ЭАСУ

2. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ

2.I. Эксплуатация систем управления СЭУ.

2.1.1 Условия эксплуатации

Сохранение работоспособности средств автоматизации (СА) в течение заданного срока эксплуатации в большой степени зависит от технологии и качества ее изготовления, монтажа, на­ладки, от соблюдения требований инструкций по обслужи­ванию в период эксплуатации и от качества выполнения ре­монта.

На работоспособность СА существенно влияют различные факторы: ● особенности судовых условий эксплуатации: качка, ходовая вибрация, сотрясения от ударов волн о корпус корабля, резкие перепады давления, температуры и влажности окружающей среды, микроорганизмы (плесневелые грибки);

● механические, электричес­кие, тепловые и другие нагрузки: в отдельных слу­чаях могут быть механические повреждения целостности паек, мест уплотнений в гидравлической и пневматической аппаратуре, напряжение контактных соединений. В процессе длительной эксплуатации происходит износ деталей трения, ухудшаются диэлектрические свой­ства изоляционных материалов, окисляются контакты ком­мутирующих элементов, возникает коррозионный налет, раз­рушаются металлические и лакокрасочные покрытия, диэлектрические материалы. При высокой температуре окру­жающей среды происходит перегрев электрических СА, что может привести к выходу их из строя.

● по мере выработки ресурса вследствие естественного износа изменяются первоначальные размеры деталей, меха­нические, физические и химические свойства материалов. Этот процесс принято называть старением. В процессе ста­рения изменяются параметры и характеристики, т.е. изменяются параметры аппаратуры. Детали из пластмассы, изоляция проводов, кабелей, а также резинотехнические детали и изделия (РТДИ) с течением времени теряют физико-технические свойства и не могут выпол­нять своего назначения.

2.1.2 Особенности технической эксплуатации

Технической эксплуатацией средств автоматизации называ­ется ее хранение, транспортирование, техническое исполь­зование по прямому назначению (собственно эксплуатация), ТО и ремонт.

В процессе эксплуатации аппаратуры необходимо прове­дение организационно-технических мероприятий - техни­ческих осмотров (ТО) и ремонтов для обеспечения поддер­жания надежности автоматики в течение заданного периода технической эксплуатации.

Эффективность эксплуатации систем управления обеспе­чивается уровнем подготовки обслуживающего персонала, выполнением требований инструкции по эксплуата­ции и техническому обслуживанию; поиском и устранением неисправностей за минимально возможное время, оптималь­ным комплектом ЗИП.

Изучение аппаратуры и правил ее эксплуатации осущест­вляется по эксплуатационным документам. В комплект экс­плуатационных документов входят:

I) техническое описа­ние;

2) инструкция по эксплуатации;

3) инструкция по ТО;

4) инструкция по монтажу;

5) формуляр или паспорт;

6) ведомости одиночного, ремонтного и группового комп­лектов ЗИП;

7) ведомость эксплуатационных документов.

Техническое описание и инструкция по эксплуатации предназначены для: ― изучения конструкции, принципа действия и правил эксплуатации СА;

― изучения правил техники безопасности;

― руководства по обнаружению и устранению неисправностей и отказов;

― руководства по регулировочным и наладочным работам;

― руководства по проведен­ию ТО в процессе эксплуатации и при длительном бездействии.

В инструкции по ТО указываются виды осмотров, их периодичность, приводится перечень работ по каждому ви­ду осмотра и основных проверок для оценки технического состояния аппаратуры, которые следует выполнять после каждого вида ТО, указываются меры безопасности, пога­док и правила ТО для различных условий эксплуатации.

Основной раздел инструкции по монтажу содержит тре­бования к монтажу, регулировке, наладке и вводу в дей­ствие систем управления в период монтажных и наладочных работ и испытаний. В инструкции излагаются меры безо­пасности, предосторожности, указания по транспортировке, установке, хранению.

В формуляре приводятся основные параметры и техничес­кие характеристики аппаратуры и отражаются сведения по ее техническому использованию, обслуживанию и ремонту за весь период эксплуатации (в том числе по наработке, неисправностям, отказам, замене дета­лей).

Ведомости ЗИП определяют номенклатуру, количество и укладку запасных частей, инструмента, принадлежностей и материалов, необходимых для обеспечения и восстановления работоспособности аппаратуры в течение всего периода эксплуатации.

По ГОСТ 27.002 работоспособным называется состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции, сохраняя значение заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической доку­ментацией. Если значение хотя бы одного заданного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям указанной документации, то состояние аппаратуры считается неработоспособным.

