Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лекции - Надежность и диагностика - файл надежность и диагностика .doc


Лекции - Надежность и диагностика
скачать (703.4 kb.)

Доступные файлы (1):

надежность и диагностика .doc1447kb.09.01.2009 14:32скачать

содержание
Загрузка...

надежность и диагностика .doc

  1   2   3
Реклама MarketGid:
Загрузка...
1.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ, ДИАГНОСТИКИ И РЕМОНТА СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

АВТОМАТИЗАЦИИ

Эксплуатация (от франц. exploitation — использование, извлечение выгоды) сложных технических систем автоматизации, а также отдельных частей, узлов и элементов — это стадия пребывания этих средств автоматизации у потребителя, на которой реализуется, поддерживается и восстанавливается их качество. Поня­тие эксплуатации может также включать в себя в общем случае использование по назначению, транспортирование, хранение, техническое обслуживание и ремонт. Любые технические объекты, и средства автоматизации в частности, после стадии проектирования проходят две основные стадии — изготовление и эксплуатацию. В свою очередь, процесс изготовления можно разбить на следующие части: про­изводство, наладка и сдача (внедрение) потребителю.

Требования, которым должен удовлетворять новый изготовленный эксплуати­руемый объект, определяются соответствующей нормативно-технической доку­ментацией. Объект, удовлетворяющий всем требованиям нормативно-технической документации, является исправным или находящимся в исправном техническом состоянии. Также используют термин «работоспособность» — спо­собность объекта выполнять все заданные ему функции с сохранением заданных значений параметров или признаков в требуемых пределах.

Неисправное и неработоспособное техническое состояние, а также техниче­ское состояние неправильно функционирующего объекта автоматизации, могут быть конкретно указаны путем перечисления соответствующих дефектов, нару­шающих исправность, работоспособность или правильность функционирования и относящихся к одной или нескольким составным частям объекта автоматизации, либо к объекту в целом [1].

Дефект (от лат. defectus) — изъян, недостаток, недочет. Обнаружение и поиск дефектов являются процессами определения технического состояния объекта ав­томатизации и называются общим термином «диагностирование».

Диагноз (от греч. diagnosis) — распознавание, определение. В свою очередь, задачами диагностирования являются: проверки исправности, работоспособности и правильности функционирования объекта, поиск дефектов. Диагностирование, как процесс, осуществляется теми или иными средствами диагностирования. Эти средства могут быть аппаратурными или программными. Средства и объект диаг­ностирования, взаимодействующие между собой образуют систему диагностиро­вания. Различают системы тестового и функционального диагностирования [6]. При тестовом диагностировании на объект подают специально подготовленные тестовые воздействия. При функциональном диагностировании, диагностирова­ние происходит в процессе применения объекта по назначению. При этом на объ­ект поступают только рабочие воздействия, предусмотренные самим ходом его функционирования. В обеих системах средства диагностирования воспринимают и анализируют ответные реакции объекта на входные воздействия и выдают ре­зультат диагностирования — диагноз.3

Системы тестового диагностирования предназначены для проверки исправно­сти и работоспособности, а также для поиска дефектов, нарушающих исправность и работоспособность объекта. Системы функционального диагностирования при­меняются для проверки правильности функционирования и для поиска дефектов, нарушающих правильное функционирование объекта.

Последовательность действий при диагностировании называется алгоритмом диагностирования и, как правило, включает в себя совокупность, так называемых, элементарных проверок объекта, а также правил, устанавливающих последова­тельность реализации элементарных проверок и правил анализа результатов. Ка­ждая элементарная проверка определяется своим тестовым или рабочим воздей­ствием, подаваемым или поступающим на объект, и составом контрольных точек, с которых снимается ответная информация с объекта. Результатом элементарных проверок являются конкретные значения ответных сигналов объекта в соответст­вующих контрольных точках.

Контроль — процесс сбора и обработки информации с целью определения со­бытий. Если событием является факт достижения некоторым параметром объекта определенного заданного значения (уставки), то можно говорить о контроле па­раметров. В связи с этим системы тестового диагностирования являются разно­видностью систем управления, так как в них реализуется выработка и осуществ­ление специально организованных тестовых (управляющих) воздействий на объ­ект, с целью определения технического состояния последнего. Системы функцио­нального диагностирования можно считать системами контроля, не требующими подачи на объект целенаправленных воздействий. Дефект — отдельное несоот­ветствие установленным требованиям.

В процессе технического обслуживания, как комплекса работ по поддержанию исправности и работоспособного состояния объекта, предусмотрены различные виды работ. В техническое обслуживание входят работы по непосредственному обеспечению работоспособности оборудования, такие как: профилактика, различ­ные виды ремонтов, контрольные мероприятия; а также конкретные мероприятия и работы технической подготовки к эксплуатации объекта автоматизации, боль­шая часть которых выполняется без снятия и разборки отдельных узлов и агрега­тов объекта.

Профилактика — совокупность технических мероприятий, предохраняющих объект от преждевременного износа, поломки.

Ремонт (от франц. remonte — поправить, пополнить, снова собрать) — сово­купность организационных и технических мероприятий, осуществляемых с целью восстановления исправности и работоспособности технического устройства (из­делия). Ремонт разделяется на текущий, средний и капитальный. Текущий ремонт направлен на устранение отказов и неисправностей, возникающих в процессе ра­боты объекта; средний и капитальный — на восстановление частично или полно­стью израсходованного ресурса средств системы автоматизации.

