Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ технологического процесса наладки оборудования и методов его контроля 15
1.1. Технология наладки оборудования 15
1.1.1. Основные понятия наладки 15
1.1.2. Структура технологического процесса наладки оборудования... 17
1.1.3. Способы поиска дефектов 18
1.1.4. Способы проверок при технологических, переходах . 20
1.1.5. Проблемы наладки электрооборудования 22
1.2. Анализ методов технической диагностики 24
1.2.1. Основные понятия технической диагностики 24
1.2.2. Метод последовательного функционального анализа 33
1.2.3. Метод половинного деления 34
1.2.4. Времявероятностный метод 38
1.2.5. Инженерный метод 39
1.2.6. Метод П.П.Пархоменко 42
1.2.7. Информационный метод 43
1.2.8. Оптимальные методы 47
1.2.9. Выводы 49
1.3. Анализ программных продуктов с искусственным интеллектом... 50
1.3.1. Обзор технических экспертных систем 51
1.3.2. Модели представления знаний в экспертных системах 62
1.3.3. Анализ инструментальных средств создания экспертных систем 69
1.3.4. Выводы 76
1.4. Выводы 77
2. Методы диагностирования 78
2.1. Многошаговые методы диагностирования 78
2.1.1. Метод поиска с учетом характеристик доступности 78
2.1.2. Метод поиска с учетом относительной вероятности 83
2.2. Многокритериальные методы диагностирования 86
2.2.1. Метод поиска по критериям времени и относительной доступности 86
2.2.2. Метод поиска по критериям времени и относительной вероятности 90
2.3. Эффективность алгоритмов диагностирования 93
2.4. Выводы 96
3. Комплексный метод контроля и наладки оборудования 97
3.1. Основы комплексного метода контроля и наладки 97
3.1.1. Базисные понятия метода 97
3.1.2. Математические условия реализуемости метода 99
3.1.3. Процедура метода 102
3.2. Создания демонстрационного прототипа экспертной системы... 107
3.2.1. Описание задачи 107
3.2.2. Получение знаний о предметной области 108
3.2.3. Общее структурирование знаний 108
3.2.4. Формализация базы знаний 110
3.2.5. Реализация экспертной системы 113
3.2.6. Тестирование и отладка экспертной системы 118
3.2.7. Документирование экспертной системы 119
3.3. Выводы : 119
4. Исследование и анализ работы систем промьшшенного оборудования 120
4.1. Система преобразования ускоряющего напряжения для установок электроннолучевой сварки 120
4.1.1. Требования к системам преобразования ускоряющего напряжения 120
4.1.2. Трехфазный резонансный инвертор 121
4.1.3. Анализ электромагнитных процессов в СПУН с трехфазным резонансным инвертором 123
4.1.4. Статические характеристики трехфазных резонансных последовательных инверторов 134
4.1.5. Пусковые характеристики СПУН с резонансным инвертором ... 141
4.2. Система регулирования скорости движения электротранспорта 145
4.2.1. Анализ схем частотно-импульсных преобразователей 145
4.2.2. Схема ЧИП с резонансным инвертором 146
4.2.3. Анализ электромагнитных процессов в с^еме частотно-импульсного преобразователя с трехфазным резонансным инвертором 147
4.2.4. Статические характеристики системы электропривода постоянного тока с резонансным инвертором 152
4.2.5. Динамические характеристики резонансных инверторов 156
4.3. Оптимизация параметров преобразователей с резонансными инверторами 15Т
4.4. Методика расчета управляемых преобразователей с резонансным инвертором 164
4.4.1. Алгоритм расчета СПУН для установок ЭЛС 165
4.4.2. Пример расчета СПУН с резонансным инвертором 169
4.5. Выводы 173
5. Разработка баз знаний экспертных систем для наладки электрооборудования 174
5.1. Проблемы создания баз знаний 174
5.2. Управляемые преобразователи 176
5.2.1. Управляемый выпрямитель 176
5.2.2. Широтно-импульсный преобразователь 193
5.2.3. Преобразователь частоты 199
5.3. Электрические машины 206
5.3.1. Машины постоянного тока 206
5.3.2. Асинхронные двигатели 218
5.3.3. Синхронные машины. 227
5.4. Системы управления электроприводом 238
5.4.1. Экспертная система для наладки СУЭП 238
5.4.2. Головная экспертная система SMEX3 242
5.5. Выводы... 245
6. Экспериментальное исследование работы экспертных систем для наладки электрооборудования 246
6.1. Методика проведения эксперимента 246
6.2. Примеры наладки электрооборудования 247
6.2.1. Электропривод поворотного стола 247
6.2.2. Источник питания электропечи мощностью 250 кВт 250
6.2.3. Электропривод перемотки полиэтиленовой пленки 254
6.2.4. Сварочный трансформатор с регулированием выходного напряжения 257
6.3. Эффективность нового метода наладки 260
6.4. Выводы 272
Заключение 273
Библиографический список 275
- Способы проверок при технологических, переходах
- Реализация экспертной системы
- Пусковые характеристики СПУН с резонансным инвертором
- Источник питания электропечи мощностью 250 кВт
Введение к работе
Комплексная автоматизация производства, совершенствование конструкций машин, усложнение промышленного оборудования повышают важность стоящей перед специалистами проблемы его контроля и наладки. Повышение эффективности процесса наладки промышленного оборудования, улучшение качества его наладки, сокращение сроков наладки невозможно без совершенствования методов управления технологическим процессом контроля и наладки [192].