2.2. Характерные неисправности.

Неисправности и отказы (нарушение работоспособности) пневмогидромеханических средств СА вызывают следующие причины:

− износ деталей трения;

• коррозионное и эрозионное разрушение металлических деталей;

• остаточная деформация деталей из-за чрезмерных ударных нагрузок и резких колебаний давления рабочей среды (смятие гофров сильфонов, игл и их опор и др.);

- ослабление крепежных деталей и нарушение контровки регулировочных элементов вследствие вибрации;

• увеличение люфтов в передаточных звеньях вследствие износа деталей;

• облитерация каналов и трубок гидравлических и пневматических систем;

• загрязнение сжатого воздуха в пневматических системах водомасляной эмульсией;

• нарушение плотности пневматических и гидравлических соединений;

• засорение сопел и повреждение мембран пневмоэлементов;

• повреждение РТДИ (мембран, манжет, уплотнительных колец, прокладок);

• некачественное изготовление и сборка деталей, ошибки при выполнении монтажа.

Основными причинами неисправностей и отказов электри­ческих схем являются:

• обрыв электрической цепи из-за высокой вибрации,

• значительное увеличение или уменьшение сопротивления цепей вследствие старения;

• короткое замыкание из-за электрического пробоя изоляции или замыкание проводов на корпус;

• падение сопротивления изоляции, повреждение изо­ляции;

• отказы и неисправности;

• нарушение мест паек.

2.3. ППО и ППР

Комплекс организационно-технических мероприятий, обеспечивающих поддержание исправности или работоспособ­ности аппаратуры при ее подготовке к использованию и использовании по прямому назначению, при хранении и транспортировании, называют техническим обслуживанием. Главная задача технического обслуживания - поддержание надежности аппаратуры путем выполнения профилактических работ, направленных на предупреждение преждевременного изнашивания, повреждений, неисправностей и отказов.

В период собственно эксплуатации через определенное время или после определенной наработки производятся пла­новые профилактические осмотры (ППО) и ремонты (ПЛР) с целью поддержания и восстановления работоспособности автоматики, находящейся в эксплуатации.

Периодичность и объем ППО и ППР СА устанавливается инст­рукцией по эксплуатации. При выполнении осмотров иногда обнаруживаются признаки, предшествующие отказу (значитель­ное ухудшение характеристик, видимый износ и др.), что позволяет заменить элемент, не ожидая его отказа. При применении средств технической диагностики можно получить объективные данные о техническом состоянии средств автоматизации, на основе которых выполняется ремонт или замена элементов. Наибольшая эффективность ТО достигается при непрерывном контроле технического состояния.

Неплановые ремонтные работы производят после обнаружения неисправностей и отказов. При этом выполняют работы по их отысканию и устранению. Заменяют вышедшие из строя отдельные элементы, регулируют выходные пара­метры блоков. При лучшей ремонтопригодности аппаратуры ремонт выполняется с минимальными затратами. Под ремонтопригодностью понимают приспособленность аппаратуры к быстрому обнаружению и устранению отказов и повреждений. Для сокращения времени отыскания неисправностей и отказов аппаратуры в инструкцию по эксплуатации включают специальные таблицы, в которых указывают характерные неисправности, их вероятную причину и метод устранения.

Работы по ППО и ППР включают в себя: I) внешний осмотр и чистку аппаратуры, проверку качества пайки, креп­ления монтажных проводов к клеммным платам; 2) измерение сопротивления изоляции блоков и систем в целом; 3) проверку надежности крепления аппаратуры, кабелей, тру­бопроводов; 4) проверку плотности соединений трубопро­водов с блоками и отсутствие провисаний трубопроводов; 5) регулировку или замену изношенных или вышедших из строя элементов; 6) контроль основных характеристик, параметров и сравнение их с номинальными значениями; 7) настройку модулей, блоков и системы пос­ле их замены.

Использование статистических данных, полученных в ходе эксплуатации и ремонта, позволяет быстро отыскивать и устранять неисправности в АСУ. Поэтому сбор, обработ­ку и анализ информации о надежности аппаратуры необходи­мо проводить в течение всего периода эксплуатации. На основе анализа причин неисправностей и отказов уточняют­ся способы их устранения и принимаются решения, направ­ленные на исключение подобных неисправностей в аппара­туре, находящейся в эксплуатации. Статистический мате­риал используется также для принятия мер, предотвращающих появление аналогичных неисправностей во вновь проек­тируемой аппаратуре. Это позволяет достичь требуемого уровня надежности САУ, полной выработки ресурса в те­чение срока службы.

