Содержание к диссертации
Введение
1. Автоматизированная судовая электроэнергетическая система как объект диагностирования 16
1.1. Характеристика АСЭЭС как объекта диагностирования 16
1.1.1. Структурно-функциональные свойства АСЭЭС 16
1.1.2. Контролепригодность систем управления СЭЭС 22
1.1.3. Характеристика отказов АСЭЭС 25
1.2. Анализ процесса функционирования АСЭЭС 29
1.2.1. Формирование логико-параметрических признаков в СУ СЭЭС 29
1.2.2. Выбор языка для описания процесса функционирования АСЭЭС 37
1.2.3. Алгоритмическое обеспечение процесса функционирования АСЭЭС 38
1.3. Постановка задачи диагностирования АСЭЭС 42
2. Модель функционирования автоматизированной судовой электроэнергетической системы 50
2.1. Выбор математической модели АСЭЭС 51
2.2. Функционально-алгоритмическая модель АСЭЭС 57
2.3. Реализация методики построения функционально-алгоритмической модели АСЭЭС 63
2.3.1. Общие сведения , 63
2.3.2. Первый уровень модели функционирования АСЭЭС 68
2.3.3. Второй уровень модели функционирования АСЭЭС 74
2.3.4. Третий уровень модели функционирования АСЭЭС 77
3. Методика диагностирования автоматизированной судовой электроэнергетической системы 85
Метод диагностирования АСЭЭС 85
Методика проверки работоспособности АСЭЭС 89
3.2.1. Проверка работоспособности АСЭЭС в подрежиме функционирования 93
3.2.2. Проверка работоспособности АСЭЭС в режиме функционирования 95
3.2.3. Проверка полной работоспособности АСЭЭС 96
Реализация методики проверки работоспособности АСЭЭС 99
3.3.1. Проверка исходного состояния АСЭЭС при работе ДТІ на шины ГИД 99
3.3.2. Проверка условий переходов АСЭЭС в
ДТ-режиме 102
3.3.3. Проверка установившихся и переходных состояний АСЭЭС в ДТ-режиме 105
3.3.4. Проверка ВГ-ДГ-режима и ВГ-режима 105
Методика диагностирования функций АСЭЭС 106
3.4.1. Типовые фрагменты граф-схем алгоритмов функций АСЭЭС 107
3.4.2. диагностирование информационной функцииАСЭЭС 113
3.4.3. Диагностирование управляющей функции АСЭЭС 117
Экспериментальная реализация методики диагностирования функций АСЭЭС 124
Технические средства диагностирования АСЭЭС 129
3.6.1. Организация оперативного контроля АСЭЭС 129
3.6.2. Структурная реализация встроенных средств диагностирования АСЭЭС 131
3.6.3. Разработка и внедрение внешних средств диагностирования АСЭЭС 134
4. Методика обучения эксшуатаодонного персонала диагнос тированию автоматизированных судовых электроэнергетических систем 140
4.1. Постановка задачи 140
4.2. Структура тренажера АСЭЭС 141
4.3. Выбор отказов для имитации в тренажере АСЭЭС 144
4.4. Методика обучения диагностированию на тренажере АСЭЭС 157
Заключение 163
- Структурно-функциональные свойства АСЭЭС
- Функционально-алгоритмическая модель АСЭЭС
- Проверка работоспособности АСЭЭС в подрежиме функционирования
- Выбор отказов для имитации в тренажере АСЭЭС
Введение к работе
В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года", определенных ХХУІ съездом КПСС, поставлена задача "... повысить уровень использования и надежность работы технических средств транспорта" /I, с.170/.
Ввиду интенсификации морских перевозок в одиннадцатой пятилетке особое внимание уделяется пополнению отечественного транспортного морского флота специализированными комплексно-автоматизированными судами, оснащенными новым оборудованием и средствами автоматизации (СА), выполненными на базе интегральных схем и микропроцессоров.
В составе морского флота эксплуатируется около четырехсот судов (15$ общего количества), имеющих знаки автоматизации AI и А2 в символе класса и доля таких судов быстро возрастает.