Однако наладка любого сложного оборудования, не снабженного системой автоматического диагностирования [3], представляет собой сложную задачу и требует высокого уровня квалификации обслуживающего персонала. Как показывает опыт, необходимого уровня квалификации специалисты-наладчики обычно достигают не менее чем через 5-6 лет практической работы.
Целью наладки оборудования на объекте является доведение его состояния до соответствия паспортным требованиям. Наладочные работы, выполняемые в пусковой период или во время эксплуатации установки, представляют собой совокупность операций по проверке, испытанию и настройке отдельных элементов оборудования, а также схемы управления в целом. С точки зрения специалистов, можно включить в наладочные работы также диагностирование и устранение возможных неисправностей оборудования.
Объем и последовательность наладочных работ зависят от состава оборудования, сложности его системы регулирования, схемных и конструктивных особенностей.
Как правило, есть стандартная последовательность технологических действий (программа), предпринимаемых при наладке определенного типа оборудования. Однако эффективность этой программы, определяемая
затраченными средствами и временем, невысока, т.к. в существующей технологии наладки отсутствует объективная и научно-обоснованная методика поиска и устранения неисправностей при внезапных отказах оборудования.
Решению проблемы повышения эффективности технологического
процесса наладки систем промышленного оборудования может помочь
использование методов технической диагностики. Огромный вклад в
развитие диагностической науки внесли работы В.В.Карибского,
С.П.Ксендза, В.Д.Кудрицкого, П.ГШархоменко, А.В.Мозгалевского,
О.И.Осипова, Ю.С.Усынина, Е.С.Согомоняна, Д.В.Гаскарова,
Ю.Ф.Мухопада, Б.Винтера, Б.Гласса, Р.Джонсона, Д.Брюле, Е.Клетски, Е.Лавлера, Д.Вуда и многих других ученых.
Однако по ряду причин существующие логические методы технической диагностики не позволяют с высокой степенью эффективности решить проблему построения оптимизированной программы поиска неисправностей в объекте диагностирования (ОД). Вследствие этого возникает задача разработки новых квазиоптимальных методов диагностирования с целью повышения эффективности поиска неисправностей в ОД.
Опытные инженеры вместе с выполнением стандартной программы наладки используют свои собственные эвристические способы и приемы наладки, которые трудно или невозможно найти в стандартных программах. К сожалению, опыт и приемы работы лучших инженеров-наладчиков оказываются зачастую не обобщенными, а передача и освоение знаний и навыков вызывает определенные затруднения. В частности, хорошие специалисты неохотно делятся своими «ноу-хау», считая их личным профессиональным секретом и справедливо опасаясь возможной конкуренции со стороны своих же учеников. Все это приводит к тому, что уникальные знания и опыт специалистов по наладке не только не приумножается, но и не сохраняется.
Для распространения опыта лучших наладчиков и обучения молодых специалистов представляется целесообразным внедрение в технологический процесс наладки современных информационных технологий, в частности, систем с искусственным интеллектом (СИИ). Большое научное и прикладное значение в рамках СИИ получили экспертные системы (ЭС). Значительное влияние на развитие теории и практики ЭС оказали работы Д.Уотермена, Ф.Форсайта, П.Джексона, Д.Макалистера, Д.Марселлуса, С.Осугн, Д.Элти, М.Кумбса, Э.В.Попова, ДАЛоспелова, Т.А.Гавриловой, С.В.Назарова, С.Н.Васильева, Л.В.Массель, В.М.Надточия и других ученых.
Применение технологии экспертных систем позволяет напрямую, без упрощений, использовать эмпирические знания и эвристические методы специалистов-экспертов, что приводит к значительному сокращению времени поиска неисправностей в ОД. Использование готовых экспертных систем вполне доступно даже специалисту, не владеющему специальными знаниями в области искусственного интеллекта, а круг решаемых экспертной системой диагностических задач не ограничивается конкретной маркой промышленного оборудования, охватывая обычно целый класс технических объектов.