Надежностью по ГОСТ 27.002 называется свойство изделий выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям эксплуатации.

Ресурсом считается наработка аппаратурой от начала эксплуатации до предельного значения, т.е. сумма вре­мени в часах использования системы управления по прямому назначению.

Предельным считается состояние, при котором дальней­шая эксплуатация автоматики невозможна или нецелесооб­разна из-за больших затрат, требующихся для восстановления работоспособности системы управления, или недопустима из соображений безопасности.

Срок службы - календарная продолжительность эксплуа­тации системы управления. Срок службы САУ составляет 10-12 лет, а ресурс до заводского ремонта - до 20 тыс.ч. Поскольку ресурс средств автоматизации составляет меньше 20 тыс. ч., в процессе эксплуатации через определен­ные периоды непрерывной работы аппаратуры допускаются их подрегулировка и замена. Эти периоды зависят от типа автоматики и достигают 3-5 тыс.ч.

Целями сбора, обработки и анализа информации о надеж­ности автоматики являются:

1. Изучение закономерностей появления неисправностей и отказов для выработки эффективных мер по их предупреждению и устранению.

1. Совершенствование ТО в период эксплуатации.

2. Уточнение номенклатуры и количества всех видов ЗИП.

3. Усовершенствование и упрощение методов поиска неисправностей и отказов.

5. Определение фактических показателей надежности.

6. Повышение качества эксплуатационных и ремонтных документов.

7. Создание средств техничес­кой диагностики.

8. Определение возможности продления ресурса и срока службы.

2.4. . Диагностирование.

При отыскании и устранении неисправностей и отказов рекомендуется определенная последовательность техноло­гических операций:

• отыскание отказавшего или неисправного элемента, вероятных причин характерных неисправностей и методов их устранения (с помощью таблицы характерных неисправностей;

• подготовка КИП, инструмента и приспособлений;

• набор запасных частей взамен вышедших из строя;

• замена отказавшего элемента;

• проверка и регулировка аппаратуры после устранения отказа или неисправности.

Поиск любой неисправности или отказа начинается с внешнего осмотра. Например, в аппаратуре электроавтома­тики внешним осмотром при снятом питании проверяют от­сутствие механических повреждений, пробоя, нагара, сле­дов почернения, надежность контактных соединений. Иног­да производят проверку под напряжением (с соблюдением правил техники безопасности), в процессе которой следят за возможным появлением искрения и дыма, за перегревом.

Однако отыскать неисправные или отказавшие элементы с помощью только внешнего осмотра в большинстве случаев не удается. Персонал должен знать рациональные спо­собы и методы отыскания и устранения отказавшего элемен­та.

В сочетании с внешним осмотром применяют следующие методы поиска неисправных элементов.

1. Метод замены при снятом питании. Состоит в том, что предполагаемые неисправные элементы заменяют исправными. Метод целесообразен для систем, в которых используются унифицированные блоки, устройства, модули. Если работо­способность аппаратуры при замене восстановилась, то замененный элемент был неисправен. Если работоспособность восстановилась, то проверяемый элемент был исправен, и необходимо продолжить поиск неисправности. В случае, если отказ проверяемого элемента обусловлен отказом друго­го элемента, то возможен выход из строя устанавливае­мого исправного элемента, а неисправный элемент при этом обнаружен не будет.

2. Метод исключения элемента. Состоит в том, что предполагаемый отказавший элемент отсоединяют от схемы и проверяют его на исправность (с помощью специального стенда, аппаратуры и др.).

2. Метод введения в схему дополнительной неисправности. Заключается в том, что выполняют действие (например, разрыв или замыкание какой-либо электрической цепи), ко­торые могут способствовать более четкому проявлению имеющегося отказа. Такой метод рационален в релейных схемах. Для имитации срабатывания контактов проверяемого реле перемычкой замыкают соответствующие клеммы блока. Если неисправность в схеме исчезла, то это значит, что проверяемое реле исправно.

2. Метод измерения общего сопротивления проверяемой электрической цепи при снятом питании. Если сопротивление цепи находится в допустимых пределах, то элементы проверяемой цепи исправны. При отказах каких-либо элементов (короткие замыкания, обрывы и др.) сопротивление цепи значительно изменяется, что и является призна­ком отказа.

5. Метод комбинации параметров. Заключается в измерении выходных параметров системы. В документации приводятся таблицы характерных неисправностей, в которых указываются неисправные элементы для определенных сочета­ний значений выходных параметров (в электрической цепи парамет­ры измеряются тестером). Например, для структурной схемы, состоящий из пяти элементов (рис.1), по таблице 1 можно определить неисправные элементы.

