автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Исследование и разработка методов повышения эффективности автоматизированных систем технической диагностики в приборостроении

На правах рую

Тайк Аунг Чжо

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ В ПРИБОРОСТРОЕНИИ

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в приборостроении)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

111 ОКТ 2015

Москва - 2015 г.

005563355

005563355

Работа выполнена на кафедре «Информатика и программное обеспечение вычислительных систем» Национального иследовательского университета «МИЭТ»

Научный руководитель:

Портнов Евгений Михайлович

доктор технических наук, профессор, НИУ

МИЭТ

Официальные оппоненты:

Барский Аркадий Бенционович доктор технических наук, профессор Московского государственного университета путей сообщения «МИИТ», Москва

Федоров Алексей Роальдович кандидат технических наук, директор ООО "Радис РРЛ", Москва

Ведущая организация: ООО Фирма «АНКАД», Зеленоград, Москва

2 € / Ц ^

Защита диссертации состоится «_» _2015 г. в (-:-часов на

заседании диссертационного совета Д 212.134.04 при Национальном исследовательском университете «МИЭТ» по адресу: 124498, Москва, Зеленоград, площадь Шокина, д. 1, НИУ МИЭТ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭТ и на сайте http://miet.ru/.

Автореферат разослан.

ОК Ю 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.134.04,^ д.т.н„ профессор 4. И. Логалое

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы.

В настоящее время все более явно прослеживается тенденция к пространственному рассредоточению и усложнению элементов, приборов и систем топливно-энергетического комплекса (ТЭК), возрастанию мощности питающих энергосистем и увеличению потоков информации, что вызвало необходимость создания эффективных систем для повышения надежности энергетического оборудования (ЭО). Указанные факторы определяют значительное ужесточение требований к достоверности контроля и точности измерений электрических параметров оборудования. Определение технического состояния контролируемых объектов в ходе эксплуатации или после, ремонта является основной задачей автоматизированных систем технической диагностики.

Значительный вклад в развитие теории и практических аспектов построения автоматизированных систем управления и контроля, принципов повышения их надежности, помехоустойчивости и достоверности внесли В.А. Котельников, A.A. Харкевич, В.М. Глушков, Б.Н. Петров, Л.Н. Преснухин, С.Е. Shanon, R.C. Bose, L.D. Grey, D.T Brown, W.W. Peterson, E.N. Gilbert и др.

Проблемы технической диагностики сложных технических объектов и систем нашли отражение в работах Каравая М.Ф., Пархоменко П.П., Гагариной Л.Г., Лисова О.И., Карибского В.В., Лобанова A.B., Согомоняна Е.С., Schlichting R., Rennels D.A., Dolev D. и многих других.

Важность развития методов и средств повышения эффективности автоматизированных систем технической диагностики объясняется исключительно важной ролью, которую играет ЭО в процессах энергообеспечения объектов промышленных производств и непромышленной сферы.

Современные требования, относящиеся к выполнению управления для объектов энергетики достаточно точно и жестко описаны в ГОСТ 26.205 и МЭК 870-4-93: вероятность трансформации команды управления не выше 10'14; вероятность потери команды управления выше 10"14; вероятность образования ложной команды управления или контрольного сообщения не выше 10"'2.

Указанные требования к достоверности информации систем технической диагностики объектов энергетики в настоящее время не выполняются, в результате реальный уровень достоверности информации оказывается на несколько порядков ниже, чем определяемый стандартами.

В последнее время в связи с возрастающей сложностью и информационной насыщенностью производственных технологических процессов энергообеспечения особое внимание уделяется автоматизации измерений. Приходится констатировать, что используемые в настоящее время способы измерений не достаточно эффективны. Вместе с тем существуют значительные возможности для повышения достоверности управляющей информации и контрольных сообщений, а также точности измерений электрических

параметров. Все вышесказанное определяет необходимость постоянного увеличения интенсивности исследований по повышению эффективности технической диагностики энергетического оборудования, связанной с созданием принципов эффективного кодирования ' команд управления и сигналов состояния энергетического оборудования, методов компенсации погрешностей измерения электрических параметров ЭО, способов повышения быстродействия и точности измерения электрических параметров.

Поэтому представляются актуальными исследования, направленные на развитие теоретических основ, разработку методов и средств повышения эффективности автоматизированных систем технической диагностики. Целью диссертационной работы являются развитие теоретических основ, разработка методов и средств, обеспечивающих повышение достоверности, быстродействия и точности измерений автоматизированных систем технической диагностики энергетического оборудования.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач.

1. Провести анализ современного состояния автоматизированных систем технической диагностики сложных объектов.

2. Провести исследование теоретических подходов к повышению достоверности автоматизированных систем технической диагностики.

3. Разработать принципы кодирования и методику расчета достоверности сигналов состояния контролируемого оборудования в процессе технической диагностики.

4. Разработать способы повышения быстродействия информационных обменов в процессе технической диагностики.

5. Разработать способы повышения быстродействия и точности измерения электрических параметров контролируемого оборудования.

6. Разработать методику и провести экспериментальные исследования по оценке достоверности телесигнализации автоматизированных систем технической диагностики.

Методы исследования. Теоретическую и методологическую базу исследований составили основные положения теории вероятности, теории кодирования информации, теории измерений, теории автоматизированного управления технологическими процессами, методы технической диагностики, принципы расчета электрических схем.