К сожалению, методика создания диагностических экспертных систем разработана недостаточно полно, а существующие диагностические ЭС, как правило, не отличаются глубиной знаний и не дают полной гарантии нахождения дефекта.
В связи с этим представляется перспективным создание комплексного метода наладки и диагностирования оборудования, сочетающего в себе перспективные разработки логических методов технической диагностики и технологии экспертных систем. Методика разработки экспертных систем, синтезированная на базе этого метода, может служить основой для создания консультационной ЭС для наладки электрооборудования (ЭО). Такая экспертная система даст возможность решения диагностических задач целых
типов ЭО и будет доступна для использования значительному кругу специалистов самой различной квалификации.
Данная работа выполнялась в соответствии с федеральной целевой программой «Национальная технологическая база на 2002 — 2006 годы», принятой Правительством Российской Федерации (постановление Правительства Российской Федерации № 779 от 8 ноября 2001 г. с дополнениями № 816 от 13 ноября 2002 г.). Согласно этой Программе исследования относятся к приоритетному направлению науки, технологии и техники по разделам «Технологии информационных систем», «Технологии подготовки кадров для национальной технологической базы», «Повышение конкурентоспособности отечественных технологий, продукции и их научно-технического уровня».
Цель работы и задачи исследования. Целью настоящей работы является создание новой методологии управления технологическим процессом контроля и наладки оборудования, вносящей значительный вклад в решение проблемы повышения эффективности наладки промышленного оборудования и имеющей важное хозяйственное значение.
При этом были поставлены следующие конкретные задачи, тесно связанные с основной целью работы:
анализ технологического процесса наладки оборудования и методов его контроля;
разработка перспективных методов контроля, позволяющих повысить эффективность диагностических алгоритмов;
создание комплексного метода контроля и наладки оборудования, способного интенсифицировать технологический процесс наладки промышленного оборудования;
исследование и анализ работы систем промышленного оборудования;
разработка баз знаний о наладке элементов оборудования;
- апробация и исследование эффективности работы созданных
экспертных систем.
Методы исследования. Решение поставленных задач потребовало привлечение математического аппарата дискретного преобразования Лапласа и Z-преобразования, теории графов, булевой алгебры, теории множеств, исчисления высказываний и цифрового моделирования.
Достоверность основных теоретических положений и выводов подтверждается результатами цифрового моделирования схем и экспериментальными исследованиями работы экспертных систем при наладке промышленного и опытного электрооборудования,
Научная новизна результатов работы заключается в следующем:
-сформулированы принципы методологии, положенные в основу комплексного метода контроля и наладки оборудования;
-созданы логические методы диагностирования, ускоряющие поиск неисправностей в оборудовании;
-разработан комплексный метод контроля и наладки оборудования, базирующийся на синтезе методов технической диагностики и технологии экспертных систем;
- проведено исследование работы ряда систем электрооборудования;
-сформированы структуры и разработаны базы знаний о наладке
макроэлементов промышленного оборудования, а также предложены математические модели наладки электрооборудования;
-созданы экспертные системы для наладки электрооборудования и проведено их исследование.
Автор выносит на защиту логические методы диагностирования; комплексный метод контроля и наладки оборудования; методику расчета управляемых преобразователей с резонансными инверторами; структуры баз знаний о наладке электрооборудования; математические модели наладки.
Практическая щнность работы
Разработанные логические алгоритмы диагностирования нашли применение в наладке систем электрооборудования.
Комплексный метод контроля и наладки оборудования, базирующийся на синтезе методов технической диагностики и технологии экспертных систем, может служить основой для создания экспертных систем для наладки промышленного оборудования.
Созданные математические модели наладки адекватно отражают соответствующую проблемную область.
Структуры баз знаний о наладке электрооборудования служат основой для построения специальных баз знаний.
Специальные базы знаний о наладке электрооборудования стали важнейшей частью разработанных экспертных систем.
Разработанная методика расчета управляемых преобразователей с резонансными инверторами применена при проектировании систем преобразования напряжения для электротехнологических установок.
Разработанный комплекс экспертных систем использован для наладки промышленного электрооборудования на Ново-Иркутской ТЭЦ ОАО «Иркутскэнерго», ОАО «Иркутский станкостроительный завод», в Иркутском пуско-наладочном управлении ОАО «Востсибэлектромонтаж», ООО «Симпласт», ООО «ВтормаБайкал», в учебном процессе на кафедре математики и информатики Восточно-Сибирского института МВД РФ, а также на кафедре информационных систем Иркутского государственного университета путей сообщения.
Реализация результатов работы 1. Разработанная методика наладки электрооборудования с применением экспертных систем использовалась при наладке промышленных преобразователей типа РНТТ-330-600, ТПЧ-40, ЭКТ-20/200, ЭКТ-63, ТЕ4-100-230,
TE9-25-220, БТУ-3601, БУ-3509, DANFOSS-3002, DANFOSS-3004, GOLDSTAR, СиЭлСи и др.