Ремонтопригодность — свойство средств автоматизации, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, отысканию и устранению причин и

4

последствий повреждений (отказов) путем проведения технического обслужива­ния и ремонтов.

Отказ — одно из основных понятий надежности — событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта, когда один или несколько рабочих пара­метров выходят за допустимые пределы. Отказы возникают вследствие отказов отдельных составляющих, расстройки, разрегулирования, разрушения или изме­нения структуры объекта, а также при воздействии внешних помех. Различают отказы внезапные и постепенные, полные и частичные, зависимые и независимые.

^ 2.ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ПОЯВЛЕНИЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ И ОТКАЗОВ В РАБОТЕ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ

Неисправность, неисправное состояние — состояние системы, устройства, при котором имеет место несоответствие одному или нескольким требованиям, предъявляемым как в отношении основных параметров, так и в отношении удобств эксплуатации, внешнего вида, комплектности и т.п. Неисправность — более общее понятие, чем неработоспособность (нерабочее состояние). Неисправ­ность возникает вследствие повреждения. Повреждение — событие, заключаю­щееся в нарушении исправности изделия. Повреждение может являться одной из причин нарушения работоспособности, т.е. отказа, причем при этом оно (повреж­дение) считается существенным. Несущественным повреждением считается такое повреждение, при котором работоспособность системы сохраняется [4].

Исправность — состояние системы, при котором его основные рабочие и вто­ростепенные параметры (внешний вид, работоспособность дополнительных и обеспечивающих удобство эксплуатации устройств) соответствуют техническим требованиям и, кроме того, система не имеет отказов резервных узлов и агрегатов. Отказы элементов системы можно разделить наследующие группы:

– отказы элементов, не влияющие на отказ системы в целом;

– отказы элементов, вызывающие частичный отказ системы;

– отказы, вызывающие полный отказ системы.

Отказы также бывают полные и перемежающиеся. Полный отказ характеризу­ется тем, что параметры системы выходят за установленные пределы и пока он (отказ) не будет устранен, использование системы невозможно. Перемежающиеся отказы (сбои) возникают на короткий промежуток времени, после которого сис­тема вновь восстанавливает свои свойства. Отказы также могут быть предсказы­ваемыми (закономерными) и случайными. Для предсказываемых отказов можно с некоторой степенью вероятности установить время (момент) их появления. Слу­чайные отказы являются результатом (следствием) большого количества факто­ров и сложных процессов. Вместе с тем не всегда можно установить причину от­каза. В зависимости от характера изменения параметра при отказе, различают по­степенные и внезапные отказы. Внезапный отказ — мгновенно (скачкообразно) система не обеспечивает нормальной работы. Постепенный отказ — медленное изменение параметров системы, после которого она не обеспечивает нормальной работы. Оба этих отказа условны, т.к. время, в течение которого выходной пара-5

метр выходит из допускаемых пределов, не регламентировано. Также необходимо отметить, что часто внезапный отказ системы обусловлен постепенным накопле­нием изменений физического состояния элементов системы или их взаимосвязей. Постепенный отказ, в свою очередь, может быть следствием накопления неболь­ших изменений, вызываемых внезапными отказами, происходящими на более низком уровне системы. Постепенные отказы являются результатом монотонного изменения параметров от самых различных причин. Этими причинами могут быть изменения внешних самых различных физических воздействий или любое разно­образное изменение состояния элементов системы в результате внутренних физи­ческих процессов. К таким необратимым процессам можно отнести процессы ес­тественного старения материалов или элементов, а также механический и элек­трохимический износ (коррозию). Большинство отказов взаимозависимо.

Интенсивность отказов элементов — статистическая оценка. Ее нельзя рассчи­тать, а можно найти, имея статистические данные эксплуатации или специальных экспериментов (испытаний).

Сложные системы, к которым относятся системы автоматизации, состоящие из значительного количества простых элементов испытывать на надежность трудно или невозможно.

Кроме отказов различают также сбои систем. Сбой — кратковременная само­устраняющаяся утрата системой работоспособности (кратковременный отказ).

Основными внешними физическими факторами, приводящими к неисправно­стям и отказам, являются:

– изменение температуры внутренней и внешней среды системы;

– наличие влажности;

– наличие агрессивных сред (газы, жидкости, пары, пыль, насекомые);

– влияние вибрации и ударов.

Все эти факторы приводят к естественному ухудшению параметров состояния элементов системы (естественному старению материалов) вследствие протекания различных физико-технических процессов.

Повышение температуры вызывает как постепенные, так и внезапные измене­ния в материалах [3]. При этом, как правило, ускоряются химические реакции. При периодических изменениях температуры, особенно около 0°C, происходят механические деформации элементов конструкций, вызывающие механические повреждения. При высоких рабочих температурах некоторые изоляционные мате­риалы разлагаются, изменяют свою внутреннюю структуру, выделяют из себя различные газы. С изменением температуры нелинейно изменяются величины электрического сопротивления и магнитной проницаемости для многих материа­лов. При низких температурах у большинства пластиков и резин сильно снижает­ся прочность на удар и повышается хрупкость. При длительном воздействии теп­ла происходят нежелательные изменения параметров материалов за счет медлен­но протекающих химических процессов, называемых тепловым старением, кото­рое существенно ускоряется под действием других физических факторов, напри­мер, ионизирующих излучений, вибраций, ультрафиолетового излучения, меха­нических воздействий, электрических полей. Также, при этом происходит изме-6

нение (чаще всего уменьшение) объема материалов, что приводит к растрескива­нию, отслаиванию от других элементов конструкции. При низких температурах, вода, заполняя трещины, поры и зазоры, замерзает и, расширяясь на 10% в объе­ме, вызывает дальнейшее увеличение дефектов.