Научная новизна. Диссертационная работа представляет собой

совокупность научно обоснованных технических разработок, направленных на совершенствование автоматизированных систем технической диагностики энергетического оборудования, создание принципов эффективного кодирования команд управления и сигналов состояния контролируемого оборудования, методов компенсации погрешностей измерения электрических параметров ЭО,

способов повышения быстродействия и точности измерения электрических параметров.

В процессе исследований и разработок получены следующие новые научные результаты.

1. Разработан способ кодирования дискретных сигналов состояния энергетического оборудования, сочетающий впервые синтезированный трехимпульсный корреляционный код с циклическим кодом.

2. Предложена методика расчета, математически обосновавшая, что предложенный способ кодирования обеспечивает получение высокого уровня "системной достоверности", характеризующийся суммарной вероятностей необнаруживаемых искажений информации и необнаруживаемых неисправностей элементов всей трассы доставки информации и составляющей 1,1-Ю'12, что на несколько порядков лучше параметров современных аналогов.

3. Предложен способ формирования и передачи информационных сообщений в процессе технической диагностики энергетического оборудования, который за счет рационального группирования контролируемых объектов позволяет уменьшить длину передаваемого сообщения в 4-20 раз.

4. Предложен математический аппарат по анализу погрешностей автобалансных мостовых измерителей, который дает возможность оптимально синтезировать устройства, позволяющие компенсировать или снизить влияние погрешностей на результат измерения электрических параметров в процессе технической диагностики.

5. Разработана методика определения параметров измерительных преобразователей, которая обеспечивает повышение их быстродействия в среднем на 15 % за счет оптимального выбора значения критерия £Зр и полной компенсации динамической погрешности.

6. Разработано устройство высоточного измерительного преобразователя, основанное на методе замещения и обеспечивающее повышение точности измерений электрических параметров на 25-40 %.

Научная новизна полученных результатов работы подтверждена свидетельствами об официальной регистрации программ для ЭВМ №2012613973, №2012614888.

Практическая ценность результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в разработке методов и средств, которые в составе автоматизированных систем технической диагностики обеспечивают повышение показателей достоверности, быстродействия и точности измерений параметров энергетического оборудования. Гибкость предложенных решений

делает возможным их применение в автоматизированных системах технической диагностики в приборостроении, электроэнергетике, атомной энергетике, ж/д транспорте, авиационных и морских терминалах, крупных промышленных предприятиях, мегаполисах, нефтегазопроводах и др.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Для обеспечения высокого уровня системной достоверности сигналов состояния контролируемого оборудования в процессе технической диагностики необходимо совместить процедуры ввода информации от датчиков с кодированием.

2. Способ трехимпульсного корреляционного кодирования, основанный на проведении процедуры кодирования для всех датчиков одновременно на трех разделенных по времени этапах, который формируя две разрешенные и четыре запрещенные кодовые определяет наличие и тип неисправности или отсутствие искажений в информационном сообщении и обеспечивает суммарную вероятность необнаруживаемых искажений информации и необнаруживаемых неисправностей элементов всей трассы доставки информации 1,1 -КГ12.

3. Способ формирования и передачи информационных сообщений в процессе технической диагностики энергетического оборудования основан на рациональном группировании контролируемых объектов и позволяет уменьшить длину передаваемого сообщения в 4-20 раз.

4. Методика расчета погрешностей автобалансных мостовых измерителей учитывает относительную погрешность измерения суммарной мощности, которая воздействует на терморезистор; относительную погрешность суммарной мощности, связанную с изменением температуры окружающей среды; относительную погрешность измерения мощности смещения дает возможность компенсировать или снизить влияние погрешностей на результат измерения электрических параметров.

5. Для повышения быстродействия компарирующих преобразователей в среднем на 15 % необходимы оптимальный выбора значения критерия Ор, характеризующего динамику изменения замещающей мощности, которая поступает на терморезистор с генератора пилообразного напряжения и полная компенсация динамической погрешности, которая формирует замещающий сигнал и обусловлена инерционностью фильтра, за счет выбора линейной функции замещающего напряжения.

Апробация работы. Материалы диссертации обсуждались на Всероссийской межвузовской научно-технической конференции "Микроэлектроника и информатика" (Москва, Зеленоград, МИЭТ, 2012-2013-2015 г.г.), Всероссийской межвузовской научно-практической конференции

"Актуальные проблемы информатизации в науке, образовании и экономике" (Москва, Зеленоград, МИЭТ, 2012-2013-2014 г.г.), Международной научно-технической конференции" Современные информационные технологии" (Пенза, ПГТА, 2013 г.), Международная телекоммуникацинная конференция студентов и молодых ученых «МОЛОДЕЖЬ И НАУКА» (Москва, МИФИ, 2012-2013 г.г.), Международной научно-практической конференции «Современные информационные технологии и ИТ-образование», (МГУ,2013г). Публикации по работе. Основное содержание диссертации отражено в 23 опубликованных работах, в том числе 7 статей в ведущих научных журналах, утвержденных ВАК и 1 статья в журнале, включенном в международную реферативную базу данных SCOPUS. Без соавторов опубликовано 8 работ. Автором получены 2 свидетельства РФ на программу для ЭВМ.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 99 наименований и_2_приложений. Общий объем диссертации 171 страниц (163 страниц основного текста), содержит 59 рисунков и б таблиц. В приложениях приведены документы о внедрении результатов диссертационной работы, а также фрагменты листингов разработанного программного обеспечения.