Эффективность коммерческой эксплуатации комплексно-автоматизированных судов в значительной мере зависит от надежности судовых технических средств (СТО и квалификации эксплуатационного персонала, поддерживающего на основе технического обслуживания и ремонта (ТОиР) их работоспособное состояние.
Одним из резервов повышения уровня использования комплексно-автоматизированных судов является совершенствование системы ТОиР судовых технических средств и их СА, в том числе и автоматизированных судовых электроэнергетических систем (АСЭЭС), позволяющее увеличить эксплуатационный период судов и снизить затраты на перевозку грузов.
Автоматизированные СЭЭС представляют собой сложные технические системы долговременного действия, типовой функцией кото - 8 рых является качественное и бесперебойное электроснабжение судна в условиях безвахтенного обслуживания машинного отделения, что определяет необходимость поддержания высокого уровня их надежности.
Системы управления (СУ) СЭЭС в своем последовательном развитии изменялись от отдельных функциональных блоков, связь между которыми при выполнении алгоритмов управления осуществлял судовой персонал, до автоматизированных СУ, сокративших участие человека в процессе управления до задания режимов работы СЭЭС и назначения очередности запуска резервных генераторных агрегатов (ГА).
Широкое применение дискретных и аналоговых интегральных схем, в том числе и микропроцессоров, характеризуется изменением идеологии построения СУ СЭЭС, их усложнением и размещением в небольших конструктивах /2/.
В настоящее время, ввиду недостаточно полного решения вопросов диагностирования АСЭЭС в условиях эксплуатации, их ТОиР все еще требуют специалистов высокой квалификации, имеющих необходимые навыки проверки, настройки сложных систем, поиска и устранения дефектов в них.
Задача качественного ТОиР усложняется разнообразием АСЭЭС, поставляемых различными изготовителями, имеющих различную элементную базу и конструктивное исполнение СА, а специфическая для флота частая сменяемость судового персонала не способствует накоплению и передаче опыта эксплуатации. Высокая эксплуатационная надежность АСЭЭС затрудняет приобретение персоналом навыков поиска и устранения дефектов непосредственно на судах.
В этих условиях диагностирование АСЭЭС представляет для судовой электрогрушш сложную техническую задачу. Опыт эксплуатации показывает, что трудозатраты на поиск дефектов в АСЭЭС составляют более 80$ трудоемкости восстановления.
Указанные особенности состояния технической эксплуатации АСЭЭС доказывают актуальность разработки методов и средств диагностирования как одного из факторов, повышающих ремонтопригодность находящихся в эксплуатации АСЭЭС, которая определяется не только конструктивными характеристиками АСЭЭС, но и принятой системой ТОиР, квалификацией судовых специалистов, качеством эксплуатационной документации /3-8/.
Большой вклад в теорию диагностирования технических объектов внесли работы П.П.Пархоменко, Е.С.Согомоняна, Я.Я.Осиса, Г.П.Шибанова, В.И.Казначеева, Р.С.Гольдмана, В.П.Чипулиса, И.А.Биргера, А.Н.Скляревича /9-17/.
Вопросам диагностирования СТС и СА посвящены работы А.В.Мо-згалевского, В.И.Волынского, Д.В.Гаскарова, В.П.Калявина, Л.Г.Соболева, В.Ф.Сыромятникова, В.Н.Климова, Ю.И.Мясникова /18-26/.
Ведутся интенсивные разработки методов и средств диагностирования автоматизированных СТС /27-36/. Методы аппаратурной и программной реализации алгоритмов диагностирования судовых СА находятся в стадии становления и имеют ограниченное применение в условиях эксплуатации / 30, 34, 35 /.
Методы диагностирования, предлагаемые в указанных работах и в многочисленных публикациях других авторов, относятся к дискретным или непрерывным объектам и не охватывают комплекса "объект управления - система управления". Их применение для диагностирования АСЭЭС, являющейся сложной гибридной системой дискретно-непрерывного функционирования, связано с необходимостью решения задач большой размерности.
Предложены подходы к диагностированию элементов, подсистем /37-45/ и АСЭЭС в целом /46, 47/. Однако подход, предлагаемый в /46/, не учитывает СА, а согласно /47/ для диагностирования АСЭЭ необходимо использовать несколько моделей.
