Диагностирование судовых электрических средств автоматизации

Общие сведения. Диагностирование ЭСА производится не­посредственно на судне с целью определения их работоспособ­ности и поиска дефекта. Диагностирование осуществляется также в производственной лаборатории судовой автоматики с целью определения ремонта доставленных с судна элементов средств автоматизации (отдельных блоков, устройств, кассет, монтажных плат и элёктрорадиоэлементов), подробная дефектация которых не смогла быть выполнена на судне в составе соответствующих систем.

Вероятность обнаружения даже незначительных дефектов в лаборатории значительно больше, чем на судне. Диагностиро­вание элемента ЭСА производится здесь с помощью специально разработанных СТД, а простейших блоков (блоков реле, бло­ков с выпрямительными мостиками и др.)-с помощью соот­ветствующих схем проверки.

В последние годы все более широкое применение находят микропроцессорные системы управления судовыми технически­ми средствами и СЭС. Например, МПСУ для СЭС применены на теплоходах типа „Капитан Гаврилов" и „Астрахань", типа „Академик Вавилов". МПСУ достаточно сложны, поэтому важ­но осуществлять автоматическое их диагностирование. Большие вычислительные возможности МПСУ позволяют не только ре­шать задачи управления, но и выполнять автоматическое диаг­ностирование. В таких системах можно установить дефект си­стемы во многих случаях раньше, чем появится реакция в уп­равляемом объекте или системе.

В настоящее время созданы и внедрены различные СТД с использованием универсальных мини- и микроЭВМ для диагно­стирования ряда технических средств и систем судов морского флота по результатам непрерывного или периодического изме­рения, и анализа соответствующих параметров. Структурно си­стемы" технического диагностирования обычно совмещают с си­стемами централизованного контроля судовых технических средств или выполняют автономными.

С применением ЭВМ фирмой СТЛ созданы и установлены на морских судах системы диагностирования типа СС-10 для дизелей „Бурмейстер и Вайн", фирмой „Аутроника"-упро­щенные системы диагностирования для дизелей „Зульцер". На нескольких судах- „Александр Прокофьев", „Новозыбков" и других-установлены системы диагностирования дизелей ж энергетических установок, при эксплуатации которых приобре­тается опыт для создания промышленных образцов СТД.

На судах типа „Капитан Гаврилов" и „Астрахань" автоматическое управление судовой электростанцией осуществляется с помощью микроЭВМ К1510 (СМ-1624). МикроЭВМ выполня­ет также и функции технического диагностирования основных элементов и средств автоматизации СЭС с указанием цифрового кода, отказавшего элемента или модуля, или невыполненной функции. Перед включением микроЭВМ в работу автоматически реализуется, программа проверки работоспособности и поиск дефекта собственно микроЭВМ.

Наиболее рациональна стратегия ТО и ремонта МПСУ, при которой на судне определяется неработоспособная плата (модуль) с помощью системы автоматического диагностирования и производится ее замена обслуживающим персоналом на работоспособную. Неработоспособную плату отправляют для восстановления в производственную лабораторию судовой автома­тики, где выполняются работы значительной сложности и тру­доемкости.

Система диагностирования отказавших плат при централи­зованном ремонте в лаборатории может быть построена на базе мощных ЭВМ или специализированных средств вычисли­тельной техники, что позволяет значительно снизить трудоем­кость ремонта и необходимую квалификацию ремонтного пер­сонала.

Переносные СТД, используемые в лаборатории, могут быть применены и на судне.

Автоматическое диагностирование электрических средств ав­томатизации на судне. В достаточно сложных ЭСА современ­ных судов морского флота, как правило, предусматривается оценка работоспособности и поиск дефекта с различной глуби­ной (до блока, платы и т. п.) путем как функционального, так и тестового диагностирования. Характерные способы диагно­стирования ЭСА рассмотрим на примере диагностирования средств автоматизации СЭС судов типа „Капитан Гаврилов" и „Астрахань".

Средства автоматизации электростанции судов этого типа спроектированы на знак автоматизации А1 и представлены в виде системы ASA, основными элементами которой являются микроЭВМ генераторов и устройство AGS, применяемое для каждого дизель-генераторного агрегата и встроенное в панелях генераторов ГРЩ. На основе измерения я контроля основных параметров синхронных генераторов, дизелей и судовой сети устройство AGS осуществляет комплексную защиту дизель-ге­нераторных агрегатов. В ЭСА СЭС применяется как тестовое, так и функциональное диагностирование.