Краткое содержание диссертации Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются общие проблемы, цели и задачи исследования, рассматривается структура диссертации и взаимосвязь отдельных глав.

В первой главе проведен анализ современного состояния автоматизированных систем технической диагностики.

Функционирование современных АСТД основано на двух концептуальных положениях. Во-первых, АСТД через систему датчиков, измерительных преобразователей, нормализаторов и регулирующих устройств осуществляет непосредственную связь с объектом контроля. Во-вторых, АСТД должна обеспечивать автоматизированную техническую диагностику ЭО в режиме реального времени. На рис. 1 приведена структурная схема включения АСТД в замкнутый контур управления технологическим процессом.

С помощью цепочки преобразователей, последними в которой являются датчики первичных измерительных преобразователей (ПИП) измеряемые физические величины х¡, х2 ...х,, (например токи в цепи электродвигателя, или напряжения на обмотках статора) преобразуются в нормализованные аналоговые сигналы ylt уг •••ут значительно меньшего значения, форма представления которых является удобной для обработки в системе. Дискретные сигналы о состоянии контролируемого оборудования, обеспечивающего технологический процесс d,, d2 ...d,„ через устройство ввода дискретных сигналов поступают на центральную приемо-передающую станцию (ЦППС), где при необходимости формируются соответствующие команды управления.

Далее команды поступают к силовым исполнительным устройствам, которые вырабатывают посредством аппаратно-программных средств системы штатные управляющие воздействия 22, ...г„ с целью коррекции состояния объекта.

Для поиска путей совершенствования характеристик АСТД были рассмотрены важнейшие информационные характеристики систем-быстродействие и достоверность.

Л,

к видеотерминалу

УФКУ - устройство формирования команд управления. УВАС - устройство ввода аналоговых сигналов. УВДС - устройство ввода дискретных сигналов.

Рис.1. Структурная схема включения АСТД в замкнутый контур управления технологическим процессом

Для получения реальных показателей быстродействия и достоверности при анализе учитывались следующие факторы: возможность искажения информации в канале связи, что в итоге приводит к отказу приемника от приема

и обработки сигналов; задержку между первой и последующими передачами одного и того же сообщения в случае возникновения искажения первичного сообщения; возможность искажения данных при вводе информации от датчиков; возможность искажения данных при неисправностях линейных адаптеров и в других функциональных модулей, включенных в трассу доставки информации; возможность задержки начала передачи информации из-за занятости элементов КП или ЦППС, возможность неисправности аппаратуры трассы доставки информации.

По результатам проведенного анализа, автором получена зависимость

/ ч

1доставки

гнеоб ТС

= Е

Т

' XI

представленная на рис.2. Здесь Р„еоб ^

достоверность телесигнализации, определяемая как вероятность необнаруживаемых искажений, Тдоставки - реально достигаемое время доставки информации приемнику, г

установленное максимально допустимое время

передачи телесигнализации. Рнеоб тс

Рис. 2. Зависимость Р„ео6 ТС = доста°к" ;

Из представленной на рис.2 зависимости видно, что при превышении установленного максимально допустимого времени реальная достоверность может уменьшаться на несколько порядков. Таким образом по результатам анализа установленная сильная корреляция параметров быстродействия и достоверности информации АСТД, что делает необходимым использование комплексного показателя - системной достоверности при разработке методов и средств повышения эффективности систем технической диагностики.

Сформулированы цели диссертационных исследований, состоящих в развитии теоретических основ, разработке методов и средств, обеспечивающих

повышение достоверности, быстродействия и точности измерений автоматизированных систем технической диагностики энергетического оборудования.

Во второй главе разработаны методы повышения достоверности сигналов состояния энергетического оборудования. Проведенный автором анализ показал, что: для повышения достоверности информации необходимо вводить узлы диагностики, которые позволяют в динамическом режиме обнаруживать искажения по всей трассе доставки информации приемнику; временной сдвиг между обнаружением отказа и отображением его на центральном пункте управления системы должен быть минимальным, узлы диагностики должны обеспечивать динамический контроль работоспособности всех элементов системы, то есть обнаруживать неисправности, эквивалентные как коротким замыканиям («лишним» сигналам «1»), так и разрывам связей («лишним» сигналам «О»),

Таким образом обосновано, что для обеспечения высокого уровня системной достоверности сигналов состояния оборудования в процессе технической диагностики необходимо совместить процедуры ввода информации от датчиков с кодированием, то есть включить устройство кодирования сигналов в состав модуля ввода информации. Динамический контроль работоспособности может быть успешным, если в процессе ввода информации, совмещенного с ее кодированием, проверить возможность установки любого элемента модуля в состояние «1» и «О».

Автором был разработан способ, основанный на проведении процедуры кодирования для всех датчиков одновременно на трех разделенных по времени этапах - на первом этапе для каждого датчика дискретного сигнала формируют сигнал "1" или "О" для соответственно замкнутого и разомкнутого состояния, на втором этапе определяют наличие короткого замыкания или обрыва цепей связи датчиков с кодером, а на заключительном третьем этапе идентифицируется исправность элементов формирования выходного кода.

На рисунке 3 представлены кодовые комбинации трехимпульсного корреляционного кода (ТКК), образуемые на трех разделенных по времени этапах при кодировании сигналов отдатчиков и при формировании сообщения, передаваемого по каналу связи.