Громадное различие температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) различных материалов затрудняет конструирование и изготовление со­единений и герметизации элементов систем.

ТКЛР (х 10 1/°С) при (20...200°С)

Алюминий 23,8

Бронза 17,6

Железо 12,2

Золото 14,3

Инвар 0,9…1,2

Латунь 17…18

Медь 16…17

Олово 23,8

Свинец 29,1

Серебро 19,7

Титан 7,5…8,5

Текстолит 20…40

Гетинакс 17…25

Стеклотекстолит 50…80

Керамика 6…12

Оргстекло 80…140

Полиэтилен 100…180

Фторопласт 50…110

Лавсан 50

Стекло 60…120

Кварц 0,5

Инвар (invariabilis — неизменный) — ферромагнитный сплав Fe(36%) и Ni; суперинвар — 32% Ni + 4% кобальта, ТКЛР 1 × 10 1/ºС при 80…100ºС.

Под действием влаги меняются цвет, шероховатость, электропроводность, по­верхностная прочность многих материалов.

Скорость проникновения коррозии вглубь металлов, мкм/год:

Pb — 4; Cu — 12; Zn — 50; Al — 8; Ni — 32; Fe — 200.

Также, скорость зависит от величины относительной влажности, температуры, наличия активных газов и частиц (пыли органического и минерального происхо­ждения) как в атмосфере, так и на поверхности материала. Различают также кон­тактную коррозию из-за различия электрохимических потенциалов различных ме­таллов (Al — – 1,3; Cu — + 0,34).

Непроводящие окисные пленки на контактных поверхностях существенно снижают надежность коммутационных узлов.

Механические воздействия на системы автоматизации могут возникать как в процессе эксплуатации, так и при транспортировке, и подразделяются на удары и вибрации. Удар — быстрое изменение ускорений. Удары вызывают механические разрушения элементов и затухающие колебательные движения отдельных эле­ментов конструкции. Вибрация — сложные периодические колебания, которые воздействуют продолжительное время с более низкими значениями ускорений, но в большом частотном диапазоне, что в свою очередь приводит к разрушению эле­ментов за счет усталости и механического резонанса.

7

Пыль и песок интенсифицируют коррозию и ухудшают изоляционные свойст­ва материалов, проникая в подшипники, увеличивают коэффициент трения, вызы­вают повышенный износ.

Старение и износ являются процессами постепенного, необратимого измене­ния элементов и конструкции систем, и, действуя совместно, в некоторых случа­ях, могут вызывать резкое изменение параметров. Старение происходит непре­рывно и не зависит от того, в рабочем или нерабочем состоянии находится систе­ма. Износ наблюдается только в рабочем состоянии системы.

Искусственное или естественное старение может как улучшать, так и ухуд­шать отдельные свойства материала. У пластичных материалов из-за старения по­являются остаточные деформации, а у упругих материалов теряются упругие свойства. Процессы старения и износа являются неизбежными. Их нельзя полно­стью предотвратить, можно только в некоторой степени уменьшить вызываемые ими последствия.

^ 3.ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ.

3.1.Взаимосвязь диагностики с надежностью и качеством функционирования средств автоматизации

Качество системы автоматизации есть совокупность ее свойств, обусловли­вающих пригодность системы удовлетворять определенные потребности в соот­ветствии с ее назначением [5]. Одним из показателей качества является показа­тель надежности как безотказности, долговечности, сохраняемости, ремонтопри­годности. Наиболее важными принципами, методами и средствами обеспечения надежности являются:

– выбор, совершенствование и создание новых материалов;

– поиск и реализация новых физических принципов работы систем автомати­зации;

– реализация новых видов энергии и способов ее преобразования;

– создание защитных условий применения систем в условиях тяжелых внеш­них воздействий;

– совершенствование технологий производства;

– применение различных видов резервирования и избыточности;

– реализация мероприятий, повышающих эффективность получения, обработ­ки и использования информации (применение защитных и помехозащищенных кодов, разработка качественного математического обеспечения).

Необходимо отметить, что мероприятия аппаратурного и информационного направления по повышению надежности имеют своей целью устранение дефек­тов, которые приводят к неправильной работе. Такие мероприятия «маскируют» дефекты из-за аппаратурной и информационной избыточности. Обнаружить де­фекты при этом весьма трудно. По мере увеличения количества дефектов воз­можно проявление различного вида отказов системы. При этом безотказность системы будет ниже, чем безотказность при отсутствии избыточности. Вместе с

8

тем необходимо осуществлять поиск неисправностей в условиях резервирования системы с целью поддержания ее защитных свойств.

Резервирование (от лат. reservo — сберегаю, сохраняю) — метод повышения надежности системы путем применения структурной, функциональной, информа­ционной и временной избыточности по отношению к минимально необходимой и достаточной для выполнения системой заданных функций.

Избыточность — наличие у системы возможностей сверх минимально необхо­димых для нормального функционирования. При диагностике систем должны ре­шаться вопросы определения технического состояния объекта за счет определе­ния исправности, работоспособности, правильности функционирования и поиска дефектов на всех этапах производства и эксплуатации систем.

