для более точного поиска места короткого замыкания можно приложить напряжение между проверяемой цепью и изолированной от жгута общей шиной, а затем поочередно по одной подключать к последней другие электрические цепи, контролируя моменты появления тока .короткого замыкания. Цепи при подключении которых появляется ток, закорочены с проверяемой цепью Аналогично можно выявить места пониженного сопротивления изоляции. Заметим, что в ряде случаев для нахождения дефектов изоляции могут понадобиться более радикальные элементарные проверки, например выжигание слабого места высоким напряжением (воздействие) и визуальное наблюдение свечения и дыма (ответ).

Из приведенного описания следует; что средства диагноза технического состояния жгута должны содержать несколько источников напряжения, устройства для измерения напряжений (потенциалов) и токов, а также устройство коммутации. Физической моделью жгута является аппаратура для задания правильных (допустимых) значений ответов элементарных проверок, а также цепи и средства переключения этой аппаратуры в зависимости от вида реализуемых элементарных проверок. Блок расшифровки результатов представляет собой устройство сравнения фактических значений ответов с правильными (допустимыми).

Процесс проверки исправности и поиска неисправностей кабельного жгута можно организовать двумя способами. Например, можно после каждого обнаружения места неисправности прекращать процесс диагноза, производить ремонт жгута и затем повторять описанный процесс. При другом варианте организации процесса диагноза поступают иначе: процесс проводят до конца, фиксируя всю информацию о местах и характере неисправностей, затем производят ремонт жгута, после чего повторяют процесс. Последний вариант по затратам времени на диагноз и ремонт более экономичен, чем первый, однако для сложных жгутов при этом могут потребоваться значительные усилия на дополнительную обработку полученной информации с целью определения конкретных мест обрывов, коротких замыканий и перепутываний.