Несмотря на отмеченные успехи в области разработки методов и средств диагностирования СТО и СА, научно-техническая задача организации диагностирования АСЭЭС, как сложной системы, в условиях эксплуатации остается не решенной. Организация диагностирования АСЭЭО в условиях эксплуатации предполагает наличие следующих элементов; алгоритмов, программных и аппаратурных средств диагностирования, диагностической документации, тренажеров и методик обучения эксплуатационного персонала диагностированию АСЭЭС.
Совокупность указанных элементов определяет содержание диагностического обеспечения (ДО) автоматизированных СЭЭС. Состояние ДО автоматизированных электроэнергетических систем не всегда удовлетворяет требованиям их эффективной эксплуатации ввиду недостаточного развития алгоритмов, программных и аппаратурных средств диагностирования, поставки на суда конструкторской документации вместо эксплуатационной, отсутствия тренажеров и методик подготовки персонала диагностированию АСЭЭС. Отсутствие ДО или отдельных его элементов существенно повышает трудоемкость ТОиР, а в отдельных случаях вынуждает судовой персонал отключать неисправные СА до прихода судна в базовый порт, что вызывает дополнительную нагрузку вахтенного персонала и снижает надежность электроснабжения судна.
Рациональное ДО можно организовать только на стадии проектирования АСЭЭС при их совместной разработке и распределении задач диагностирования между программными, аппаратурными средствами и деятельностью эксплуатационного персонала.
Снижению трудозатрат на освоение, выполнение ТОиР эксплуатируемых и поступающих в эксплуатацию новых АСЭЭС способствует предварительное обучение диагностированию и периодическая пере - II подготовка эксплуатационного персонала на тренажерах, отражающих современное состояние и перспективу развития АСЭЭС, поскольку при существующей системе ТОиР судов Минморфлота более половины объема работ по ТОиР средств автоматизации выполняет судовой экипаж /б/.
Основной целью диссертационной работы является решение научно-технической задачи по разработке метода, алгоритмов и аппаратурных средств диагностирования, как основных элементов диагностического обеспечения, позволяющих снизить оперативную трудоемкость восстановления находящихся в эксплуатации автоматизированных судовых электроэнергетических систем.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи.
1. Определение структурно-функциональных свойств и анализ статистических данных по отказам современных АСЭЭС. Постановка задачи диагностирования АСЭЭС в условиях эксплуатации.
2. Разработка математической модели функционирования АСЭЭС для целей диагностирования.
3. Разработка метода, инженерной методики диагностирования АСЭЭС и их реализация с помощью программных и аппаратурных средств.
4. Разработка структуры тренажера АСЭЭС, определение множества отказов для имитации в тренажере и разработка методики обучения эксплуатационного персонала диагностированию АСЭЭС.
5. Внедрение основных элементов диагностического обеспечения АСЭЭС в Балтийском морском пароходстве с проверкой их эффективности.
В диссертационной работе использованы: методы теорий систем, надежности, алгоритмов, графов и аппарат алгебры логики анализе АСЭЭС как объекта диагностирования, описании математической модели АСЭЭС и разработке метода диагностирования; метод экспертных оценок при выборе множества отказов для имитации в тренажере АСЭЭС; экспериментальная реализация на ЦВМ методики диагностирования функций АСЭЭС; экспериментальная проверка алгоритмов и аппаратурных средств диагностирования на судах Балтийского морского пароходства.
В первой главе проведен анализ структурно-функциональных свойств, находящихся в эксплуатации АСЭЭС и статистических данных по их отказам. Рассмотрена контролепригодность систем управления СЭЭС. Выбран язык формализованного описания АСЭЭС. Постановка задачи диагностирования АСЭЭС основана на фундаментальном понятии теории систем-понятий состояния системы и формулируется как задача наблюдения текущего состояния АСЭЭС по вход-выходным последовательностям сигналов согласно алгоритмам функционирования и отнесения его к одному из видов технического состояния.