Диагностическое обеспечение должно закладываться на стадии проектирова­ния, обеспечиваться на стадии производства и поддерживаться на стадии эксплуа­тации. Идеальная полнота обнаружения и глубина поиска дефектов систем не все­гда достижимы из-за невозможности получения необходимой информации, либо по технико-экономическим соображениям. Особенно нежелательна бесконтроль­ная неполнота обнаружения дефектов, когда неизвестно, какие возможные дефек­ты не обнаруживаются.

Современным средством проверки является моделирование поведения систе­мы как в исправном состоянии, так и при наличии в ней дефектов. Такое модели­рование называется диагностическим.

^ 3.2.Тестовое диагностирование

Тест (англ. test — проба, испытание, исследование) — задание с известным решением, предназначенное для проверки качества системы. Задача построения теста состоит в том, чтобы найти такую совокупность и последовательность вход­ных воздействий, при подаче которой на объект диагностирования получаемые ответы объекта в заданных контрольных точках позволяют делать заключение о его техническом состоянии. Проверяющие тесты предназначены для проверки ис­правности или работоспособности объекта, а тесты поиска дефектов — для указа­ния места и, возможно, причин дефектов, нарушающих исправность и работоспо­собность объекта диагностирования. Для дискретных объектов тесты (их алго­ритмы) строятся либо по структурным, либо по функциональным моделям. Тесты могут быть как строго определенными (детерменированными) так и вероятност­ными (псевдослучайные входные воздействия также относятся к последним). В качестве тестовых могут быть использованы входные воздействия, являющиеся рабочими при применении системы по назначению. Такие тесты называют функ­циональными. Однако необходимо помнить, что функциональные тесты пригод­ны только для проверки работоспособности объектов, так как обеспечиваемая ими полнота обнаружения и глубина поиска дефектов явно недостаточны для проверки исправности и поиска дефектов. Другой стороной тестового диагности­рования являются задачи выбора и разработки средств реализации тестов. Сред­ства тестового диагностирования содержат две основные части — генератор тес­товых воздействий и анализатор ответов объекта на тестовые воздействия. Чаще

9

всего генератор и анализатор функционально и конструктивно выполняют от­дельно друг от друга. Генератор хранит и создает (генерирует) тесты и подает их на объект диагностирования. Анализатор хранит полученные ответы, сравнивает фактические ответы с ожидаемыми и выдает результат — диагноз. Часто анализа­тор представляет собой совокупность эталона (исправная копия объекта) и схему сравнения. Также часто часть функций генератора и анализатора возлагается на человека.

^ 3.3.Функциональное диагностирование

Функциональное диагностирование может осуществляться как непрерывно, так и периодически или эпизодически. При функциональном диагностировании необходимо четко определить:

– понятия исправности, работоспособности, правильности функционирования по отношению к конкретным функциям и условия применения объекта;

– типы и перечни дефектов, подлежащих обнаружению и поиску при диагно­стировании;

– распределение задач диагностики по периодам жизненного цикла объекта;

– алгоритм функционального диагностирования и его виды;

– глубину функционального диагностирования;

– средства (аппаратурные, программные, автоматические или ручные, специа­лизированные или универсальные, внешние или встроенные) функциональной диагностики.

Для формирования алгоритмов систем функционального диагностирования (СДФ) используются математические модели, как самого объекта, так и его неис­правностей. Устанавливается связь между степенью развития неисправностей и дефектов и поведением измеряемых нужных параметров. Как правило математи­ческие модели (ММ) элементов системы — это совокупность дифференциальных и алгебраических уравнений, эмпирические формулы, таблицы, графики, описы­вающие элемент, а также связи между внутренними и внешними управляющими и возмущающими параметрами. Различают ММ с заложенной в них информацией об неисправности, так и без нее.

^ 3.4.Технические средства диагностики

Средства, с помощью которых осуществляется диагностирование техническо­го состояния объекта, называются техническими средствами диагностирова­ния [7]. Средства могут быть аппаратурными или программными, внешними или встроенными, ручными, автоматизированными или автоматическими, специали­зированными или универсальными и т.д. В качестве средств диагностирования может выступать оператор — человек, контролер, наладчик. Выбор и разработка средств тестового диагностирования должны осуществляться с учетом многих факторов: наличия серийного выпуска требуемых средств, наличия подходящих средств на заводе-изготовителе, массовости выпуска объекта и его сложности, требуемых качеств средства (точности, производительности, надежности и т.д.).

10

Средства функциональной диагностики являются, как правило, встроенными и создаютя одновременно с объектом. Для сложных объектов существенными ста­новятся проблемы повышения контролепригодности. Контролепригодность — свойство объекта, характеризующее его приспособленность к проведению кон­троля заданными средствами (ГОСТ 19919—74). Уровень контролепригодности объектов определяет степень эффективности решения задач тестового диагности­рования их технического состояния, влияет на производительность процесса их производства и качество. При эксплуатации уровень контролепригодности опре­деляет их коэффициент готовности и затраты, связанные с ремонтом. Коэффици­ент готовности — показатель надежности ремонтируемых объектов, характери­зующий вероятность того, что объект будет работоспособен в произвольно вы­бранный момент времени в промежутках между выполнениями планового техни­ческого обслуживания.

Кг = Т/(Т+Тв), где Т — наработка на отказ; Тв — среднее время восстановления работоспособ­ности.