Предложенные автором схемы резонансных инверторов использованы при создании ряда опытных цифровых преобразователей напряжения на кафедре электропривода и электротранспорта Иркутского государственного технического университета
Основные теоретические положения, математические модели, программные средства и разработанные логические методы диагностирования использованы в учебных курсах «Монтаж и наладка электропривода», «Элементы систем автоматики», «Міяфопроцессоріше средства и системы», при курсовом и дипломном проектировании, отражены в учебных пособиях «Преобразовательная техника», «Экспертные системы»; в монографиях «Экспертные системы для наладки электропривода» и «Электроприводы с резонансными инверторами».
Апробация работы Основные результаты работы докладывались, обсуждались и представлены в трудах: 11 Всесоюзной Школы СРВ-90 (Иркутск, 1990), XI Всесоюзной научно-технической конференции по проблемам АЭП (Суздаль, 1991), Международной научно-технической конференции «Совершенствование электрооборудования» (Комсомольск-на-Амуре, 1992), Международного Симпозиума «Автоматическое управление энергробъектами» (Санкт-Петербург, 1992), Всероссийской научно-технической конференции «Повышение эффективности производства и использования электроэнергии в условиях Сибири» (Иркутск, 1994...2004), 1-й Международной конференции по электротехнике и электротехнологии (Суздаль, 1994), 1-й Международной конференции по АЭП (Санкт-Петербург, 1995), 2-й Международной конференции по АЭП (Ульяновск, 1998), международной научно-практической конференции по информатике (Иркутск, 1995),
Международной научно-технической конференции (Томск, 2001), 3-й Международной конференции по АЭП (Нижний Новгород, 2001), Всероссийского семинара «Информационные технологии в энергетике, экономике, экологии» (Иркутск, 2002), Всероссийской конференции «Математические и информационные технологии в энергетике, экономике, экологии» (Иркутск , 2003), Всероссийской конференции «Информационные и математические технологии» (Иркутск, 2004), 4-й Международной конференции по АЭП (Магнитогорск, 2004), в материалах 1-й межрегиональной выставки «Исследования и разработки, внедрение и производство» (Улан-Удэ, 2004) и ряде других конференций и выставок.
Основные результаты работы отражены в 42 печатных работах, в том числе в 2 монографиях, 32 статьях (из них 6 - в журналах, рекомендованных ВАК для публикаций материалов докторских диссертаций), 6 авторских свидетельствах, в свидетельстве о регистрации баз данных, в отчете о НИР по гранту Минвуза Российской Федерации.
Способы проверок при технологических, переходах
Из известных способов проверок наиболее часто применяют следующие: внешний (визуальный) осмотр, замена или исключение блока, отключение или включение, измерение и характерные неисправности [86,174].
Внешний осмотр является одним из основных способов проверки, т.к. с его помощью обнаруживают не только дефекты, но и повреждения. Проводя внешний осмотр, обращают внимание на возможные обрывы проводников, механические поломки деталей, места прогаров и пробоев, подтеки компаундов, потемнение окраски резисторов, конденсаторов и т.п. При внешнем осмотре под напряжением проверяют степень нагрева полупроводниковых приборов, трансформаторов, резисторов и конденсаторов. Недостаток этого способа заключается в том, что повреждения можно обнаружить только в местах, доступных для осмотра, и с характерными внешними признаками. Причину неисправности установить внешним осмотром бывает трудно.
Способ замены заключается в том, что предполагаемый неисправный блок или элемент заменяют заведомо исправным и однотипным проверяемому. Этот способ широко применяют для проверки съемных деталей. Достоинство его заключается в быстроте и легкости проверки, а к недостаткам относится то, что при некоторых неисправностях устанавливаемый новый блок или элемент также может выйти из строя.
Способ отключения состоит в том, что поочередно отключают все блоки или элементы, в которых предполагаются повреждения, и одновременно наблюдают, при отключении какого блока или элемента признак дефекта исчезает. Достоинства этого способа - в простоте и удобстве применения. К его недостаткам относят необходимость повторных включений питания, когда дефект еще не устранен, что может привести к дополнительным повреждениям. Учитывая этот недостаток, можно применять способ, обратный вышеописанному, т.е. включение. При его использовании сначала отключают все блоки или элементы, повреждения в которых могут вызвать подобные признаки. Затем их поочередно включают, выдерживают время, необходимое для прогрева, и наблюдают за проявлением признаков повреждения. Если они появились, следовательно, неисправность во включенном блоке или элементе.
Способ измерений [3, 52] дает возможность точно установить место и характер повреждения, включая следующие виды проверок: гальваническую, измерения напряжений, осциллографирования напряжений.