Во второй главе разработана обобщенная математическая модель АСЭЭС для целей ее диагностирования.. Автоматизированная СЭЭС, как сложная система дискретно-непрерывного функционирования, представлена функционально-алгоритмической моделью (ФАМ), описанной в пространстве ее функционирования трехуровневым орграфом. Показано, что ФАМ является полностью определенной, изоморфной в отношении АСЭЭС. Эта модель обеспечивает единство математического описания функционирования и синтеза алгоритмов диагностирования АСЭЭС на основе функционального и системного подходов. Методология построения модели АСЭЭС проиллюстрирована на примере синтеза модели функционирования АСЭЭС ролкера серии "Магнито -горек".
В третьей главе разработаны основные положения инженерной методики проверки работоспособности АСЭЭС по ее математической модели. Получено аналитическое выражение оценки работоспособное -13-ти АСЭЭС. Реализация методики проиллюстрирована на примере конкретной АСЭЭС.
Разработана методика синтеза алгоритмов диагностирования функций АСЭЭС. Даны основные принципы программной реализации диагностирования функций. Достоверность алгоритмов диагностирования функций подтверждена их экспериментальной реализацией на УВМ типа М-6000.
Предложена рациональная организация системы диагностирования АСЭЭС, включающая систему оперативного контроля, схемы встроенного контроля и разработанные внешние средства диагностирования.
В четвертой главе предложена структура тренажера для обучения эксплуатационного персонала диагностированию АСЭЭС, определен перечень элементов и подсистем АСЭЭС, отказы которых необходимо имитировать в тренажере, разработана методика обучения персонала диагностированию АСЭЭС.
В заключении сформулированы основные результаты проведенного исследования.
В приложениях к диссертации приведены: некоторые характеристики исследованных АСЭЭС; алгоритмическое обеспечение переходов АСЭЭС; результаты анализа статистических данных по отказам АСЭЭС; программа (на языке ФОРТРАН-ІУ) и результаты экспериментальной реализации на УВМ типа М-6000 синтезированного алгоритма поиска дефектов в подсистеме пуска ДТ; примеры реализации схем встроенного контроля и описание разработанного комплекта внешних средств диагностирования и другие материалы; копии актов о внедрении результатов работы.
На защиту выносятся следующие научные результаты:
I. Функционально-алгоритмический подход к диагностированию АСЭЭС в условиях эксплуатации.
2. функционально-алгоритмическая модель АСЭЭС для целей диагностирования.
3. Методика проверки работоспособности АСЭЭС по ее функционально-алгоритмической модели.
4. Методика поиска дефектов по алгоритмам функционирования системы.
5. Методика выбора множества элементов и подсистем АСЭЭС, отказы которых подлежат имитации в тренажере.
Диссертационная работа связана с планами научно-исследовательских работ Минморфлота на десятую и одиннадцатую пятилетки (отраслевые научно-технические проблемы 3.5; 4.1; 4.5), с планом научно-технического сотрудничества между Минморфлотом и Министерством транспорта НРБ на 1982 г. (пункт 8.2 программы) и внполнена по договорам кафедры "Электрооборудование судов" ЛВИМУ им.адм.С.О.Макарова с Балтийским морским пароходством и п/я B-2I56 под научным руководством д.т.н. профессора Баранова А.П.
Основные результаты выполненного исследования опубликованы в печати /53, 57, 58, 62, 124, 153, 154, 157/, в отчетах по научно-исследовательским работам ЛВИМУ им.адм.С.О.Макарова /80--86/, ЦНИИ морского флота /158/ и обсуждены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЛВИМУ им.адм.С.О.Макарова в 1975-1983 гг., на межбассейновом научно--техническом семинаре "Тренажеры и имитаторы на морском флоте" секции транспортной кибернетики ЛБНТОВТ в 1980 г. (г.Ленинград), на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы комплексной автоматизации судовых технических средств" в 1982 г. (г.Ленинград), на семинаре "Автоматизация диагностирования и контроля судовых технических средств" секции автоматики и приборостроения НТО имени академика А.Н.Крылова в 1983 г. (г.Ленинград).
Результаты работы внедрены в Балтийском морском пароходстве с подтвержденным экономическим эффектом 5 тыс. рублей на одно судно, использованы ЦНИИ морского флота, предприятием п/я B-2I56 и используются в учебном процессе ЛВИМУ имени адмирала СО. Макарова при чтении специальных курсов лекций для курсантов специальности 1613 и на курсах повышения квалификации электромехаников плавсостава.
Структурно-функциональные свойства АСЭЭС
Решение задачи организации ДО находящихся в эксплуатации АСЭЭС основывается на функциональном и системном подходах к анализу АСЭЭС как объекту диагностирования /13, 48/.
Анализ предполагает рассмотрение отдельных элементов, подсистем АСЭЭС и их функций (функциональный подход) с учетом связей в системе (системный подход), конструктивного исполнения ее элементов с точки зрения контролепригодности /49/, выявление характерных отказов, их причин и признаков проявления, определение трудоемкости восстановления элементов и подсистем, ответственных за снижение заданного уровня надежности АСЭЭС.
Автоматизированная судовая электроэнергетическая система является функциональным комплексом технических средств судна /50/, который реализует типовую функцию обеспечения судна электроэнергией и состоит из объекта управления (ОУ) и системы управления (СУ).
В данной работе принято, что ОУ включает генераторные агрегаты (ГА) и главный распределительный щит (ГИД) совместно с их линиями связи, а также программируемые и непрограммируемые потребители. К программируемым потребителям относятся потребители, мощность которых соизмерима с мощностью автономного ГА. Заявка на подключение программируемых потребителей к шинам ГРЩ формирует предполагаемое значение потребляемой мощности и при необходимости изменяет структуру АСЭЭС. Влияние непрограммируемых потребителей на функционирование системы учитывается в изменениях нагрузки на шинах ГРЩ.
В состав судовой электроэнергетической системы могут входить или только автономные ГА (дизельгенераторы - ДГ, турбогенераторы - ТГ) или автономные ГА вместе с генераторами отбора мощности {валогенераторы - ВГ, утилизационные турбогенераторы -УТГ) /51-53/.
Из автономных источников электроэнергии на морских транспортных судах распространены дизель-генераторные агрегаты (92,3$ общего количества ГА) /51, 52/. В последнее время все более широкое применение находят валогенераторы (1,3$) /51, 182/.
Наиболее распространенной комплектацией электростанции является три или четыре ГА, одним из которых может быть генератор отбора мощности /51/.
В зависимости от режима работы судна (стоянка, маневры и др..), технического состояния элементов, подсистем АСЭЭС или действий вахтенного персонала изменяется тип (генератор отбора мощности, автономный ГА), количество и состав (первый ГА, второй ГА, ... , п -й ГА или в любом сочетании), находящихся в работе генераторных агрегатов. Тип работающих ГА определяет режим функционирования системы (режим генератора отбора мощности, режим автономного ГА, смешанный режим на раздельные или общие шины), количество работающих в режиме ГА формирует подрежим функционирования системы, а состав ГА в подрежиме характеризует состояние функционирования АСЭЭС. Система управления, в качестве подсистем, включает локальные системы управления (ЛСУ) собственно ГА, подсистему управления црограммированными потребителями и управляющее устройство (УУ), координирующее работу указанных подсистем. К системе управления, согласно /50/, относятся пульт управления (ПУ) с орга -ієнами управления и средствами отображения информации, а также датчики, связывающие СУ с объектом управления. Исполнительные органы являются элементами ОУ. Особенностью функционирования АСЭЭС является длительное нахождение в установившихся режимах (подрежимах, состояниях) с неизменным составом вход-выходных сигналов СУ и эпизодический характер переходов из режима (подрежима, состояния) в режим (подрежим, состояние). Автоматизированной СЭЭС присущи особенности сложной системы /ІЗ/, аналитически описываемые в виде 2 juiAj! AjfAGApAYM?AX, где 2 " признак сложной системы; L - многофункциональность; (Ь - иерархичность структуры; У - различие физических принципов реализации элементов; б - функциональное, аппаратурное, временное и информационное резервирование; 0 - наличие обратных и межэлемеятных связей; ч - наличие аналоговых и дискретных элементов; 4 - единство цели функционирования подсистем; 9Є - участие человека в управлении. Иерархический принцип построения сложных систем, применительно к АСЭЭС, реализуется согласно рис.1.1. Оператор (0), как высший четвертый уровень иерархии, является координатором по отношению к нижестоящим подсистемам АСЭЭС и при ручном управлении воздействует непосредственно на ОУ, находящийся на первом уровне иерархии (5-ГРЩ, 6-ГА, 7-потребители). При дистанционном автоматизированном управлении (ДАУ) оператор через ПУ (I), воздействует на локальные системы управления ГА (3) - второй уровень иерархии.