При замкнутом состоянии любого датчика на трех этапах кодирования образуется кодовая комбинация 110, а при разомкнутом состоянии - кодовая комбинация 010. Если зафиксирован обрыв цепи датчика с кодером устройства, на трех этапах кодирования для соответствующего датчика образуется кодовая комбинация 011, а при обнаружении короткого замыкания в цепи связи датчика с кодером - кодовая комбинация 101. При неисправности типа «ложное срабатывание» элементов, формирующих информационное сообщение для передачи по каналу связи, формируется кодовая комбинация 111, а при неисправности типа «отказ» - кодовая комбинация 000. Таким образом, для каждого рассмотренного случая формируется уникальная кодовая комбинация,

при анализе которой однозначно определяется наличие и тип неисправности или отсутствие искажений в информационном сообщении, принятом на центральном пункте управления.

замкнут Первый этап Второй Тоетий этап |

разомкнут ________ •

обрыв цепи связи с датчиком

1 1

Короткое замыкание 1 1

______________1

ложное срабатывание

отказ

Рис. 3. Кодовые комбинации трехимпульсного корреляционного кода

С учетом разработанных принципов кодирования вероятность необнаруживаемого искажения для канала ввода-вывода дискретных сигналов (телесигнализации) Р„е0б составляет необнаруживаемого искажения всего сообщения как сумму вероятностей всех его составляющих:

Рнеоб ~ Рввод+ Ракп Рппт Рзащ.) О )

где Ртод - вероятность необнаруживаемых искажений при вводе и одновременном кодировании для образования трехимпульсного корреляционного кода; Раш, - вероятность необнаруживаемого искажения кода идентификации адреса контролируемого пункта (КП); Рти„ - вероятность необнаруживаемого искажения кода идентификации типа сообщения; Рзащ -вероятность необнаруживаемого искажения контрольной последовательности кода.

\2 / _ VI-2

Рдвод ~п

гед~,

' стр

1 чикл

1

Т,

стр

1 цикл у

(2)

где Р0 - вероятность такого воздействия помехи при повторном искажении вводимого сигнала состояния оборудования, которое противоположно воздействию при первичном искажении, п - разрядность кодовой комбинации,

равная количеству датчиков, Р,д - вероятность однократного искажения сигнала из-за воздействия помех, Тстр - длительность сигнала стробирования сигнала от датчика, Тч„ы - период между смежными циклами опроса состояния датчика.

циклического кода Следовательно при и, принимая

Использование контрольной последовательности обеспечивает получение кодового расстояния с{>4. наложении контрольной последовательности на

Г т Л"~2

1 -Р.

ед

' стр

>1 получим

1/Ш у

( / _ N 2\

Р ввод пР0 о стР гед Т

\ ^ 1 чикл / /

С4

(3)

Учитывая длину кодов идентификации адреса КП, типа информационного сообщения и контрольной последовательности циклического кода, получим показатель

Р + р + р 1 акп 1 тип 1 эспц

4).

(4)

где с!, - код идентификации адреса контролируемого пункта (два байта), ¿2 - код идентификации типа информационного сообщения (два байта), с13 -информационное поле определяется исходя из разрядности представления информации для каждого датчика - 6 бит (по 3 бита прямого и инверсного кода) и общего количества датчиков, равного л=32, то есть И, - бп/8=24 байт, с/7 -поле защиты, контрольная последовательность кода (два байта). Следовательно

\4

Рнеоб

/ ( т "1

пР0 О С"Р Чд т ■

\ /

С1 +

Р4

ед

№

(5)

Подставляя числовые значения: Р^Ш4, п=32, Тстр=10~7 с, Т,1икя =]0~2с, Ро=1/8, ¿.1 = с12 = с12 =2, получим Р„СОб~ 1.11СГ12. Результирующее значение удовлетворяет наиболее жестким требованиям стандартов.

При оценке показателя достоверности следует учесть, что все модули трассы доставки информации от модуля - источника до приемника практически являются простыми ретрансляторами и не влияют на формат информационного сообщения. Таким образом, системную достоверность информации Рсист можно представить суммой Рн10б и суммой вероятностей необнаруживаемых неисправностей всех модулей трассы доставки информации от модуля -источника до приемника - Р„еуС„р.

+ р

1 1 неиспр

пРп

Т, ^

р - стр

"е -

гей

Т

цикл

С„4+ ^(с^+С^+С^)

+ (б)

где Р, - вероятность возникновения однократной неисправности элемента ¡-го модуля; <7,- -число элементов в /-м модуле. Показатель «4» устанавливается с учетом минимального кодового расстояния формируемого информационного сообщения.

Приняв Р^1СГ6, дг0,5-103. 1=5. получим Р„ = Рнеоб +-рштя,р = 1.103-1СГп . Таким образом, предложенный принцип кодирования обеспечивает высокий уровень системной достоверности информации.

Использование предложенного метода формирования кодового сообщения приводит к значительному увеличению времени передачи информации от датчиков и соответственно, длины информационной посылки.

Для избежания указанных проблем в диссертационной работе разработана методика передачи информации, позволяющая снизить длину информационного сообщения. Предложенная методика включает следующие аспекты:

- все объекты технической диагностики, контролируемые устройством ввода дискретных сигналов, должны быть разделены на подгруппы;

- идентификатором передачи сообщений от данной подгруппы является наличие сигнала «1» в начале передаче информации, идентификатором отсутствия передачи сообщений от данной подгруппы является наличие сигнала «О» в начале передаче информации;

- за идентификатором передачи сообщений от данной подгруппы осуществляется передача позиционного кода, который является идентификатором добавления в информационное сообщение данных от отдельных объектов данной подгруппы, далее осуществляется передача кодов зафиксированных данных для объектов, включаемых в сообщение.