По возрастанию сложности диагностирования МПСУ мож­но разделить на следующие узлы: микроЭВМ, периферийные ячейки (датчики), источник питания.

Диагностирование (самодиагностирование) микро ЭВМ производится программными средствами без введения дополнительной аппаратуры и заключается в провер­ке работоспособности основных модулей микроЭВМ. Таким об­разом, объектами элементарных проверок являются сменные модули микроЭВМ, ТС которых определяется путем тестового диагностирования. Диагностирование заключается в подаче программных тестов на входы модуля, позволяющих проверить правильность выполнения модулем алгоритма функционирования по результатам сравнения выходных сигналов с эталонны­ми, и принятии решения в зависимости от исхода сравнения к выполнению следующей проверки или сообщению о неисправ­ности проверяемого модуля. Процесс диагностирования может быть представлен в виде структурной схемы алгоритма диагно­стирования (рис. 4.45).

Программа диагностирования автоматически реализуется перед каждым пуском микроЭВМ. Программа задает последо­вательность проверок модулей, принимает решение о проведе­нии проверки, указывает на табло номер теста проверки, вы­зывает соответствующую подпрограмму проверки модуля и после выполнения всех заданных тестов осуществляет выход на рабочие программы микроЭВМ. При обнаружении в процес­се проверки неисправного модуля выдается соответствующий код о его неисправности, дальнейшая проверка модулей не про­изводится, и микроЭВМ переходит в режим остановки.

Путем соответствующих команд предусматривается после­довательное выявление шестнадцати видов дефектов основных модулей и их цепей, в том числе центрального микропроцессо­ра (МП), блока цифровой индикации (ЦИ), оперативного за­поминающего устройства (ОЗУ), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), блока контроля ЭВМ (БКЭ) и устройств ввода-вывода (УВВ). Блок ЦИ проверяется с участием опера­тора, поэтому индикация его неработоспособности не произво­дится. Общая продолжительность самодиагностирования микроЭВМ составляет около 10 мин.

В процессе работы микроЭВМ контролируется ее работо­способность по отсутствию сбоев в программах пользователя и правильности обработки сигнала прерывания микроЭВМ. В слу­чае невыполнения этих функций выдается сигнал „Неисправна ЭВМ", включается сирена, и микроЭВМ прекращает выдачу команд. Неисправный модуль микроЭВМ определяется при последующем включении ее на запуск.

Диагностирование датчиков (температуры, дав­ления и др.) в основном осуществляется косвенным путем по результатам их опроса при контроле параметров. Опрос дат­чиков, работающих на размыкание, производится циклически в непрерывной последовательности по восьми датчикам в тече­нии 0,4с (рис. 4.46).

В цепи датчика S1 установлено реле K, которое в случае до­стижения контролируемым параметром предельного значения или в случае отказа датчика (обрыв цепи, самопроизвольное размыкание контакта) обесточивается -НЕ" при этом будет логическая единица. При пода­че от микроЭВМ сигнала опроса СО (логическая единица) сигнал ответа ОС на выходе логического элемента D2 будет логический нуль. Сигнал ОС обрабатывается микроЭВМ, в ре­зультате чего выдается соответствующий код. Например, код 114-„Температура охлаждающего масла форсунки 2" указы­вает на превышение допустимой температуры охлаждающего масла форсунки 2 дизель-генераторного агрегата 1 или на об­рыв цепи биметаллического датчика температуры.

Система ASA получает питание от двух блоков питания ти­па SVM 092 со стабилизированным выходным напряжением по­стоянного тока 9В З%.

Диагностирование блока питания и индикация его неисправности производится по схеме, представленной на рис. 4.47.

В БП имеется реле К (, подключенное к выходным зажимам 9В. При отсутствии напряжения на выходе (неработоспособное состояние БП) контакты К1 и К2 реле К разомкнуты.Светодиод Н не зашунтирован, через него течет ток внешнего источника, подключенного к зажимам 1,2; светодиод Н сигнализирует о неисправности БП. Сигнал о разрыве цепи 3,4 контак­том К1, связанной с микроЭВМ, обрабатывается ЭВМ. В ре­зультате выдается код 1002 „Питание" об отсутствии напряжения (неработоспособности БП) питания.

Диагностирование устройства AGS проводится с помощью встроенных СТД, важные подфункции AGS кон­тролируются непрерывно. Общая проверка исправности AGS продолжительностью 12с проводится выборочно через каждый час автоматически или вручную. В течение этого времени, а также при наличии дефекта выходные сигналы AGS блокиру­ются. При отрицательном результате диагностирования устрой­ство AGS после проверки остается заблокированным, выдается сигнал „AGS неисправно" и с помощью светодиодов указыва­ются неисправные модули и отказавший в модуле канал.