Вместе с тем дополнительные технические средства диагностирования делают объект более дорогим и менее надежным и тоже должны диагностироваться. Кон­тролепригодность обеспечивается преобразованием структуры проверяемого объ­екта к виду, удобному для проведения диагностирования. Для этого в объект еще на этапе его проектирования и конструирования вводят дополнительные элемен­ты (аппаратуру) — встроенные средства тестового диагностирования. К встроен­ным средствам тестового диагностирования можно отнести:

– дополнительные контрольные точки;

– дополнительные входы для блокировки сигналов и задания требуемых зна­чений сигналов;

– аппаратные средства, которые при диагностике изменяют структуру объек­та;

– аппаратные средства, которые генерируют тесты и анализируют результаты.

Технические средства для диагностики сложного автоматизированного техно­логического оборудования в зависимости от назначения подразделяются на встроенные и внешние. Внешние системы (средства) диагностики в свою очередь могут быть мобильными и стационарными. Мобильные средства предназначены для контроля параметров и диагностирования объектов при приемосдаточных ис­пытаниях, при эксплуатации и ремонте. Стационарные (стенды) используются в основном для исследования и испытания объектов в процессе их создания.

При разработке и использовании технических средств диагностики (ТСД) важное значение имеет метрологическая подготовка и обеспечение метрологиче­ского обслуживания средств, включающие проверки (атестацию), юстировку и ремонт этих средств. Юстировка (от нем. justieren — выверять, регулировать; от лат. justus — правильный) — совокупность операций по доведению погрешностей средств измерений, приборов, механизмов до значений, соответствующих техни­ческим требованиям. Таким образом, основная цель применения ТСД — обеспе­чение качества оборудования систем автоматизации при его выпуске и эксплуата-11

ции путем своевременного и достоверного контроля технического состояния, ка­чества сборки, наладки и регулировки, качества выполнения основных функций при эксплуатации, а также обнаружение, локализация и последующее исправле­ние дефектных состояний агрегатов, модулей, узлов и элементов изделия и уста­новления причин их появления. Назначение ТСД — определение с заданной дос­товерностью, регистрация и принятие решения о соответствии или несоответст­вии текущего технического состояния контролируемого оборудования номиналь­ному. Наиболее часто ТСД используются для реализации следующих методов ди­агностирования:

– метод временных интервалов;

– метод контрольных осциллограмм;

– метод контроля параметров.

Метод временных интервалов направлен на контроль времени цикла работы системы автоматизации, а также его отдельных составляющих. Для диагностиро­вания сложных систем автоматизации применяют метод контрольных (эталон­ных) осциллограмм. Метод основан на использовании графиков функций различ­ных параметров во времени, на основании анализа которых делается заключение о работоспособности и техническом состоянии системы и ее отдельных элемен­тов. Метод контроля параметров сводится к определению (измерению) тех или иных параметров, нахождение которых в установленных границах определяет ра­ботоспособность системы или ее отдельных элементов.

^ 4.МЕТОДЫ ПОИСКА НЕИСПРАВНОСТЕЙ.

4.1.Общие принципы

Метод (гр. methodos) — способ, прием, образ действий. Способ теоретическо­го или практического исследования или осуществления. Основой эффективной деятельности по поиску неисправностей в сложных технических объектах долж­ны являться достаточно глубокие знания об объекте, в котором осуществляется поиск дефектов и неисправностей, а также логический подход к самому процессу поиска. Такой подход к поиску неисправностей еще называют системным. Логика (гр. logike) — наука о законах и формах мышления. Ход рассуждений, умозаклю­чений. Наука о формальных принципах рассуждения. Системный подход к поиску неисправностей в системах автоматизации позволяет существенно сократить вре­мя простоя систем и затраты на проведение технического обслуживания и ремон­та [6]. Формально процедуру поиска неисправностей можно разбить на шесть этапов.

Первый этап — выявление признаков неисправности. Перед тем как принять решение о необходимости ремонта системы, следует проверить правильность функционирования. Для выполнения этого этапа необходимо детально знать объ­ект, его рабочие характеристики, возможности, устройство, назначение, правиль­ное функционирование.

12

Второй этап — углубленный анализ признака неисправности. На этом этапе более или менее явный признак следует подвергнуть более детальному анализу. Большинство технических систем автоматизации имеют органы регулировки, встроенные или внешние средства диагностики как дополнительные или основ­ные средства проверки правильности функционирования. Необходимо проверить, влияют ли дополнительные воздействия на наблюдаемый признак неисправности и не могут ли предоставить дополнительную информацию, которая поможет точ­нее определить этот признак.

Третий этап — составление перечня возможных неисправных функций систе­мы. Это этап оценивания, основанный на использовании сведений, полученных на двух предыдущих этапах, а также знаний о правильном функционировании об­служиваемой системы и ее функциональных узлах. Функция (лат. functio — ис­полнение) — обязанность, круг деятельности, назначение, роль.

Четвертый этап — локализация неисправной функции. На этом этапе осущест­вляется выбор одной из включенных в перечень неисправных функций для даль­нейшего анализа. При выборе для проверки первой потенциально неисправной функции следует принимать во внимание уровень понимания функционирования проверяемого объекта, сложность выполнения необходимых проверок и возмож­ность исключения из рассмотрения одного или нескольких других предположе­ний в результате проверки. Большинство реальных технических объектов может быть подвергнуто разбиению на отдельные функциональные узлы (части, каждая из которых выполняет определенную функцию). Этот этап включает в себя гра­мотное использование и понимание показаний контрольно-измерительных средств.

Пятый этап — локализация неисправности на уровне элементов. Заключается в выработке правильных предположений и грамотного применения процедур ана­лиза различной информации, которые позволяют определить отдельный неис­правный элемент или их совокупность.

