способ контроля и диагностики пневмогидравлического объекта

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА, заключающийся в том, что циклически измеряют параметры в контрольных точках объекта, сравнивают их с расчетными пороговыми значениями и при выходе их за пороговые значения измеряют параметры в дополнительных контрольных точках, вычисляют по всем измеренным параметрам обобщенные характеристики пневмогидравлических узлов, составляющих объект, и сравнивают их с пороговыми значениями обобщенных характеристик пневмогидравлических узлов, проводя локализацию отказа, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности и чувствительности способа и сокращения времени локализации отказа, предварительно измеряют параметры в основных и дополнительных контрольных точках, определяют по измеренным значениям параметров реальные пороговые значения обобщенных характеристик пневмогидравлических узлов, составляющих объект, которые используют для локализации отказа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технической кибернетике, предназначено для автоматизированного контроля и диагностики состояния пневмогидравлических систем энергетических установок.

Известен способ контроля и диагностики состояний объекта, заключающийся в измерении параметров на всех контрольных точках и сравнении их с пороговыми значениями [1].

Недостатком известного способа является необходимость обработки значительного объема информации по измерениям на всех контрольных точках объекта и связанное с этим большое время локализации отказа.

Известен также способ контроля и диагностики пневмогидравлического объекта, заключающийся в том, что циклически измеряют параметры в контрольных точках объекта, сравнивают их с расчетными пороговыми значениями и при выходе их за пороговые значения измеряют параметры, в дополнительных контрольных точках вычисляют по ним обобщенные характеристики пневмогидравлических узлов, комплектующих объект, и сравнивают их с пороговыми значениями обобщенных характеристик, проводя локализацию отказа [2]. Данный способ принят за прототип.

Согласно известному способу из всех установленных на объекте датчиков сначала регистрируют показания ограниченного числа датчиков (в контрольных точках) для принятия решения о состоянии объекта ("норма" или "ненорма"). Ограничение на количество контрольных датчиков вводится на этапе проектирования объекта с помощью математического моделирования всех возможных неисправностей объекта и выбора наиболее информативных параметров. Решение о результатах контроля принимается путем сопоставления измеренных значений параметров с их пороговыми значениями. В случае выхода любого из измеренных параметров за пороговые значения принимают решение о "ненорме" объекта, измеряют параметры в дополнительных контрольных точках, вычисляют по ним обобщенные характеристики узлов объекта и определяют отказавший узел, характеристика которого вышла за свои пороговые значения.

Под обобщенной характеристикой узла понимается такая его характеристика, которая позволяет наиболее полно определить его состояние. Например, для центробежного насоса такой характеристикой является напорная характеристика, для местного гидравлического сопротивления - коэффициент сопротивления или эффективная площадь проходного сечения.

Пороговые значения обобщенных характеристик по известному способу рассчитываются с учетом возможных технологических отклонений и погрешностей измерения. Это приводит к неоправданному расширению расчетных пороговых значений характеристик, что приводит к неоправданному расширению расчетных пороговых значений характеристик, что приводит к снижению чувствительности и достоверности способа и увеличивает время локализации неисправности.

Целью изобретения является повышение достоверности и чувствительности распознавания и сокращение времени локализации отказа.

Это достигается тем, что предварительно измеряют параметры в основных и дополнительных контрольных точках объекта, определяют (реальные) пороговые значения обобщенных характеристик пневмогидравлических узлов, которые используют для сигнализации отказа.

Положительный эффект при использовании предлагаемого способа заключается в том, что реальные пороговые значения обобщенных характеристик, сформированные по новому способу, имеют существенно меньший разброс, чем пороговые значения, полученные по известному способу расчетным путем, так как при этом отклонения параметров, обусловленные предельными технологическими допусками на изготовление и предельной погрешностью измерения, исключаются. Это позволяет увеличить достоверность и чувствительность распознавания и сократить время локализации отказа.

На фиг. 1 изображен фрагмент сложной гидравлической системы, где НЦ - центробежный насос, 1,2,3,..., i - узлы гидравлической цепи, измеряемые параметры: Р₁, ...,Р_i - давления, Q_i - расход, n - число оборотов насоса, Т - температура жидкости; на фиг.2 изображена блок-схема устройства по прототипу для реализации предлагаемого способа, где 1 - объект контроля, 2 - преобразователь аналог-код, 3 - первый формирователь пороговых значений, 4 - корректор пороговых значений, 5 - первый блок сравнения, 6 - второй формирователь пороговых значений, 7 - решающий блок, 8 - второй блок сравнения, 9 - блок регистраций, 10 - блок управления.