Рис. 4.45. Структурная схема алгоритма самодиагностирования микро ЭВМ системы управления электростанцией судов типа «Капитан Гаврилов».

Рис. 4.46. Схема диагностирования датчиков.

При обнаружении дефекта подается звуковая и мигающая световая АПС в ЦПУ, после квитирования звуковой сигнал от­ключается, а световой сигнал из мигающего переводится в постоянный. Световой сигнал может быть погашен соот­ветствующей кнопкой, но если дефект не устранен, то через некоторое время этот сигнал появится снова.

Диагностирование модуля защиты ге­нератора GS M001 (рис.4.48), входящего в состав устройства AGS, представ­ляет собой тестовое диагно­стирование. В схеме, входя­щей в состав модуля GS М001, тестовое диагности­рование электронного уст­ройства D осуществляется при наличии входных рабочих сигналов 1, 2,..., m и блокировании выходных рабочих функций (сигналов АПС) 1,2,...,n путем подачи тестового сигнала ТС₁ (напряжение +5В), значительно превышающего входные рабочие сигналы, на вход D, а также тестового сигна­ла ТС₂ (напряжение +5В) через резистор R1 на диод VI. Вы­ходные функции I, 2,...,n, образующиеся под действием тесто­вого сигнала ТС₁ и позволяющие судить об исправности D по­даются на вход логического элемента D1 (И-НЕ").

Рис. 4.47. Схема диагностирования блока питания

Рис. 4.48. Схема тестового диагностирования электронного модуля защиты генератора GS M001 устройства AGS.

При наличии всех выходных функций, т.е. при их единич­ном значении на входе логического элемента D1 (работоспо­собном состоянии D), па выходе D1 будет логический нуль. Диод V2 будет открыт, и под действием ТС₂ ( + 5В) в цепи R1,VI,V2 возникнет ток. Вследствие падения напряжения на R1 и VI входной сигнал D2 представляет собой логический нуль (около +1 В), а выходная функция D2 есть логическая единица (около +5В).

В результате V3 закрыт, токов в цепи R3, V3, D2 нет, потен­циал на шине ab эквивалентен логической единице (+5 В) и сигнал АПС не формируется.

При отсутствии какой-либо или всех выходных функций 1, 2,..., n, т.e. при неисправном состоянии D, на выходе D1 бу­дет логическая единица. Диод V2 будет закрыт, тока через цепь R1, VI, V2 не будет, на входе D2 от ТС₂ будет сигнал +5В (логическая единица). Выходная функция D2 будет ло­гическим нулем, диод V3 открыт, и в цепи R3, V3, D2 возник­нет ток. В результате на шине ab потенциал эквивалентен логи­ческому пулю, что обусловливает формирование сигнала АПС.

В AGS к шине ab аналогичным образом, как показано на рис.4.48. для D подключены электронные устройства и других модулей, поэтому сигнал АПС в данном случае является обоб­щенным: „AGS неисправно". Для указания конкретного неис­правного D используются светодиоды. Так, на рис.4.48 неис­правность D указывается светодиодом Н, который светится при прохождении через него тока (цепь ток Н,R2,V4,D2) в слу­чае неисправности D, т.е. при логическом нуле на выходе D2.

Проверка исправности светодиода Н производится подачей тестового сигнала ТС₃ (нуль схемы), при этом в цепи Н,R2,V5 возникает ток и светодиод Н в случае его исправности све­тится.

Диагностирование генератора тактовых им­пульсов, входящего в состав модуля индикации неисправ­ности устройства AGS, является функциональным (рис. 4.49).

Питание ГТИ получает от источника электроэнергии посто­янного тока ±15В и генерирует на выходе (Вых.) переменное напряжение прямоугольной формы частотой 32Гц с амплитуд­ным значением ±15В. ГТИ является одним из наиболее важ­ных элементов AGS, так как с его помощью формируются вре­менные задержки при достижении контролируемыми парамет­рами предельных значений и задается цикличность процесса самопроверки AGS.

Рис. 4.49. Схема функционального диагностирования генератора тактовых импульсов в модуле индикации дефектов FAM001 устройства AGS

Схема диагностирования подключена к выходу ГТИ и по­лучает питание от источника постоянного тока +5В. При ра­ботоспособном состоянии ГТИ под действием его выходного напряжения происходит процесс зарядки- разрядки конденса­торов С2 и СЗ.