Шестой этап состоит из подтверждения правильности определения неисправ­ности. Прежде чем заменять подозрительный элемент следует проанализировать всю совокупность показаний и измерений, чтобы убедиться, что выявленный эле­мент действительно является причиной признаков неисправности и отклонений от нормального режима функционирования. Также необходимо выявить на этом эта­пе, был ли вызван отказ элемента какой-либо другой неисправностью или сам элемент является единственной причиной нерабочего состояния системы. Лока­лизовав неисправный элемент и убедившись в правильности определения причи­ны неисправности, можно приступить к его замене. Этот этап включает в себя также анализ отказов. На этом этапе также осуществляется ремонт с повторной проверкой системы на восстановление нормального функционирования, что в свою очередь не относится к процессу поиска неисправностей. Необходимо также отметить особенность процедуры поиска неисправностей, которая состоит в воз­можности возврата к предыдущим этапам. Причиной такого возврата может слу­жить ошибка в определении вероятной причины неисправности или некорректное выполнение проверок и т.д.

13

Признак неисправности — внешнее или внутреннее проявление неполадки или неисправности системы автоматизации. Задача выявления признака неис­правности заключается в распознавании этого проявления при его появлении, а также в осознании наличия нежелательных изменений в работе системы. Так как признак неисправности — свидетельство того, что в работе системы произошли нежелательные изменения, необходимо иметь показатели его нормального (номи­нального или штатного) функционирования, служащие в качестве эталона. Срав­нивая показатели текущего и нормального функционирования, можно обнаружить признак неисправности и принять решение о том, что он собой представляет. Вместе взятые признаки нормальной и ненормальной работы точнее определяют собственно признак неисправности, чем рассмотренные отдельно. Знание внеш­них проявлений нормальной штатной работы системы позволяет заметить неже­лательные изменения с помощью как встроенных так и внешних средств диагно­стики. Вместе с тем необходимо собрать как можно больше предварительной ин­формации, прежде чем приступить к необходимым проверкам.

Отказ системы полный или частичный — это наиболее распространенный, но вместе с тем и простейший вид признака неисправности. Отказ системы — это предельный случай нештатного функционирования. Когда система функциониру­ет, но ее работа не соответствует техническим требованиям — имеет место ухуд­шение функционирования. Причем степень ухудшения функционирования может быть самой различной — от почти штатной работы до почти полного отказа. Вме­сте с тем подобные недостатки следует устранять как можно быстрее как и пол­ный отказ системы, так как отдельные отказы могут быть причиной других более сложных и как следствие более трудоемких в устранении отказов.

Углубленный анализ — это процесс более подробного описания определения признака неисправности. Многие сходные признаки неисправности могут быть вызваны многочисленными и самое главное разнообразными повреждениями. Для успешного поиска неисправности необходимо принять правильное решение о том, какое повреждение или повреждения скорее всего вызывает наблюдаемый признак неисправности. Для этого как правило необходима дополнительная ин­формация. Первоначальный признак неисправности, как правило не содержит достаточной информации для принятия решения о том, какова возможная причи­на (или причины) этого симптома, поскольку одни и те же признаки неисправно­сти могут быть вызваны самыми различными повреждениями (причинами). Что­бы дальше исследовать обнаруженный признак неисправности, необходимо про­извести дополнительные воздействия, оказывающие влияние на этот признак. Часто для этого используются органы регулировки, которые входят в состав сис­темы. По самой своей сути органы регулировки вносят некоторые изменения в режим функционирования системы. Органы отображения информации (измери­тельные приборы, устройства индикации) позволяют визуально наблюдать изме­нения, происходящие в системе при использовании органов регулировки. Еще один способ поиска повреждения состоит в искусственном усугублении признака неисправности. Процесс углубленного анализа признака неисправности нельзя считать завершенным до тех пор, пока не будут всесторонне оценены наблюдае-14

мые его проявления. Принимаемое решение должно быть технически обосновано. Удачное разбиение системы на функциональные узлы крайне важно для эффек­тивного осуществления этого этапа поиска неисправностей. Функциональная схема системы представляет собой символическое представление входящих в нее функциональных узлов и соединяющих их связей. Вид представления и располо­жение узлов и связей зависит от сложности устройства. Каждый узел выполняет определенную функцию и подчиняется правилу преобразования вход-выход. В функциональной схеме не показано, каким образом реализован каждый функцио­нальный узел. Функциональные схемы отражают связи между функциональными узлами системы. Они дают общее представление о функциях, которые система должна выполнять, чтобы соответствовать своему назначению.

Функциональная схема наряду с зарегистрированной информацией о признаке неисправности и знанием принципов работы системы составляют основу для тех­нически обоснованного выбора потенциально неисправного функционального уз­ла.

На следующем (четвертом) этапе осуществляется локализация неисправного функционального узла. На этом этапе применяются контрольно—измерительные средства. Также необходимо знание штатных рабочих характеристик и располо­жение контрольных точек. На этом этапе производится контроль входных и вы­ходных сигналов функциональных узлов. Как правило, на общих функциональ­ных схемах показаны виды сигналов информации на входах и выходах каждого функционального узла. Также на этом этапе полезным видом технической доку­ментации являются схемы различных соединений. Еще одним фактором, который следует принимать во внимание, является накопленный опыт поиска неисправно­стей за время эксплуатации системы и регитрируемые сведения о повторных от­казах. При выборе контрольной точки следует опираться на прошлый опыт выяв­ления похожих признаков неисправности и ремонта подобных устройств, а также принимать во внимание вероятность возникновения повторных отказов в системе. Однако выбор должен базироваться главным образом на логических умозаключе­ниях, основанных на информации, полученной на предыдущих этапах, без из­лишнего доверия к прошлому опыту поиска неисправностей в подобных систе­мах. С другой стороны, предыстория несомненно должна оказывать некоторое влияние на выбор первой контрольной точки. Если имеются два возможных ис­точника неисправности, причем вероятность отказа в одном из них выше, то при выборе первой контрольной точки, прежде всего следует принять во внимание информацию о повторных отказах.