Гальваническая проверка заключается в определении исправности монтажа и правильности подключения схемы, измерения величины сопротивлений в контрольных точках, измерении величины изоляции. Для гальванической проверки схему обесточивают. Сопротивление изоляции измеряют для определения ее пригодности и выявления мест утечек.
Напряжение измеряют в контрольных точках схемы прибором, тип которого обычно указывают в картах напряжений или в таблицах. Осциллограммы напряжений проверяют в тех случаях, когда измерение напряжений оказывается недостаточным для определения неисправности, особенно в импульсных схемах. Обязательным условием проверки осциллограмм является знание формы импульсов в контрольных точках. Способ характерных неисправностей заключается в том, что дефект обнаруживают на основании известных признаков. Перечень таких признаков, характерных для данного объекта, приводят в виде таблиц в паспортах или других аналогичных документах. 1.1.5. Проблемы наладки электрооборудования Электрооборудование, как и другие технические объекты и системы, имеет ограниченную надежность и подвержено разрушающим воздействиям внутреннего и внешнего характера [114]. Отсюда возникают задачи поиска отказавших узлов электрооборудования, их ремонта и последующей настройки. Совокупность вышеперечисленных задач составляет суть проблемы наладки электрооборудования. Электрооборудование относится к наиболее сложным видам техники, где время и стоимость поиска и устранения неисправностей могут оказаться значительными. Разнообразие используемых в промышленности типов и видов электрооборудования дополнительно усложняет стоящую перед специалистами проблему его контроля и наладки. Большинство существующего электрооборудования, в том числе самых современных типов, не имеет встроенных диагностических систем. Частично эта проблема может быть решена путем оснащения технических объектов автоматическими средствами контроля и поиска неисправностей, закладываемых у ряда систем при проектировании или поставляемые отдельно [48], однако эти меры приводят к резкому увеличению стоимости и зачастую к неоправданному усложнению объекта контроля. Практическое решение проблемы наладки электрооборудования, как правило, возлагается на специалистов-наладчиков из внутренних подразделений обслуживания или сторонних специализированных организаций. Осуществление процесса наладки вручную не всегда эффективно вследствие трудоемкости и длительности данной процедуры. Наладчики вынуждены тратить свое время не только на интеллектуальную работу по поиску неисправностей, Но и на рутинные операции (работа со справочниками, нормативной литературой и т.п.). Следует также принять во внимание, что число хороших специалистов-наладчиков весьма ограничено и нужного эксперта может просто не оказаться поблизости.
Как правило, есть стандартная технологическая последовательность (программа) действий [95, 109, 128, 149, 154, 173, 177, 206, 209], предпринимаемых при наладке определенного типа электрооборудования. Однако эффективность этой программы, определяемая затраченными средствами и временем, невысока, т.к. в существующей технологии наладки отсутствует объективная и научно-обоснованная методика поиска и устранения неисправностей при внезапных отказах электрооборудования.
Пытаясь преодолеть этот недостаток, опытные инженеры используют эвристические приемы и методы наладки, которые трудно или невозможно найти в стандартных программах. К сожалению, опыт и приемы работы лучших инженеров-наладчиков оказываются зачастую не обобщенными, а передача и освоение знаний и навыков вызывает определенные затруднения. В частности, хорошие специалисты неохотно делятся своими знаниями, считая их своим профессиональным секретом и справедливо опасаясь возможной конкуренции со стороны своих же учеников. Все это приводит к тому, что уникальные знания и опыт специалистов по наладке не только не приумножается, но и не сохраняется.
Решению проблемы повышения эффективности процесса наладки промышленного оборудования может способствовать внедрение методов технической диагностики и технологии экспертных систем. Эти методы рассмотрены в следующих параграфах данной главы.
Реализация экспертной системы
Исходный текст набора правил (пункт меню Save) записывается в файл с расширением .rss и именем, указанным создателем набора правил (у нас это файл uv.rss).
Завершив создание набора правил, его необходимо откомпилировать (пункт меню Compile). В результате компиляции создается файл с таким же именем, как у исходного, и расширением .rsc (у нас это файл uv.rsc). После этого можно (устранив возможные ошибки, выявленные при компиляции) получить консультацию у созданной экспертной системы (пункт меню Consult).
Текст демонстрационного прототипа экспертной системы для наладки преобразователя частоты, записанный для инструментальной среды GURU, приведен в приложении П1Л.