Пусть в начальный момент напряжение на выходе ГТИ со­ставляет +15В, с учетом напряжения источника +5В кон­денсатор С2 через диод V2 заряжается при напряжении 10В; полярность его обкладок при этом показана на рис.4.49. В сле­дующий полупериод на выходе ГТИ напряжение-15В, и че­рез диод VI конденсаторы С2 и СЗ под действием суммарного напряжения в цепи 30В заряжаются. В начале следующего полупериода при +15В на выходе ГТИ конденсатор СЗ не ус­певает разрядиться и сохраняет имеющуюся полярность на обладках.

Таким образом, при наличии выходного сигнала ГТИ (ра­ботоспособное состояние ГТИ) СЗ заряжен, на затворе полево­го транзистора V отрицательный потенциал, исток и сток V замкнуты. Потенциал +5В (логическая единица) подается на вход D1 и инверсируется D1 в нуль, который после D2 преоб­разуется снова в логическую единицу. В результате V3 закрыт, потенциал на шине ab эквивалентен логической единице (+5В) и сигнал АПС не формируется.

В случае отказа ГТИ (нет выходного сигнала „Вых.") кон­денсатор СЗ разряжается через резистор R6, размыкаются ис­ток и сток V,V3 отпирается. В цепи R3,V3,D2 возникнет ток, потенциал на шине аb становится эквивалентным логическому нулю, вследствие чего формируется сигнал АПС. Отказ ГТИ определяется по свечению светодиода Н, так как в этом случае на входе D3- логическая единица, а на выходе D3- логиче­ский нуль и в цепи R8 Н,D3 протекает электрический ток.

Проверка работоспособности Н, как и в схеме на рис.4.48 производится подачей тестового сигнала ТС3 (нуль схемы), что обусловливает при работоспособном состоянии Н протекание тока в цепи R8,Н,V4 и, следовательно, свечение Н.

Аналогичным образом (определение работоспособности по наличию выходного сигнала) осуществляется функциональное диагностирование с помощью V триггера нулевого напряжения и ряда других элементов устройства AGS.

Диагностирование устройства самопровер­ки AGS (контроля исправности по критерию длительности проведения проверки) проводится с помощью схемы (рис.4.50), которая входит в состав модуля индикации неисправности AGS и работает по принципу формирования сигнала АПС при пре­вышении времени проверки заданной уставки (15с).

Как уже указывалось, через каждый час производится са­мопроверка исправности AGS длительностью 12с, обеспечиваемой устройством самопровер­ки (УС). В течение 12с уст­ройство заблокировано и не выполняет своих непосредст­венных функций защиты ди­зель-генераторного агрегата, поэтому критерий длительно­сти проведения проверки УС яв­ляется одним из главных при определении исправности УС.

При самопроверке в ука­занной точке схемы диагно­стирования подводится напряжение -15В и на вход D1 подается +5В. До начала само­проверки на обеих обкладках конденсатора С потенциал +5В, а в момент начала самопроверки (момент приложения-15В) начинается процесс зарядки конденсатора. За время 15с по­тенциал на отрицательно заряженной обкладке конденсатора достигает величины, при которой V замыкает исток и сток. Тогда на обоих входах D1 будет логическая единица ( +5В) и на выходе D1 формируется сигнал „логический нуль". Диод V2 открывается, в цепи R3,V2_t.Dl возникает ток; на шине аb по­тенциал эквивалентен логическому нулю, и формируется сигнал АПС.

Рис. 4.50. Схема диагностирования устройства самопроверки AGS по длительности самопроверки

Если самопроверка заканчивается (снимается напряжение-15В и +5В на входе D1) за время, меньшее уставки 15с, то потенциал на затворе V не успевает достичь порогового зна­чения. Тогда один входной сигнал D1 будет соответствовать логическому нулю, а на выходе D1 появится сигнал, соответ­ствующий логической единице. Диод V2 закрыт, и сигнал АПС не формируется.

Резистор R4 необходим для формирования на входеD1 ло­гического нуля (нуль схемы) при незамкнутых истоке и стоке V, при отсутствии R4 разрыв цепи для входа D1 аналогичен ло­гической единице.

Потенциал +5В, подаваемый на вход D1 в режиме само­проверки, обеспечивает отключение сигнала АПС (если он был) после окончания самопроверки (снятия +5В). Диод V1 обеспечивает разряд конденсатора С после режима самопро­верки.