Обобщенными характеристиками узлов, составляющих объект, позволяющими определить его состояние, являются для НЦ напорная характеристика

Y_нас= (1) где (Т ) - плотность перекачиваемой жидкости, для гидравлического сопротивления коэффициент гидравлического сопротивления

Y= (2)

Пороговые значения Y_iмакс и Y_iмин по известному способу определялись по зависимостям

Y_{i макс}=Y_iном+ +Y_{i пульс}

(3)

Y_{i мин} =Y_iном- -Y_{i пульс},

(4) где Y_{i изг} - отклонение обобщенной характеристики, обусловленное технологическими допусками на изготовление;

Y_{i изм} - отклонение обобщенной характеристики, обусловленное погрешностью измерения;

Y_{i ном} - номинальное значение обобщенной характеристики;

Y_{i пульс} - отклонение обобщенной характеристики, обусловленное пульсациями.

По предлагаемому способу пороговые значения обобщенных характеристик узлов формируются по зависимостям

Y_{i макс} = Y_{i факт} + Y_{i пульс}; (5)

Y_{i мин} = Y_{i факт} - Y_{i пульс}, (6) где Y_iфакт - реальное значение характеристики узла.

Таким образом, за счет осуществления предлагаемого способа величина допуска на пороговые значения сокращается на величину

(7)

Реальные характеристики узла определяются в первых тактах контроля по зависимостям

для насоса

Y_факт= (8)

для гидравлического сопротивления

(9) где К - число первых циклов измерения параметров во всех точках, т.е. величину К выбирают в зависимости от динамических характеристик объекта (обычно К=5...10 циклов).

Сущность предлагаемого способа заключается в следующей последовательности операций.

Измеряют в течение первых К циклов параметры во всех основных и дополнительных контрольных точках объекта. Сравнивают измеренные значения параметров контрольных точек с пороговыми значениями. При нахождении измеренных параметров в пределах пороговых значений фиксируют "норму" объекта. По значениям измеренных параметров формируют реальные значения характеристик каждого узла и насоса по формулам (8) и (9). Формируют реальные пороговые значения обобщенных характеристик по формулам (5) и (6). Запоминают реальные пороговые значения обобщенных характеристик всех узлов. В дальнейшем продолжают измерение только ограниченного числа параметров в контрольных точках и контролируют состояние объекта, сопоставляя измеренные параметры с пороговыми значениями (регистрацию в остальных точках не производят). При выходе за пороговые значения одного из параметров подключают измерения в дополнительных точках. По зависимостям (1) и (2) вычисляют значения характеристик узлов объекта. Последовательно сопоставляют вычисленные по формулам (1) и (2) значения характеристик всех узлов с реальными до тех пор, пока не обнаружат узел, у которого Y_i>Y_{i макс} или Yi<Y _мин.

Рассмотрим пример реализации способа применительно к гидравлической системе со шнекоцентробежным насосом, фрагмент которой изображен на фиг.1.

На этапе проектирования системы в качестве измеряемых параметров были выбраны давления Р₃ и Р_i+1, которые являются наиболее информативными для заданного перечня возможных неисправных состояний. В качестве допустимых пределов этих параметров Р₃ и Р_i+1 при испытании объекта были заданы соответственно 100 ^. 10⁵ 3 x x 10⁵ Па и 40 ^. 10⁵ 10⁵ Па.

В первых циклах контроля были измерены следующие значения параметров: Р₁ = 5x x10⁵ Па, Q_i = 4,10^-2 м³/с, Т=20^оС, Р₂ = 3,9 10⁵ Па, Р₃ = 98 10⁵ Па, Р₄ = 83 10⁵ Па, Р_i-1 = =53 10⁵ Па, Р_i=43,4 10⁵ Па, Р_i+1 = 38,6 x x10⁵ Па.

Сопоставление измеренных параметров Р₃ и Р_i+1 с пороговыми значениями позволило зарегистрировать нормальное состояние объекта, так как

97 10⁵ < 98 10⁵ < 103 10⁵

37 10⁵ < 38,6 10⁵ < 43 10⁵.

По измеренным параметрам объекта были вычислены по формулам (8) и (9) значения фактических обобщенных характеристик узлов, которые приведены в таблице (строка 1).

С учетом измеренных в первых тактах контроля пульсаций параметров были рассчитаны изменения гидравлических характеристик узлов (Y_пульс) и по зависимостям (5) и (6) сформированы пороговые значения действительных (реальных) характеристик узлов (строки 3 и 4 таблицы). Эти пороговые значения обобщенных характеристик узлов были запомнены для использования на случай возникновения неисправности.

В дальнейшем эксплуатация объекта велась с измерением лишь параметров Р₃ и Р_i+1, значения которых сопоставлялись с допустимыми пределами. Регистрацию остальных параметров (Q, T, n, P₁, P₂...P_i) не проводили.