Эффективность предложенного способа по сравнению с традиционным

определяется следующим коэффициентом.

к + ]± + 8

-* * А — , (7)

где М - количество объектов контроля, К - количество подгрупп, 5 - разрядность кода информационного сообщения.

Как было показано в работе, для оптимального варианта разделения объектов контроля характерно соотношение:

Копт=^Т5М. (8)

Принимая 8=16 и с учетом (7) и (8) построим графические зависимости аэфф (М), представленные на рис. 4.

Как видно из рисунка 4 предложенный способ формирования и передачи информационных сообщений за счет рационального группирования контролируемых объектов позволяет уменьшить длину передаваемого сообщения в 4-20 раз.

О-эфф

25 -20 -15 -10 -5 -О -

М

Рис. 4. Зависимость коэффициента эффективности передачи информационного сообщения от количества объектов контроля

В третьей главе исследованы и разработаны способы повышения быстродействия и точности измерения электрических параметров энергетического оборудования.

При синтезе эффективных систем технической технической диагностики одной из важных проблем является создание методов и устройств для измерения значений малых сигналов электрических параметров, в частности, величин токов, напряжений, мощностей и др. Проблема связана с тем, что автоматизация их измерения в настоящее время достаточно затруднительна из-за специфичности преобразуемого сигнала и использующихся в настоящее время измерительных преобразователей . Таким образом, для поиска наиболее эффективных средств измерения электрических параметров объектов технической диагностики необходимо провести анализ основных типов преобразователей.

Проведенный анализ показал эффективность применения в современных системах технической диагностики схем уравновешивания на основе терморезистивных мостовых схем, так как они обеспечивают высокую точность измерения, имеют более широкий диапазон изменения входных сигналов, менее подвержены влиянию различных дестабилизирующих факторов.

Стремление повышения эффективности процесса измерения и контроля значений малых уровней мощности объектов в процессе их технической диагностики привело к использованию автобалансных терморезистивных

мостовых измерителей (АМИС). Вместе с тем, необходимо принимать во внимание, что при измерении малых уровней мощности не обеспечивается требуемый уровень погрешности, таким образом проблема исследования источников возникновения погрешностей автобалансных мостовых измерителей и путей их снижения является актуальной.

Для решения указанной проблемы проведем анализ основных источников погрешностей АМИС.

Рассмотрим уравнение баланса мощностей, которые воздействуют на терморезистор:

Рц ~~Рсум ~Реп ~ Рсмещ » (9)

где Р„ - измеряемая мощность; Рсмсщ - мощность смещения; Рсум - суммарная мощность, которая воздействует на терморезистор; Ре„ - мощность, связанная с изменением температуры окружающей среды ЛТен.

Р„=-

2 Л

1п-

дь

п

Лмост

^ л смещ

Р

■'о

Р

1п-

МОА Твн

^смещ •

(10)

р

^мост

Рсум Т Г) (И)

Р Кмост

Рвн=МВАТвн, (12)

где Р„, - мощность, падающая на терморезистор, АТе„ - изменение внешней температуры, Я0 - начальное сопротивление терморезистора при температуре Т0 =20 °С, РМОст - величина сопротивления плеча моста, Н=рО - коэффициент рассеивания или мощность, которая рассеивается в терморезисторе при разности между температурами терморезистора и окружающей среды, составляющей 1°С, /¿=10"5 Вт-см"2 -°С - удельный коэффициент рассеивания для воздуха, П - площадь охлаждения.

Тогда с учетом (10)-(12) получим выражение для относительной погрешности измерения мощности АМИС:

вР- = р—Г р аН+аР % Рт КТ -

Рсум-Рен-Рсмещ ^ 1-^-1п—

Р Р-мост Р Рмост

^сум *сум

Из полученной зависимости (13) можно сделать вывод о том, что погрешность измерения мощности значительно увеличивается в случае измерения малых мощностей и значительных температурных колебаниях.

В частности, при постоянной внешней температуре неизменной и при условии Ризм =0, из (13) видно, что РсуМ=Рсм«ч, и тогда коэффициент влияния

погрешностей на результат измерения мощности

- Р р;ум Р—■ <14>

гсум гвн гсмещ

Таким образом предложенный математический аппарат по анализу погрешностей автобалансных мостовых измерителя, дает возможность оптимально синтезировать устройства, позволяющие компенсировать или снизить влияние погрешностей на результат измерения электрических параметров оборудования в процессе его технической диагностики.

Потребность в высокоточном измерении малых уровней мощности привела к необходимости создания устройств автоматического преобразования мощности, многие из которых строятся на основе компарирующих преобразователей. Анализ схемы компарирующего преобразователя и алгоритма его работы показал, что одной из определяющих погрешностей этих устройств является динамическая погрешность, которая формирует замещающий сигнал и обусловлена инерционностью фильтра. Проблема состоит в том, что данная погрешность значительно снижает быстродействие компарирующих преобразователей для снижения методической погрешности, которая обусловлена инерционностью фильтра, функция замещающего напряжения должна иметь линейный характер.

Далее приведем основные этапы методики расчета параметров преобразователя.

1. Определятся постоянная времени фильтра Тфийь„,р на основе допустимого уровня пульсаций на его выходе .