Факторы, которые следует принимать во внимание при выборе первой кон­трольной точки:

– функциональный узел, представляющий максимум информации для одно­временного исключения из рассмотрения отдельных потенциально неисправных узлов, перечень которых был составлен на основании информации, полученной на первых трех этапах, если, конечно, этот узел сам исправен;

– доступность контрольных точек;

– накопленный опыт и сведения о повторных отказах.

15

После обнаружения неисправного функционального узла, необходимо убе­диться, что он действительно является источником выявленного признака неис­правности и согласуется с информацией, полученной в процессе углубленного анализа этого признака.

Чтобы выявить неисправный функциональный узел, от сбора информации о признаке неисправности переходят к ее фактическому местонахождению. Чтобы подтвердить правильность определения неисправного функционального узла, следуют в обратном направлении. В этом случае знание принципов работы систе­мы крайне важно. Новая информация, получаемая в очередной контрольной точке позволяет сужать область поиска неисправностей, до тех пор, пока не будет обна­ружен неисправный функциональный узел. На пятом этапе локализации неис­правности в узле системы выполняются всесторонние проверки, целью которых является локализация конкретного элемента, содержащего неисправность. Для этого следует выделить внутри узла группу элементов, каждый из которых вы­полняет определенную функцию. Этот этап также базируется на общем принципе построения умозаключений, состоящем в непрерывном сужении области поиска местонахождения неисправности путем принятия логических решений и выпол­нения рациональных проверок. После завершения этапа 4 известно, что все воз­действия на вход неисправного функционального узла правильны, а один или не­сколько выходных сигналов неверны или вообще отсутствуют. Для получения информации, которая может указать возможное местонахождение неисправности в функциональном узле, следует проанализировать неверные выходные сигналы, обнаруженные на этапе 4. Большую помощь при поиске неисправности может оказать метод заключения в скобки, позволяющий сузить область поиска до неис­правного элемента. После проверки части схемы, произвольно заключенной в скобки, выполняется их последовательное перемещение, а затем осуществляется очередная проверка, чтобы определить, не находится ли неисправность в новой области, заключенной между скобками. Этот процесс продолжается до тех пор, пока между скобками не окажется неисправный элемент.

Наиболее важным в этом методе является определение места в схеме, куда должны быть помещены скобки при сужении области поиска неисправности. Это решение зависит от результатов анализа схемы и предыдущих проверок, типа схемных цепей, по которым проходит сигнал, а также от доступности контроль­ных точек. Всякие перемещения скобок должны иметь своей целью решение за­дачи локализации неисправности при минимальном числе проверок.

Сигналы в системах проходят по сигнальным цепям трех типов:

– последовательным;

– разветвленным;

– переключаемым.

Последовательная цепь включает в себя группу составляющих элементов, рас­положенных таким образом, что выход одного элемента соединен со входом дру­гого. В результате сигнал проходит напрямую через группу элементов без возвра­тов в обратном направлении и без разветвлений.

16




Рис.4.1.Расходящаяся сигнальная цепь


Разветвленная цепь может быть двух видов: – расходящаяся (рис.4.1); – сходящаяся (рис.4.2).



Рис.4.2.Сходящаяся сигнальная цепь

Переключаемая цепь (рис.4.3) содержит в своем составе элемент, с помощью которого для каждой конкретной ситуации образуется своя конфигурация сиг­нальной цепи.



Рис.4.3.Переключаемая сигнальная цепь

Процедура заключения в скобки начинается с расположения открывающей скобки у входа (входов) с штатным сигналом и закрывающей скобки у выхода (выходов) с нештатным сигналом функционального узла. После того как опреде-17

лен перечень возможных неисправных групп элементов, скобка перемещается к входу или выходу одной из групп, а затем выполняется проверка соответствую­щих контрольных точек. Скобки перемещаются попеременно до тех пор, пока между ними не окажется лишь одна группа элементов. Группа элементов заклю­чается в скобки в том случае, если открывающая скобка указывает на наличие правильного сигнала на входе группы элементов, а закрывающая скобка указыва­ет на присутствие неверного сигнала или его отсутствие на выходе. После обна­ружения неисправной группы элементов определяется тип сигнальной цепи, про­ходящей через эту группу элементов. Эта информация чрезвычайно важна при выборе следующего места для скобок и выполнения проверки. Для последова­тельных цепей применяют метод деления пополам (рис.4.4).