На времени Т_к был зафиксирован выход за нижний предел сначала параметра Р₃, а затем параметра Р_i+1. Это послужило основанием для фиксирования ненормального состояния объекта и подключения всех остальных параметров объекта. На момент Т_к1 средние значения измеренных параметров составили: P₁=5 10⁵ Па, Q_i= 4 10^-2 м³/с; Т=20^оС, Р₂=3 10⁵ Па, Р₃=93 10⁵ Па, Р₄ =78x x10⁵ Па, Р_i-1=48 10⁵ Па, Р_i =38,4 10⁵ Па, Р_i+1 = 33,6 10⁵ Па.

По измеренным значениям были вновь рассчитаны значения Y_авар действительных характеристик узлов на момент Т_к1 (строка 5 таблицы).

Последовательное сопоставление действительных обобщенных характеристик узлов с их пороговыми значениями показало, что причиной возникновения неисправности объекта послужило снижение напора НЦ из-за его кавитации вследствие снижения давления на входе в НЦ при увеличении гидравлического сопротивления (засорения) узла 1 (фильтра).

Применение предлагаемого способа позволило сократить допуск на величину напора НЦ более чем в 20 раз, исключив из него погрешность измерения и технологический разброс (Y_макс - Y_мин по предлагаемому способу составляет 0,1 кДж/кг, тогда как по известному - 2,08 кДж/кг).

Сокращение величины допуска позволяет повысить достоверность и чувствительность распознавания и для развивающихся неисправностей сократить время распознавания.

Реализация предлагаемого способа устройством осуществляется следующим образом.

Из первого формирователя 3 пороговых значений по команде блока 10 управления в преобразователь 2 аналог-код выдается код датчика первого измеренного параметра Р_3. Значение измеренного параметра заносится в первый блок 5 сравнения, куда поочередно заносятся из формирователя 3 значения верхнего и нижнего пороговых значений параметра Р₃. В блоке 5 сравнения осуществляется операция сравнения Р_3мин, Р_3изм, Р_3макс. Аналогично осуществляются измерение и проверка параметра Р_i+1.

При нахождении измеренных параметров Р₃ и Р_i+1 в номере по команде блока 10 управления из второго формирователя 6 пороговых значений в преобразователь 2 аналог-код выдаются коды адресов датчиков, показания которых необходимы для вычисления характеристики первого узла объекта (Р₁, Q_i, Р₂). Значения этих параметров заносятся последовательно в решающий блок 7, где вычисляется величина обобщенной характеристики узла 1 по зависимости (2). Аналогично вычисляется характеристика НЦ (по параметрам Р₂, Р₃, Т и уравнению 1) и всех узлов объекта.

Описанный процесс повторяется К раз для всех узлов пневмогидравлического объекта, и с помощью выражений (5), (6), (8), (9) вычисляются пороговые значения характеристик узлов. Из решающего блока 7 сформированные пороговые значения обобщенных характеристик всех узлов Y_{i макс} и Y_{i мин} заносятся в ЗУ второго формирователя 6 пороговых значений.

Далее по команде блока 5 управления устройство переходит на измерение параметров только в контрольных точках, т.е. в Р₃ и Р_i+1. Если в дальнейшем какой-либо измеренный параметр после сравнения оказывается не в норме, то на выходе первого блока 5 сравнения появляется сигнал неисправности. По этому сигналу блок 10 управления выдает команду во второй формирователь 6 пороговых значений, который поочередно заносит адреса датчиков Р₁, Р₂ и Q_i первого узла в преобразователь 2 аналог-код. Производится измерение этих параметров, и затем их значения поступают в решающий блок 7. Осуществляется вычисление по зависимости (2) (или по зависимости (1) в случае НЦ). Вычисленная величина Y_i заносится во второй блок 8 сравнения, куда одновременно поступают по командам блока 10 управления из второго формирователя 6 пороговых значений верхнее и нижнее пороговые значения Y_{i макс} и Y_{i мин}, раннее сформированные в первых К циклах. Производится сравнение, и если параметр находится в норме, то из второго формирователя 6 пороговых значений в преобразователь аналог-код заносятся адреса следующих датчиков, измеряющих Р₂, Р₃ и Т (для НЦ). Описанный процесс повторяется для НЦ и для всех узлов цепи.

Если параметр Y_i оказывается не в норме, то во втором блоке 8 сравнения вырабатывается сигнал прерывания процесса вычисления значений характеристик узлов, по команде блока 10 управления в блоке 9 индикации регистрируются номер неисправного узла и тип неисправности. На этом работа устройства заканчивается.