10.2. Диагностика состояния объекта.

Для начала разберёмся с вопросом: «А что же подлежит диагностике?». Диагностике подлежат технические средства, программные системы, объекты управления и многое другое, но мы пока остановимся на этих трех аспектах. Технические средства могут обладать свойством самодиагностики. Например, при запуске системы, в ядре которой обязательно должна быть «зашита» системы самодиагностики, происходит проверка всех параметров системы, и если какой то важный параметр не соответствует норме, система оповещает об этом и прерывается.

В свою очередь, при рассмотрении объекта управления по данным текущих и вычисляемых параметров определяются его состояния. Нормальное – состояние, в котором объект работает нормально, выполняет все операции, переданные ему из управляющей системы. Аварийное – фактически не работающее состояние, т.е. состояние в котором ОУ не может эксплуатироваться. Но существует какое-то среднее состояние, между нормальным и аварийным, в котором бы объект работал, например, в режиме сильного износа или с ограничениями, не выполняя части каких-либо дополнительных функций. Такое состояние назовем предаварийным – их может быть несколько.

Рассмотрим следующую схему связи ОУ с вычислительной системой, причем на объект управления поступает помимо вектора входных сигналов, еще внешние воздействия , которое невозможно измерить, а тем более как-то функционально представить.

Рис. 10.1

Из соображения безопасности на нижнем уровне управления обязательно должна быть система контроля аварийных ситуаций. Она будет состоять из Информационно-Управляющей-Вычислительной-Системы и совокупности противоаварийных средств (датчиков, исполнительных устройств), которыми она и управляет. Возможные алгоритмы аварийного управления были рассмотрены выше.

Подсистема аварийной защиты (АЗ), которая предназначена для предотвращения аварии на технологических комплексах, представляет из себя обычно управляющий сигнал, который включает/выключает основной поток вещества или энергии. Представим это на примере газовой магистрали, а точнее на элементе магистрали – отдельной газовой трубе. Есть два вентиля: Первый - имеет возможность регулировать поток газа, т.е. величину подачи газа в размере от 0%-100%; Второй - строго или открыт, или закрыт. Есть какое-то управляющее устройство, которое управляет первым вентилем, т.е. где-то на подстанции регулирует поток газа в той или иной трубе. Бесспорно, у второго вентиля есть тоже управляющее устройство, но срабатывает оно строго во время аварийной ситуации, например когда в газовой трубе критически маленькое давление газа, или когда дальнейшая подача газа приведет к какой-либо аварийной ситуации. Конечно, управляющее устройство взаимодействует с подстанцией, но программа управления совсем другая – ПОАЗ. Ниже можно увидеть графическое представление работы управляющего органа (первый вентиль) и аварийной защиты (второй вентиль), рис. 10.2 А и В соответственно.

График работы Управляющего Органа

Рис. 10.2

Что стоит усвоить из вышеприведённого примера, так это что для АЗ требуется использовать условие с характеристиками Да/Нет для управляющего устройства.

Теперь становится понятным, почему при рассмотрении аварийной защиты атомного реактора мы упомянули о логических функциях защиты, результатом которой является сигнал Да/Нет для управления потоком вещества или энергии. Получение таких законов управления легко осуществить, используя теория автоматов. Например, в БАЗ реактора имели 8 входов и одно управление – сброс стержней-замедлителей в активную зону. Конечно, в общем случае все сводится не только к true/false, но возможно и постепенное изменение управляющего сигнала (как в МАЗ реактора) даже в аварийных ситуациях, но менее критичных ко времени ликвидации аварий.

Перейдем к рассмотрению алгоритмов диагностики состояний объектов управления в самом общем виде.

Речь идет о среднем уровне управления, когда допустимо определенное запаздывание в принятии решений и поэтому можно использовать как можно больше параметров для оценки состояния объекта, как непосредственно измеряемых , так и вычисляемых (например, показание качества, технико-экономические критерии и др.) - . Будем, в общем случае считать, что мы располагаем вектором , по результатам обработки которого необходимо выделить ряд дискретных состояний (нормальное, предаварийное, аварийное и т.д.) объекта. Понятия («аварийное», «предаварийное») здесь являются условными, они в общем случае могут относиться просто к любому другому устойчивому состоянию объекта или системы в целом, отличному от наиболее желаемого («нормального»).

Поэтому, будем в дальнейшем говорить просто о двух или нескольких состояниях: 1 – «норма»; 2 – «не норма» («авария»), которые надо определить по вектору . Решение подобных задач обычно относят к т.н. интеллектуальной диагностике (ИД), которая традиционно использует две группы методов: статистические и логические, которые в свою очередь делятся на многозначную и нечеткую логику. Рассмотренные выше системы аварийной защиты (диагностика + управление) являются типичными логическими системами диагностики и в общем случае используются достаточно часто. При этом эти логические системы в большинстве случаев учитывают специфику объекта управления и для окончательного принятия решения (состояние «1» или состояние «2») используют различные эмпирические способы (особенно в отсутствии дополнительной априорной информации либо при ее частичной неполноте), которые в большинстве случаев основаны на опыте эксплуатации подобных объектов и систем. К подобным приёмам относят: схемы построения причинно-следственных связей контролируемых величин; разработка диагностических тестов и их использование в схеме окончательной диагностики; выбор последовательности анализа измеряемых величин с целью минимизации времени обнаружения причин нарушений; редукция пространства измерений как непрерывных, так и дискретных (т.н. задача о минимальном покрытии) и ряд других. Примеры подобных эмпирических способов см. в [ ].