Для создания ЭС в среде EXSYS [35, 176] после входа в систему через пункт меню FILE необходимо выбрать подпункт NEW (при работе с уже созданной ЭС используется подпункт OPEN) и задать имя создаваемой ЭС (в имени ЭС не должно быть пунктуационного знака «.»). После этого открывается титульный лист ЭС, в окна которого нужно занести объект ЭС (полное название или функцию ЭС) и Ф.И.О. автора. Далее устанавливается диапазон значений логических переменных : двоичная логика (ДА или НЕТ) или вероятностные оценки (шкала от 0 до 10 или шкала от -100 до +100). В титульном листе также задается стратегия отыскания целей: All Possible (все возможные), First Successful (первая успешно найденная) или Non Redundancy (неопределенная). Далее в окно Starting text вносится информация, которой предваряется начало работы ЭС, а в окно Ending text — сообщение, за которым непосредственно последует ответ (рекомендация) ЭС. В дальнейшем при редактировании титульного листа уже написанной ЭС в него попадают через пункт главного меню RULES, подпункт Parameters.
Замечание: при написании новой ЭС вначале обязательно нужно задать хотя бы одну конечную цель-диагноз в подпункте Choice list, иначе файл данных не сохранится в общей базе EXS YS.
В подпункте Qualifier list вносятся вопросы, задаваемые ЭС пользователю, и варианты ответов, из которых ЭС должна почерпнуть необходимые сведения для своей успешной работы (Замечание: часть ответов на вопросы из данного подпункта может заноситься непосредственно пользователем ЭС, а часть ответов ЭС может выводить сама, используя вложенные в нее знания и правила). После внесения всех сведений в подпункты Choice list и Qualifier list можно переходить к заполнению базы знаний ЭС - написанию правил. Происходит это в том же пункте главного меню RULES, где для написания нового правила выбирается подпункт Added Rule. После входа в данный подпункт через кнопку Qualifiers выбирается необходимый вопрос и вносится в верхнюю часть правила ( переключатель IF/THEN должен быть в положении IF, а переключатель типа логической связки правой части правила AND/OR в требуемом положении). После внесения всех вопросов переходят к формированию нижней части правила ( переключатель ff/THEN теперь должен стоять в положении THEN). Для заполнения этой части может использоваться Qualifiers list (формирование промежуточного вывода) или Choice list (формирование окончательного вывода). Если работа ЭС после нахождения окончательного результата (диагноза неисправности) должна закончится, то после него в правиле следует поставить команду Stop Rules exe (кнопка COMMAND открывает соответствующее меню выбора команд). При заполнении новой ЭС и редактировании существующей ЭС желательно регулярно делать сохранение внесенных изменений через подпушсг Save пункта FILE. Написание новой ЭС обычно завершают записью параметров, отвечающих за стратегию вывода, в файл с именем ЭС и расширением .cfg (пункт меню KB FILES)- Рекомендуемая настройка: Для запуска или отладки написанной ЭС (подпункт Open пункта FILE) из списка файлов с расширением .rul выбирается файл, соответствующий имени ЭС и нажимается кнопка ОК. На дисплее должна появиться часть титульного листа ЭС с ее именем и Ф.И.О. автора. Далее в пункте меню OPTIONS выберите подпункт Run, при этом на дисплее появится стартовый текст ЭС. Для продолжения работы ЭС нажмите кнопку CONTINUE, после чего возникнет первый запрос ЭС с вариантами ответов. Выбрав нужный ответ и нажав кнопку ОК, перейдете к следующему запросу ЭС и так до тех пор, пока ЭС не завершит логический вывод. Для получения консультации следует записанный набор правил с именем экспертной системы и расширением .гш выбрать из нужной директории (как правило, EXSYS NEW) и запустить на выполнение. Текст демонстрационного прототипа экспертной системы для наладки преобразователя частоты, записанный для инструментальной среды EXSYS, приведен в приложении ГИ .2. При выполнении этого пункта проверяется работа экспертной системы: - на удобство интерфейса ввода-вывода (оценивается логика задаваемых системой вопросов и связность ответов), - на эффективность принятой стратегии поиска (порядок перебора, эффективность заложенных в систему эвристик), - на корректность базы знаний (полнота и непротиворечивость правил). Данная проверка производится с помощью разработанных тестовых примеров, имитирующих максимально возможное число ситуаций при наладке реальных преобразователей. Данный этап включает: - разработку инструкции пользователю экспертной системы (см. пп.3.2.5.1 и 3.2.5.2), - распечатку полного текста ЭС - правил, вопросов и ответов системы ( см. приложение Ш). Обобщая материалы этой главы, сформулируем основные результаты: 1) Предложен комплексный метод контроля и наладки оборудования, сочетающий методы традиционной технической диагностики и технологию экспертных систем. 2) Изложена методика построения экспертных систем для наладки электрооборудования. 3) Приведены примеры построения демонстрационных прототипов экспертных систем для наладки преобразователя частоты в инструментальных средах GURU и EXSYS.