Рис.4.4.Метод деления пополам

При выполнении процедуры заключения в скобки разветвляющихся цепей следует локализовать неисправность до одной сигнальной цепи. Необходимо про­верять разветвленные цепи до тех пор, пока неисправность не будет локализована в одной из сигнальных цепей. Затем в последовательной цепи может быть приме­нен метод деления пополам. Для локализации неисправных элементов в переклю­чаемой цепи вначале необходимо проверить сигнал на выходе разветвленной це­пи после переключающего элемента. Если переключающий элемент является многоконтактным устройством, то каждый контакт может быть соединен со своей цепью. В этом случае необходима установка переключателя во все положения и проверка сигнала на выходе разветвленной цепи, соединенной с каждым из кон­тактов. Если признаки неисправности и собранная инормация указывают на впол­не определенную цепь, то далее не проверяют каждое положение переключателя. После выполнения этой проверки и локализации неисправности в одной или не­скольких разветвленных цепях, следует проверить последовательные цепи и вы­явить неисправность методом деления пополам.

На последнем 6 этапе — этапе анализа отказа компонентов, для выявления ме­стонахождения неиcправного компонента понадобится проверить определенные ветви неисправной схемы. После выполнения этого этапа будет получена вся не­обходимая информация для замены или ремонта неисправных компонентов, что позволяет восстановить нормальное функционирование устройства.

Вместе с тем важно выяснить и причину неисправности. Также, вполне воз­можно, что в системе остались другие невыявленные неисправности, и если их не устранить, то система вновь выйдет из строя. На этом этапе применяются прин-18

ципиальные схемы узлов и блоков систем. После того как неисправный элемент системы локализован, необходимо измерить параметры состояния в различных ветвях системы, чтобы выявить неисправные компоненты. Измеренные значения должны быть оценены путем сравнения со штатными заранее известными значе­ниями контролируемых параметров. Эти значения параметров приводятся в соот­ветствующих таблицах на принципиальных схемах или отдельных листах техни­ческой документации. Например, в таблицах напряжений и сопротивлений при­водятся рабочие значения и сопротивлений относительно общего провода (или другой точки электрической схемы Независимо от типа признака неисправности причина отказа в конце концов будет локализована в одном или нескольких ком­понентах устройства. Отказ компонента можно классифицировать по степени ухудшения его работы. Различают полный отказ, нештатное функционирование компонентов и перемежающийся (попеременно прекращается, то снова начинает­ся). Последняя неисправность легко себя обнаруживает, однако местонахождение конкретного неисправного компонента определить трудно. Во время проверки схемы, содержащей компонент с подобным типом неисправности, он может функционировать нормально, а через некоторое время неисправность снова даст о себе знать.

Локализация неисправных компонентов: для локализации неисправных ком­понентов или ветвей чаще всего необходимо проанализировать выходной сигнал [2]. Отклонения параметров выходного сигнала по напряжению, длительности и форме могут быть признаками обрывов или коротких замыканий в компонентах, а также выхода их номиналов за пределы допусков. На этом этапе обнаружения не­исправностей решается две задачи: сокращения до минимума количества необхо­димых проверок и определение, в случае обнаружения неисправного элемента, является ли он единственной причиной неисправной системы. Затем приступают к визуальному контролю доступных компонентов и элементов связи и соедине­ний. Внешний осмотр довольно часто позволяет обнаружить неисправность, а также ознакомиться с расположением элементов системы.

Проверка питающих напряжений: часто много времени тратится на поиски не­существующих повреждений и отказов в одних частях системы, в то время как неисправность находится в других частях, чаще всего в источниках питания. По­этому первой электрической проверкой чаще всего бывает контроль уровней на­пряжения от всех источников питания под номинальной рабочей нагрузкой. При проверке аналогового оборудования нужно начинать проверку питающих напря­жений без подачи входных сигналов. Такой режим проверки называется статиче­ским режимом. Дискретное (цифровое оборудование) проверяют на правильность при начальных условиях без изменения состояний на входах.

Метод «от конца к началу»: при этом методе первоначально динамические из­мерения проводят на выходной части системы, а затем постепенно перемещаются по схеме в сторону входа, пока не будет обнаружен нормальный сигнал (правиль­ный код).

Метод имитации промежуточных сигналов: метод заключается в подаче на схему после неисправного каскада или узла с помощью специального дополни-

19

тельного устройства, как правило, не входящего в систему — имитатора (генера­тора) сигналов, имитирующего отсутствующие сигналы с неисправного узла. Ес­ли нормальная работа схемы системы при этом восстанавливается, делают вывод о неисправности узла, блока или компонента, сигнал которого имитируется.

Метод размыкания цепи обратной связи: отыскать неисправность в системах с обратными связями очень трудно. Поэтому производят размыкание цепи обрат­ной связи. В точку, где разомкнута обратная связь, нужно подать соответствую­щее постоянное напряжение или необходимый сигнал. Затем по всей схеме про­веряются уровни параметров и их форма. Параметры сигнала, подаваемого в точ­ку разрыва, можно изменять для проверки изменения реакции всей системы.

Метод замены блоков, элементов и компонентов: метод основан на элементар­ной замене отдельных подозреваемых блоков, элементов и компонентов системы на аналогичные. Если при такой замене восстанавливается штатная работоспо­собность системы, делают заключение о неисправности замененного блока, эле­мента или компонента. Применение этого метода требует разработки специаль­ных типовых элементов замены (ТЭЗ), что приводит к усложнению, удорожанию аппаратуры и снижению ее надежности, в первую очередь за счет большого числа разъемных соединений.

Метод исключения: основан на временном исключении неисправного узла (компонента) из системы посредством отсоединения при утечках и электрическом пробое или перемыкании (соединении входа с выходом) при возможном обрыве (разрушении связей) в неисправном узле или компоненте.

Все методы можно условно разделить на активные и пассивные.

  1   2   3



Скачать файл (703.4 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru