Признаки и методы обнаружения дефектов

Наличие дефекта – свидетельство того, что в работе ОД произошли нежелательные изменения, которые привели к нарушению его работоспособности или снижению ее степени. Отказ объекта – простейший вид признака наличия дефекта. Отказ ОД означает, что либо он весь, либо его часть не работает и, следовательно, не подает "признаков жизни". Так, отсутствие напряжения на распределительном щите на электростанции указывает на ее полный отказ.

Математически признак наличия дефекта можно представить в следующем виде:

нарушение работоспособности по параметрам ; по характеристикам ;

резкое снижение степени работоспособности, т.е. переход из состояния S_i в состояние S_j в области работоспособности S_р:

отказ одной из структурных единиц сложного объекта с переходом ОД из работоспособных состояний Sр=(1,1,...,1) в Sн=(0,1,1,...1);

Все методы обнаружения дефектов можно разделить на три группы: осмотра, индикации и поиска.

Если известно, что ОД отказал, вначале необходимо выполнить визуальный осмотр элементов ЭУ. При этом можно обнаружить нарушения контактных соединений, обрывы проводов, разрушение изоляторов и т.д.

Автоматическая индикация в настоящее время находит применение для различных ОД. В этом случае в объекте размещается определенное количество датчиков в соответствии с требуемой глубиной, которые сигнализируют о возникновения дефекта. Такими датчиками могут быть термопары, термореле, регистраторы токов к.з. и другие элементы, реагирующие на перегрузки, сверхтоки.

Таблица 8.1

Таблица дефектов

Дефект	Вид переходной характеристики h(t)
Короткое замыкание Ri     Обрыв Ci   Снижение коэффициента усиления

В объектах, которые могут быть представлены как системы с последовательной обработкой информации (рис 8.1), возникший дефект может быть обнаружен путем индикации прохождения сигнала.

Поиск дефекта ведется путем построения умозаключений, состоящих в непрерывном сужении области поиска местонахождения дефекта, принятия логических решений и выполнения рациональных проверок. Такой подход сокращает количество проверок, что не только экономит время, но и сводит к минимуму вероятность ошибок. Для выбора последовательности проверок необходимо знать, как те или иные дефекты влияют на состояние ОД. Достигнуть этой цели можно двумя путями:

моделированием дефектов ;

анализом диагностической модели ОД.

Моделирование дефектов находит широкое применение разнообразных ОД. Результаты эксперимента сводятся в таблицу (табл.8.1):

В результате анализа диагностической модели можно выработать рекомендации по поиску дефектов, проранжировав диагностические признаки по их влиянию на состояние ОД, например, рассчитав чувствительность функции передачи T_ijk к изменению рассматриваемых диагностических параметров r_k, если объект задан моделью в виде графа или диаграммы прохождения сигналов вида (рис.8.2).

Чувствительности функций передачи могут быть определены с помощью выражения:

,

где – функции передачи от i-го входа к j-му выходу, – изменяющийся параметр, ( = 0 – входной параметр, он должен быть неизменным).

Алгоритмы поиска дефектов

Решение задачи поиска возникшего дефекта в отличие от задачи контроля работоспособности, как правило, требует более длительного анализа ОД или его модели. При этом степень детализации определяется заданной глубиной поиска дефекта, т.е. указанием части объекта (структурной единицы), с точностью до которой находится место дефекта. Таким образом, если задана глубина поиска дефекта, то объект диагностирования может быть представлен множеством из N взаимосвязанных частей – структурных единиц (СЕ).

Поиск дефекта или состояния, в котором находится объект, выполняется по алгоритму, включающему определенную совокупность проверок. Проверкой называется оценивание состояния структурной единицы по ее выходу или выходу объекта в целом. При этом множество состояний в общем случае больше числа проверок, поскольку при выполнении одной проверки может быть найдено больше одного дефекта. Каждая проверка требует определенных затрат. При построении алгоритма поиска дефекта стараются выбрать такую последовательность проверок, которая позволяет найти дефект с наименьшими затратами.

Для построения алгоритмов поиска дефектов могут использоваться функциональные (структурные) схемы. Термин "функциональный" означает, что узел выполняет определенную функцию. Узлы соединены между собой таким образом, что отдельные функции выполняемые в определенной последовательности, реализуют задачу, стоящую перед данной установкой, системой в соответствии с ее назначением.

Функциональная схема представляет собой графическое изображение входящих в нее узлов и соответствующих сигнальных трактов. Следует иметь в виду, что нет никакой связи между расположением функциональных узлов на схеме и их физическим расположением в конструкции оборудования.

Сигналы в схемах электрооборудования проходят по сигнальным цепям двух видов: последовательные и разветвленные. Последовательная цепь (рис.8.3) включает в себя группу схем (каскадов), соединенных так, что выход одной схемы соединен со входом другой схемы.