Пусковые характеристики СПУН с резонансным инвертором
Сформулируем основные результаты данного параграфа: 1) Получены соотношения (4.5) - (4.14) для переходного (пускового) и квазистационарного (периодического) режимов работы схемы СПУН с трехфазным резонансным последовательным инвертором. Данные формулы применимы как для СПУН с однофазным, так и для схем с ти-фазным последовательным инвертором резонансного типа. 2) Из анализа полученных выражений для электромагнитных процессов (4.5) - (4.14) вытекают следующие особенности работы СПУН с трехфазным резонансным последовательным инвертором: - в переходном режиме огибающие максимальных значений токов и напряжений в схеме имеют апериодический характер; - статические характеристики входного тока, прямого и обратного напряжения на тиристорах имеют вид гиперболических зависимостей с некоторым подъемом в области больших значений нагрузки (режим, близкий к холостому ходу) и крутым подъемом в области малых значений нагрузки (режим, близкий к короткому замыканию); - статические характеристики выходного напряжения и угла проводимости тиристоров имеют монотонно возрастающий характер при изменении нагрузки от режима, близкого к короткому замыканию, до режима, приближающегося к холостому ходу. 3) Экспериментальная проверка расчетных графиков рис.4.6 - рис.4.13 подтвердила полную идентичность характера всех представленных зависимостей. В пределах рабочего диапазона изменения нагрузок расхождение между расчетными и экспериментальными данными составило не более 10%. Для регулирования скорости движения электротранспорта, например, при регулировании напряжения на якоре двигателя постоянного тока троллейбуса, находят применение частотно-импульсные преобразователи (ЧИП). Такие преобразователи [28], построенные по мостовым или иным однофазным схемам последовательных инверторов, работают в импульсном режиме, при котором ширина импульса остается постоянной, а изменяется частота следования импульсов. Недостатком таких схем является сравнительно низкая выходная частота следования импульсов, не позволяющая добиться высокого быстродействия электропривода, а также неблагоприятный режим работы тиристоров вследствие несинусоидальной формы выходных импульсов напряжения и малого времени их запирания. Применение в ЧИП резонансных инверторов позволяет получать на нагрузке формы импульсов выходного напряжения в виде половины периода синусоиды, что благоприятно отражается на работе тиристоров схемы. В пользу резонансных инверторов свидетельствует также то, что схемы ЧИП на их основе имеют большую выходную частоту. Однако однофазные схемы резонансных инверторов имеют определенные ограничения по выходной частоте и мощности, связанные с частотными свойствами и нагрузочными характеристиками применяемых тиристоров. Существенно повысить быстродействие и мощность ЧИП позволяет применение трехфазных резонансных инверторов. Следует также отметить, что схемы ЧИП с трехфазным инвертором обладают свойством сохранять работоспособность при отказе одного, а иногда даже двух силовых ключей. В работе [18] приводятся соотношения для работы схем трехфазных резонансных инверторов на активную нагрузку; ряд сведений о работе вышеупомянутых схем на трансформаторную и выпрямительную нагрузку можно почерпнуть го [16, 17, 19]. К сожалению, следует отметить, что режимы функционирования инверторов данного типа изучены недостаточно. Вследствие этого необходимо восполнить пробел в исследованиях схем трехфазных автономных инверторов, дополнив их анализом работы трехфазных резонансных инверторов на двигатель постоянного тока. Рассмотрим ЧИП с резонансным инвертором, схема которого изображена на рис.4.14. Трехфазный резонансный инвертор [271] имеет трехфазный мост из тиристоров VS1, VS2, VS3, VS4, VS5, VS6; коммутирующие конденсаторы CI, С2, СЗ; коммутирующие дроссели LI, L2, L3, источник питания Ei и нагрузку Z1. Инвертор работает в трехтактном режиме на нагрузку Z1. Для замыкания тока нагрузки во время закрытого состояния тиристоров она может быть шунтирована диодом VD1. Устройство работает следующим образом. Попарно импульсами управления открываются тиристоры VS1,VS2; VS3,VS4; VS5,VS6; VS1,VS2 и т.д. Происходит перезаряд коммутирующих конденсаторов СІ, С2, СЗ по колебательному закону в контурах, содержащих один из коммутирующих дросселей (L1 или L2 или L3), нагрузку Z1, два коммутирующих конденсатора (С1,С2 или С2,СЗ или С1,СЗ) и соответствующую пару тиристоров (VS1,VS2 или VS3,VS4 или VS5,VS6). В установившемся режиме работы инвертора напряжение на коммутирующих конденсаторах СІ, С2, СЗ является знакопеременным и периодическим во времени. В нагрузке Z1 протекает ток, частота пульсаций которого втрое превышает частоту включения пар тиристоров.