2. Исходя из величины минимальной измеряемой мощности Р„ т,„ из выражения (15) определяем значение критерия быстродействия Ор, для которого обеспечивается компенсация методической погрешности при определенном значении Тфшьтр за счет смещения начала отсчета

I Р"-М2ии -. (15)

3. Принимая во внимание требуемый минимальный уровень замещающего напряжения изал, на выходе генератора пилообразного напряжения, которое соответствует Ри „„•„ и определяется типом регистрирующего устройствая, из формулы (16) определяем значение Кг - резистивного коэффициента схемы преобразования:

^ зам

4. На основании зависимости (17), рассчитываем параметры генератора пилообразного напряжения.

(17)

¡ген

5. Определяем методическую погрешность при измерении мощности, которая обусловлена инерционностью фильтра:

~ 2КпфТфильтр -ф—'.ПГ^ • (18)

-'ген \кпф

откуда видно, что она имеет мультипликативный характер, которую нельзя компенсировать. 6. Для нелинейного характера замещающего напряжения изал, можно представить абсолютную методическую погрешность напряжения замещения изсш как сумму аддитивной и мультипликативной составляющих:

Г/ Т ИТ

/лтт 1 _ ^пит1 фильтр изам1филътр ..

IЛ , {19)

I ?

ген 1ген

тт у и пит1 фильтр

где первое слагаемое---— является адцитивнои составляющей

¡ген

Л Т ^ зам1 фильтр

погрешности, а ---— соответственно мультипликативной

¡ген

составляющей . В предположении линейного характера изменения напряжения замещения получим выражение для абсолютной методической погрешности:

г/ -г /АЛ \ — пит1 фильтр

(Дизам)мтд--

(20)

Из выражения (20) следует, что методическая погрешность измерения напряжения замещения определяется только аддитивной составляющей, которую компенсируют за счет смещения начала отсчета на величину -изам.

Результаты исследований показали, что разработанная методика определения параметров измерительных преобразователей обеспечивает повышение их быстродействия в среднем на 15 % за счет оптимального выбора значения критерия Ор и полной компенсации динамической погрешности.

В работе разработано устройство высоточного измерительного преобразователя для объектов технической диагностики, которое обеспечивает компенсацию большинства видов погрешностей. Работа устройства основывается на оспользовании принципа замещения.

Выходное напряжение устройства, которое является мерой измерения

мощности можно определить, как

■^j^-дея 1 (21)

-■Щдел

где Рмощ - мощность, которая рассеивается на чувствительном элементе, Кмощ -коэффициент преобразования в мощность, Кды - коэффициент деления в схеме преобразования.

Из полученной зависимости можно сделать вывод, что выходное напряжение устройства UWXJKm не зависит от временных характеристик генератора замещающего напряжения, что обеспечивает повышение точности преобразования. В ходе экспериментальных исследований установлено, что разработанное устройство обеспечивает повышение точности измерений на 2540 %.

В четвертой главе разработаны методика и представлены результаты экспериментальных исследований достоверности телесигнализации автоматизированных систем технической диагностики.

С целью проверки эффективности разработанных ранее основ теории, автоматизированных систем технической диагностики была создана экспериментальная установка, которая должна обеспечить возможность испытаний АСТД в нормальных условиях эксплуатации, а также создать условия для имитации основных факторов, влияющих на достоверность системы. При создании установки ставилась задача учитывать необходимость передачи большого числа сигналов состояния оборудования (телесигнализации) ~1013 в приемлемое для проведения эксперимента время. Структурная схема экспериментального стенда, учитывающего указанные выше требования, приведена на рис.5.

Контакты промежуточных реле, подключаемые в реальных системах к исполнительным механизмам - выключателям, пускателям, разъединителям, по цепи информационной обратной связи стенда подключаются к входам устройства ввода дискретных сигналов УВДС.

Благодаря тому, что в БПР выделяется по два переключающих контакта для сопряжения с одним исполнительным механизмом, в стенде каждый переключающий контакт используется в качестве двух датчиков дискретных сигналов (ТС). Другими словами один БПР используется в качестве четырех датчиков ТС, а три БПР эквивалентны 12 датчикам ТС. В приведенной схеме стенда каждая принятая (и отклоненная) команда ТУ приводит к вводу в УВДС 12 ТС, которые через внутреннюю магистраль и контроллер KAM вводятся в ПЭВМ. Стендовая программа ПЭВМ регистрирует общее число принятых неискаженных и искаженных сигналов. При этом неискаженные сигналы должны соответствовать принятому состоянию промежуточных реле при выполнении команды «включить» и «отключить», а также обязательное

п = I

отсутствие любого из указанных сигналов в цикле формирования и передачи искаженной команды ТУ.

За одни сутки формируется порядка 1016 телесигналов, что вполне достаточно для реальности эксперимента по определению достоверности ТС.