В результате сигнал проходит напрямую через группу схем без возвратов в обратном направлении и без разветвлений.

Разветвленная цепь может быть двух видов: расходящаяся и сходящаяся. В расходящейся цепи (рис.8.4,а) от элемента отходят две или более сигнальные цепи. Если ко входу элемента подсоединены две и более сигнальные цепи, то это сходящаяся цепь (рис.8.4,б). В ходе первой проверки в этом случае следует попытаться установить, в какой из цепей возник дефект. Это позволит исключить из рассмотрения одну из сигнальных цепей, находящуюся в работоспособном состоянии.

В связи с тем, что современные электрические системы автоматики содержат сотни компонентов, проверка каждого из них с целью поиска дефекта потребует значительных временных затрат. Масштабы задачи поиска можно уменьшить в несколько раз, если проверять не каждый элемент, а лишь выходной сигнал каждой схемы (каскада). Однако проведение этого числа проверок тоже является делом весьма трудоемким. Разбив рассматриваемые схемы на СЕ (их может быть несколько десятков), можно сократить число проверок, доведя до приемлемого уровня.

Поскольку каждая проверка делит пространство состояний на две части (включающая и невключающая искомое состояние), в результате выполнения последовательности проверок поиск приводит к определенному состоянию, соответствующему обнаружению СЕ, которая отказала. Последовательность выполнения проверок при поиске дефекта может быть представлена в виде графа (дерева), где вершинами являются проверки, а ветви указывают направление перехода в зависимости от результата проверки, конечные вершины – обнаруживаемые дефекты.

После того как выполнена первая проверка, встает вопрос: "Куда дальше двигаться?" Ответ на него зависит от результатов первой проверки. Здесь только два возможных результата: удовлетворительная (+) и неудовлетворительная (-) работа проверяемой СЕ. В последнем случае СЕ либо совсем не работает, либо работает с ухудшенными характеристиками. В любом случае полученный результат укажет на вид следующей необходимой проверки.

Алгоритмы поиска дефектов могут быть трех видов: последовательные, параллельные и комбинированные.

При последовательном поиске каждая проверка выделяет в пространстве поиска один дефект. Удовлетворить это условие можно для ОД, представленного в виде последовательной схемы соединения СЕ, когда известно, что на вход подается сигнал, а по выходному сигналу можно определить наличие в ОД дефекта двумя путями: от начала к концу и от конца к началу. Проиллюстрируем алгоритм поиска дефекта на примере ОД, представленного на рис.8.5,а.

В первом случае необходимо выполнить проверку в точке А, поскольку она позволит исключить из рассмотрения сразу один элемент СЕ 1. Если сигнал в допустимых пределах, то проверку следует выполнить в точке В, которая позволит определить состояние СЕ 2. Если результат проверки отрицательный, то дефект в данном элементе. Если положительный, то необходимо выполнить проверку в точке С. Если результат проверки положительный, то дефект – в СЕ 4, в противном случае – дефект в СЕ 3. Алгоритм поиска представлен на рис.8.5,б.

Во втором случае (от конца к началу), если результат проверки в точке С отрицательный, то следующую проверку необходимо выполнить в точке В. При положительном результате дефект СЕ3, при отрицательном выполняется проверка . По результатам этой проверки отыскивается дефект либо в СЕ 1, либо в СЕ 2 (рис.8.5,в).

Число проверок N для обнаружения всех дефектов ОД определяется соотношением N = n-1; n – число СЕ объекта.

При параллельном поиске ОД разбивается каждой проверкой на две равные или почти равные части, если соответственно в ОД четное или нечетное число СЕ.

Так, для ОД из четырех СЕ (рис.8.6,а) при реализации параллельного поиска первая проверка выполняется в точке В. Если результат отрицательный, то следующая проверка выполняется в точке А, в результате чего определяется место нахождения дефекта (СЕ 1 ил СЕ 2). В противном случае назначается проверка в точке С, позволяющая определить дефект в СЕ 3 или СЕ 4. Алгоритм приведен на рис.8.6,б.

Число проверок N, необходимых для нахождения всех дефектов через число СЕ, можем определить по формуле:

N=[log2n] – целая часть.

При n = 4 требуется две проверки, при n = 8 – три проверки.

При комбинированном поиске имеет место сочетание последовательного и параллельного алгоритмов.

По алгоритму поиска дефекта в виде дерева можно определить суммарную длину ветвей достижения искомого дефекта.

,

где l_ij –длина i-й ветви, р – число ветвей от начала поиска до искомого дефекта. Например, для графа, представленного на рис.8.6,б,

.

Если в качестве l_ij рассматривать время , то, воспользовавшись формулой для L_i, можно определить время , затрачиваемое на поиск i-го дефекта.

.

Алгоритмы поиска дефектов могут быть построены на основе анализа структуры объекта или использования показателей, характеризующих надежность СЕ.