Источник питания электропечи мощностью 250 кВт
При часовой оплате труда наладчика Он 250 руб/час; среднем числе наладчиков в бригаде, принятом равным двум; стоимости экспертной системы Сс = 5000 рублей; стоимости компьютера класса «ноутбук» на базе процессора РІЗЗ Ск 10000 рублей и числе объектов наладки N=66 экономия фонда заработной платы составит сумму в 145000 рублей.
Экономия от сокращения простоя технологического оборудования: где Cjjfi) - стоимость выпускаемой за час продукции на г-м технологическом оборудовании. Рассчитаем данный вид экономии для примера наладки электропривода намотки полиэтиленовой пленки фирмы GOLDSTAR (ООО «Симпласт»).
Технологическая производственная линия, куда входит электропривод намотки полиэтиленовой пленки, имеет производительность 1200 пакетов в час. Стоимость пакета типа «майка» при изготовлении их серией не менее 10000 штук составляет 1 рубль 50 копеек. Таким образом, экономия от сокращения простоя составит 2700 рублей. Для сравнения: экономия фонда заработной платы наладчиков при работе ЭСНЭП, подсчитанная для этого же случая, составляет 934 рублей.
Сопоставление сумм экономии по двум показателям экономической эффективности работы экспертной системы (экономия фонда заработной платы и экономия от сокращения простоя технологического оборудования) дает основание считать, что второй вид экономии сопоставим с первым или даже может превышать его.
Следовательно, прогнозируемый общий экономический эффект от использования экспертной системы ЭСНЭП в технологическом процессе наладки 66 объектов составит более 300000 рублей. Подводя итог эксперимента, отметим следующее: 1. Экспертная система оказалась достаточно компетентной для поиска неисправностей (все дефекты были успешно найдены). 2. Наладка с помощью ЭС дала в среднем 36 % экономии рабочего времени. 3. Выигрыш во времени был получен за счет более рационального способа выдвижения и проверки гипотез, т.е. благодаря реализованным в ЭСНЭП эффективным логическим алгоритмам диагностирования. 4. ЭС может быть успешно использована как при наладке электропривода, так и другого электрооборудования, в состав которого входят управляемые преобразователи. 5. Общий экономический эффект от использования экспертной системы при управлении технологическим процессом наладки оборудования может быть достаточно весомым. Решению проблемы повышения эффективности технологического процесса наладки промышленного оборудования призвано помочь создание комплексного метода контроля и наладки оборудования, сочетающего в себе перспективные разработки логических методов технической диагностики и технологии экспертных систем (ЭС). Методика разработки экспертных систем, синтезированная на базе этого метода, позволяет создавать консультационные ЭС, способствующие решению задач контроля и наладки различных типов электрооборудования. ф Разработанная экспертная система ЭСНЭП повышает эффективность процесса наладки за счет экономии времени и средств, облегчает труд наладчиков электрооборудования, пригодна для обучения студентов соответствующих специальностей и доступна для использования значительному кругу специалистов. ЭСНЭП реализована в двух интегрированных инструментальных средах: GURU (DOS) и EXSYS (WINDOWS). В настоящее время ЭСНЭП находится на стадии исследовательского прототипа. Экспертная система способна обнаруживать отдельные неисправности и находить ошибки монтажа узлов электрооборудования; База знаний системы содержит более 500 правил и описание девяти типовых элементов электроустановок: пяти типов управляемых преобразователей, трех типов электрических машин и одного типа СУЭП [279]. На локализацию неисправностей в реальной схеме электроустановки ЭСНЭП затрачивает время от 1 до 3 часов. Переход к промышленному образцу ЭС связан с расширением базы знаний системы, а также с включением в нее новых типов объектов контроля. Основные результаты работы заключаются в следующем: 1. Проведен анализ технологического процесса наладки оборудования и методов его контроля, выявивший возможные направления повышения эффективности контроля и наладки оборудования. 2. Созданы перспективные логические методы технического диагностирования оборудования. Показана эффективность данных методов контроля оборудования. 3. Разработан комплексный метод контроля и наладки оборудования, базирующийся на синтезе методов технической диагностики и технологии экспертных систем. Приведен пример реализации метода. 4. Проведены исследование и анализ работы систем промышленного оборудования. Осуществлена оптимизация параметров схем и разработана методика расчета управляемых преобразователей с резонансными инверторами. 5. Сформированы структуры баз знаний для наладки макроэлементов оборудования. Разработаны базы знаний для наладки управляемых преобразователей, двигателей, генераторов, систем управления. Сформированы математические модели наладки данного оборудования. 6. Создан комплекс экспертных систем для наладки электрооборудования. Проведены экспериментальные исследования разработанных экспертных систем, показывающие большую эффективность метода наладки оборудования с применением ЭС по сравнению с традиционными методами наладки.