Рис.1. Структурная схема цепи управления

x_вх – входной параметр, x_вых – выходной параметр

Таблица 1

Таблица неисправностей

Отсутствующий выходной параметр	Номер неисправного элемента
Хвых1	4
Хвых2	3
Хвыхз	5
Хвых1 , Хвых2	3, 4
Хвых1 , Хвых3	4, 5
Хвых2 , Хвых3	3, 5 или 2
Хвых1 , Хвых2 , Хвых3	3, 4, 5 или 2, 4 или 1

В гидравлической аппаратуре для отыскания неисправнос­тей и отказов обычно используют таблицы характерных неис­правностей и методов их устранения (иногда приводятся и внешние проявления неисправностей), приведенных в инст­рукции по эксплуатации и ТО.

В пневматической аппаратуре методы отыскания неисправностей связаны с измерением аналоговых и дискретных сигналов в контрольных точках.

В некоторых электрических системах управления в настоя­щее время применяется встроенный автоматический контроль исправности функциональных блоков, входящих в состав блока управления. Функциональный контроль производится на неработающей системе и объекте управления по алгоритму, реализованному в блоке управления. В случае неисправности какого-либо функционального блока его идентификация выпол­няется по табло сигнализации с учетом приведенных в инструкции по эксплуатации рекомендаций.

Диагностирование представляет процесс определения технического состояния и прогнозирования ресурса техни­ческих средств.

При разработке новых систем обычно стремятся к макси­мальной автоматизации контроля и диагностики.

При организации диагностирования автоматизированного объекта разработчику не следует забывать о том, что су­ществуют проверочные процедуры, которые трудно автомати­зировать, но которые несложно выполнить обслуживающему персоналу (личному составу), поскольку для выполнения этих процедур не требуется высокой квалификации.

Кроме того, реальных и возможных повреждений в объек­те управления и системе управления может быть так много, что их трудно будет описать, не говоря уже о том, чтобы пытаться автоматизировать их поиск.

Поэтому увели­чение объема автоматизации необходимо в разумной степени.

Одним из путей решения этой проблемы является исполь­зование ЭВМ в системе диагностирования. В этом случае ЭВМ может решать задачи хранения исходных параметров, тенденций их изменения, основных неисправностей, причин их возникновения и способов их устранения. При возникновении какой-либо неисправности оператор может вызывать из памяти машины необходимую информацию для диагностирования.

Существующий подход к диагностированию основан на том, что все его способы делятся на две группы: с помощью средств безразборной диагностики (автоматического диагностирования бортовыми средствами) и с помощью средств, облегчающих деятельность оператора по отысканию неисправностей, в том числе средств диагностирования, разработанных для отдельных технических средств.

Объем необходимой для диагностирования информации велик, поэтому использование существующих методов записи информации является неэффективным и требует боль­шого объема памяти. Для уменьшения требуе­мого объема памяти машины и времени автоматизированно­го поиска вида неисправностей используются формальные модели алгоритмов диагностирования, которые можно полу­чить путем последовательной формализации систематизиро­ванных неисправностей, их характерных признаков и спо­собов их устранения, которые можно взять из технических описаний систем управления техни­ческими средствами.

В качестве математического аппарата для создания фор­мальных моделей алгоритмов диагностирования предлагает­ся использовать языки схем алгоритмов:

• блок-схемы алгоритмов (БСА);

• граф-схемы алгоритмов (ГСА);

• логические схемы алгоритмов (ЛСА);

• матричные схемы алгоритмов (МСА).

Исходной информацией при разработке формализованных алгоритмов диагностирования автоматизированных техничес­ких средств является текстовая (словесная) форма записи, которая представляет собой изменение взаимосвязей, харак­терных для исследуемого объекта, и содержит сведения о причинах и способах устранения характерных неисправностей.

Этот этап описания является наиболее важным и требует обстоятельного изучения автоматизированного объекта. От того, насколько полно будут отражены связи в словесном алгоритме управления, зависит эффективность автоматизации диагностирования. Поэтому, на данном этапе работа проводится совместно с опытными специалис­тами - конструкторами и эксплуатационниками, хорошо знающими исследуемую систему.

Однако непосредственный перевод текстовой формы запи­си в программу ПК сложен и не всегда обеспечивает яс­ное представление о характере управления.

В практике формализации алгоритмов пользуются формальными методами представления алгоритмов управле­ния. К ним относится блок-схемный метод алгоритмизации, логические схемы алгоритмов, граф-схемы алгоритмов, матричные схемы алгоритмов, язык регуляторных выражений и др.