Генератор синусоидальных сигналов помех 50-1000 Гц

МИЛ -модуль источника питания КАМ - контроллер внутренней магистрали. Сопряжение с ПЭВМ УЛА - устройство линейного адаптера, ретранслятор УВДС - устройство ввода дискретных сигналов (телесигнализации) УПВКУ №1-устройство приема и вывода команд телеуправления УПВКУ №2-устройство приема и вывода команд телеуправления УПВКУ №3-устройство приема и вывода команд телеуправления

Подключение к источнику 220В постоянного или переменного напряжения Сопряжение с ПЭВМ стенда, управление внутренней магистралью Сопряжение с КП по магистральному или радиальному каналу связи Устройство ввода дискретных сигналов от контактов БПР или от имитатора БПР - блок вывода сигналов управления механизмами через блок промежуточных реле №1 БПР - блок вывода сигналов управления механизмами через блок промежуточных реле №2 БПР - блок вывода сигналов управления механизмами через блок промежуточных реле №3

Рис.5. Схема экспериментального стенда для определения достоверности

достоверности

По результатам экспериментальной проверки телесигнализации получены следующие результаты:

- вероятность необнаруживаемых искажений передачи ложных ТС в нормальных условиях эксплуатации до воздействия помех составляет: р _ Мложи_тс\ _ 60 нео6-т = = 1,1398*1016

= 5,3-Ю"15

- вероятность необнаруживаемых искажений передачи ложных ТС в нормальных условиях эксплуатации после воздействия помех составляет:

п Nдожн

гНеоб_тсг= л/э,в_ГС2 = 1,1403 * 1016 ~ '

- вероятность необнаруживаемых искажений передачи ложных ТС при воздействии помех составляет:

п Мложн

_тсг 274 _ 14

иеоб-гсз " ^экд_тс3 " 1.1404П016 = ' Таким образом, результаты экспериментальной проверки достоверности телесигнализации показали, что низкая вероятность передачи ложных ТС как при нормальных условиях, так и при воздействии помех, значительно превышают значения, оговоренные в ГОСТ 26.205-88 (10' -10' ), являются подтверждением высокого качества устройства ввода дискретных сигналов и способа трехимпульсного корреляционного кодирования.

В заключении диссертации сформулированы основные выводы и полученные результаты.

Основные выводы и результаты работы

В соответствии с целями и задачами представленной диссертационной работы были получены следующие результаты:

1. Теоретически обосновано использование комплексного показателя -системной достоверности при разработке методов и средств повышения эффективности автоматизированных систем технической диагностики.

2. Разработан способ кодирования дискретных сигналов, сочетающий новый трехимпульсный корреляционный код с циклическим кодом, обеспечивающий высокий уровень "системной достоверности", характеризующийся суммарной вероятностей необнаруживаемых искажений информации и необнаруживаемых неисправностей элементов всей трассы доставки информации и составляющей /,/• ¡(Г12, что на несколько порядков лучше параметров современных аналогов.

3. Предложен способ формирования и передачи информационных сообщений в процессе технической диагностики энергетического оборудования, который за счет рационального группирования контролируемых объектов позволяет уменьшить длину передаваемого сообщения в 4-20 раз.

4. Предложен математический аппарат по анализу погрешностей автобалансных мостовых измерителей, который дает возможность оптимально синтезировать устройства, позволяющие компенсировать или снизить влияние погрешностей на результат измерения электрических параметров оборудования в процессе его технической диагностики.

5. Разработана методика определения параметров измерительных преобразователей, которая обеспечивает повышение их быстродействия в

среднем на 15 % за счет оптимального выбора значения критерия^ и полной компенсации динамической погрешности.

6. Разработано устройство высоточного измерительного преобразователя для объектов технической диагностики, основанное на методе замещения и обеспечивающее повышение точности измерений на 25-40 %.

7. Разработана методика и проведены экспериментальные исследования достоверности телесигнализации АСТД, результаты которых подтвердили эффективность разработанных способов кодирования, в частности вероятность необнаруживаемых искажений передачи ложных ТС как минимум на два порядка превышает уровни, оговоренные в ГОСТ 26.205-88.

8. Результаты диссертационных исследований автора внедрены в учебный процесс Национального исследовательского университета "Московский государственный институт электронной техники" , а также в НИР "Разработка основ теории, принципов построения и методов технической реализации многофункциональных систем для управления, технической диагностики и экологического мониторинга распределенных промышленных объектов ТЭК" (Шифр "2013-1.5-14-515-0059-011").

Опубликованные работы по теме диссертации

1. Чжо Зо Е, Тайк Аунг Чжо, Касимов P.A., Чжо Зин Лин, Смирнов В.О. Повышение эффективности внутренних информационных обменов в распределенных системах управления// научно-технический журнал "Естественные и технические науки".- М.: Изд-во ООО "Компания Спутник+", 2012,- № 4(60),- С.277-278. (Перечень ВАК)

2. Чжо Зо Е, Тайк Аунг Чжо, Баин A.M., Касимов P.A. Методика повышения эффективности межмодульных информационных обменов в автоматизированных системах управления объектами энергетики// Вести высших учебных заведений черноземья,- №1 (31), 2013.- С.49-53. (Перечень ВАК)

3. Чжо Зо Е, Пайе Тэйн Наин, Тайк Аунг Чжо. Модели обнаружения и технической диагностики неисправностей объектов в приборостроении// Вести высших учебных заведений черноземья,- №3, 2013. - С.32-36. (Перечень ВАК)

4. Тайк Аунг Чжо, Найнг Лин Зо. К вопросу создания модели обнаружения и технической диагностики неисправностей объектов в автоматизированных системах/ Журнал «Научное обозрение».-№5, 2014.-С.150-154. (Перечень ВАК)

5. Портнов.Е.М., Чжо Зо Е, Тайк Аунг Чжо,Чжо Зин Лин. Исследование теоретических подходов к повышению достоверности технической диагностики// Научный журнал «Научное обозрение».- №14, 2015.-С.134-137. (Перечень ВАК)