БСА применяют для того, чтобы в первом приближении представить работу всего алгоритма диагностирования, для упрощения процесса алгоритмизации предварительно составля­ется алгоритм обработки конкретной информации о состоянии технического средства.

Графическое изображение алгоритма с текстовыми поясне­ниями носит название блок-схемы.

При блок-схемной алгоритмизации весь процесс управле­ния расчленяется на отдельные этапы - блоки. Каждый блок изображается в виде простейших геометрических фигур (пря­моугольника, ромба, круга и т.п.), блоку присваивается номер (метка) и он снабжается пояснительным текстом. Нап­равление процесса обработки информации в блок-схеме ука­зывается, соединением отдельных элементов блок-схемы стрелками. Если один блок передает управление другим блокам, то на стрелках связи указываются условия, при которых управляемый процесс разветвляется.

Иногда для лучшего обзора целую группу алгоритмов объединяют в один блок, т.е. в зависимости от сложности задачи составляют блок-схемы с различной степенью детал­изации.

Пример блок-схемного представления алгоритма диагнос­тирования объекта представлен на рис.2.

Преимуществами данного метода являются: облегчение работы по составлению полного и подробного алгоритма; возможность составления отдельных алгоритмов для каждо­го блока; облегчение чтения и понимания алгоритма, про­верки и отладки готовых программ, уменьшение количества ошибок.

Недостатками этого способа являются; отсутствие воз­можности использования его для дальнейшего синтеза ма­шинного алгоритма и ввода его в ПК; неконкретность детализации алгоритма.

При описании алгоритмов диагностирования применяются языки ГСА, ЛСА, МСА и язык алгебры алгоритмов.

Для составления схем алгоритмов используются иденти­фикаторы: для причин неисправностей A_i (i = 1, 2, 3...n), a для характерных признаков неисправностей α_j (j = 1,2, 3, ..., m).

Автоматизация задач поиска причин неисправностей и определение способов устранения для дизеля требует формализованного их представления.

Рассмотрим методику составления схемы алгоритма поис­ка неисправностей применительно к дизелю. Как показывает опыт эксплуа­тации дизелей', основными неисправностями являются следую­щие:

• дизель не запускается или пускается с трудом;

• дизель не развивает полной мощности (оборотов);

• повышенная вибрация дизеля;

• дизель работает неустойчиво;

• повышенная дымность дизеля;

• неисправны системы, обслуживающие дизель;

• дизель не останавливается;

• неисправен регулятор частоты вращения;

• неисправна система ДАУ;

• неисправна система регулирования наддува;

• неисправна АПСиЗ и т.п.

Каждая из указанных основных неисправностей имеет ряд признаков, при которых они проявляются, а конкретному признаку соответствуют определенные причины неисправнос­тей и способы их устранениям.

Например, часть таблицы не­исправностей при отказе систем, обслуживающих дизель, имеет вид, показанный в табл.2. Как видно из этой таб­лицы, понижение давления масла в масляной системе возмож­но по четырем причинам: неплотности во всасывающей магистрали масляного насоса, заклинивание перепускного клапана на масляной магистрали, засорение сеток на невозвратном клапане в масляной цистерне, снижение вяз­кости масла.

Вводим следующие обозначения (идентификаторы):

- логические условия α_i (i = 1, 2, ...,n) – характерные признаки основных неисправностей;

- операторы Aj (j =l, 2,...,m) - причины неисправностей. Например, для табл П.1:

- логическое условие Рм < Рм.доп;

- логическое условие t_M> t_Mдоп;

- логическое условие h_зол > h_золпер ;

А₀ - начало работы алгоритма;

A₁ - неплотности всасывающей магистрали;

А₂ - заклинило перепускной клапан;

А₃ - засорилась сетка в масляной системе;

А₄ - низкая вязкость масла;

А₅ - засорен холодильник;

A'₅ - падение давления масла.

С учетом принятых идентификаторов ( α_i , Aj ) составим ГСА для рассматриваемой таблицы неисправностей в системах обслуживания дизеля в полном объеме (рис.3).

Как видно из выше изложенного, объем программы, реализующей данную ГСА, определяется количеством текстовой информации.

В настоящее время можно указать следующие основные направления использования бортовых вычислительных машин в системах диагностирования состояния судовых технич­еских средств и их систем управления: для диагностирования состояния объектов и для обработки информации контролируемых параметров с целью оценки результатов диагностирования и принятия решений по использованию диагностирующих систем.

Таблица 2