6. Тайк Аунг Чжо, Чжо Зин Лин. Методика повышения достоверности систем технической диагностики// Информационно-аналитический журнал

«Актуальные проблемы современной науки».-№4, 2015.-С.169-171. (Перечень ВАК)

7. Тайк Аунг Чжо, Чжо Зин Лин. Разработка высоточного устройства измерения малых сигналов мощности// Информационно-аналитический журнал"Актуальные проблемы современной науки".-№4.-2015.-С.172-174. (Перечень ВАК)

8. Тайк Аунг Чжо. Методика повышения надежности в автоматизированной системе управления для технической диагностики/ Современные информационные технологии"Сборник статей международной научно-технической конференции", Пенза, 2013.- С.183-186. (Статья)

9. Лисов О.И.,Портков .Е.М., Чжо Зо Е,Тайк Аунг Чжо. Методика оценки эффективности процесса технической диагностики сложных стистем/ Проблемы разработки информационных технологий и подготовки ИТ-кадров «Сборник научных трудов». -М.:МИЭТ, 2012.-С.83-86. (Статья)

10. Тайк Аунг Чжо. Методика определения реального быстродействия информационных обменов в распределенных системах управления энергообъектами/ VIII Международная научно-практическая конференция «Современные информационные технологии и ИТ-образование». -М.:МГУ.-С. 738-743. (Статья)

И. Тайк Аунг Чжо. Разработка методики тестирования при проведении технической диагностики// 19-ая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция "Микроэлектроника и информатика-2011" . -М.: МИЭТ, 2011.- С. 151. (Тез.докл.)

12. Тайк Аунг Чжо, Чжо Зин Лин. Методика определения реального времени фиксации дискретных событий в вычислительных системах/ 5-я Всероссийская межвузовская научно-практическая конференция-«Актуальные проблемы информатизации в науке, образовании и экономике-2012»:.-М.:МИЭТ, 2012. - С. 123. (Тез.докл.)

13. Чжо Зо Е, Тайк Аунг Чжо. Методика повышения быстродействия информационных обменов при проведении централизованного контроля/ XVI международная телекоммуникационна-я конференция молодыхученых и студентов «МОЛОДЕЖЬ НАУКА». ,-М.:МИФИ.- Часть 3,2013. -С.129. (Тез.докл.)

14. Тайк Аунг Чжо.Моделирование информационных потоков автоматизированной системы технической диагностики.// 20-ая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция«Микроэлектроника и информатика - 2013». -М.'.МИЭТ ,2013,-С.170. (Тез.докл.)

15. Тайк Аунг Чжо. Методика повышения реальной скорости информационных опросов в распределенных системах управления/ 6-я Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы информатизации в науке, образовании и экономике - 2013». -М.:МИЭТ,2013.-С.146. (Тез.докл.)

16. Тайк Аунг Чжо. Повышение метрологической надежности систем технической диагностики/ 7-й Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы информатизации в науке, образовании и экономике-2014».-М: МИЭТ.2014. -С.124. (Тез.докл.)

17. Тайк Аунг Чжо, Чжо Зин Лин. Методика повышения быстродействия информационных обменов при проведении технологической диагностике/ 21-ая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция «Микроэлектроника и информатика- 2014».-М: МИЭТ, 2014,- С.133. (Тез.докл.)

18. Тайк Аунг Чжо. Снижение погрешностей автобалансных мостовых измерителей параметров электротехнического оборудования// 22-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2015». -М.:МИЭТ,2015. С.201. (Тез.докл.)

19. Тайк Аунг Чжо. Методика вьщеления подозреваемых неисправностей при диагностике многомашинных вычислительных систем/ XV Международная телекоммуникацинная конференция студентов и молодых ученых «МОЛОДЕЖЬ И НАУКА»,часть 3. -М.: НИЯУ МИФИ, 2012, -С.118. (Тез.докл.)

20. Kyaw Zaw Ye, Е.М. Portnov, L.G. Gagarina, A.M Bain, Htike Aung Kyaw. Development of Algorithm and Method for Multi-MachineTroubleshooting Systems Based on Technical Diag-nostics/World Applied Sciences Journal 32 (6)" 1121-1129, 2014,ISSN 1818-4952,DOI: 10.5829/idosi. wasj.2014. 32.06.657. (Google Scholar)

21. K.Z. Ye, H.A. Kyaw, E.M. Portnov, A.M. Bain, P. Vasant. The efficiency of detecting the failures and troubleshooting while applying technical diagnostics for multi-computer systems// Archives of Control Sciences Volume 25(LXI) № 1 pages 87-107. (SCOPUS)

22. Лисов О.И.,Портнов .E.M., Чжо Зо ЕДайк Аунг Чжо,Чжо Чжо Лин, Баин A.M. Программный комплекс для обучения основам технической диагностики на основе И-ИЛИ графов,№2012613973,2012. (Свидетельство)

23. Тайк Аунг Чжо, Чжо Зо Е, Гагарина Л.Г., Портнов .Е.М., Баин A.M. Программный комплекс для полного тестирования элементов многокомпьютерных систем, №2012614888,2012. (Свидетельство)

Подписано в печать:

Формат 60x84 1/16 Уч.-изд.л. J, Х-

Тираж ¿¿Г экз. Заказ №

Отпечатано в типографии НИУ МИЭТ.

124498, г.Москва, Зеленоград, площадь Шокина, д.1, НИУ МИЭТ.