Функционально-алгоритмическая модель АСЭЭС
Функционирование АСЭЭС характеризуется разнообразием и взаимовлиянием физических процессов в элементах системы, формированием сложных логико-параметрических признаков в СУ, идентичностью внешних проявлений возникающих дефектов.
Построение модели АСЭЭС для целей диагностирования с использованием традиционного математического аппарата классических методов теории автоматического управления и регулирования вызывает определенные трудности, связанные с большой размерностью модели и ее сложностью. Такая модель будет чувствительна к изменению конструктивного исполнения объекта и, следовательно, не обладает общностью подхода к описанию находящихся в эксплуатации АСЭЭС /15/.
Автоматизированная СЭЭС как объект диагностирования может быть представлена логической моделью, методы анализа которых изложены в /9, 93, 109, НО, 183/. Основным недостатком описания сложных систем с помощью логических моделей является большой объем вычислений возможных состояний системы из-за значительных размерностей таблиц функций неисправностей, а также необходимость обоснования рассматриваемого множества дефектов /9, 91, НО/.
Расширением логической модели является конечноавтоматная модель поведения непрерывного объекта. В каждый дискретный момент времени модель вырабатывает текущий допуск на значение выходного сигнала правильно функционирующего объекта. Так как задаваемые допуски находятся в пределах соответствующих полей динамических допусков значений сигналов, то рассматриваемая конечноавтоматная модель имеет большую точность проверки по сравнению с логической моделью /III/.
Классическая теория конечных автоматов использует в качестве математических моделей дискретных устройств графы, таблицы переходов и таблицы выходов /69, 70, 112/. Этот способ задания конечных автоматов удобен для несложных дискретных объектов, поскольку уже при десяти входах автоматная таблица содержит 1024 строки.
Системы управления СЭЭС имеют десятки аналоговых и дискретных входов (см. табл.1.1), что делает общее описание АСЭЭС с помощью автоматных таблиц затруднительным.
Конечноавтоматная модель обладает рядом существенных недостатков, связанных с необходимостью введения ограничений на технологический процесс, ввиду невозможности представления параллельных цроцессов, приоритетов, выдержек времени, необходимых для описания алгоритмов функционирования реальных АСЭЭС /73/.
Более компактным, но недостаточно наглядным описанием модели является язык логических функций, представленных в скобочной форме /73/,
Общность математического описания различных структур сложных систем обеспечивает аксиоматический подход /II3-II5/. Концепция открытого характера аксиоматического описания охватывает непрерывные и дискретные системы и позволяет корректировать его с учетом специфики моделируемого объекта.
Удобным видом описания процесса функционирования сложного объекта для целей диагностирования является инцеденторное представление его состояний /29, 43, 116/.
Разработка достаточно полного функционального (логического) описания сложных технологических систем значительно менее трудоемка по сравнению с разработкой количественной математической модели. При ограниченном интересе к физическим процессам в системе или отсутствии их точных математических зависимостей, функциональное описание более эффективно /117, 118/. Такое описание снижает размерность модели и позволяет использовать для ее реализации микропроцессоры и микро-ЭВМ /119/.
Исследование АСЭЭС с позиций функционально-системного подхода предполагает рассмотрение влияния внешних воздействий (изменение режимов работы судна, изменение нагрузки на шинах ГЩ) и операционных воздействий персонала на структуру АСЭЭС, что соответствует функциональному описанию системы, которое всегда иерархично /120 /.
В диссертационной работе в основу выбора математической модели АСЭЭС положено описание АСЭЭС с помощью языка конечноав-томатных функций, отражающих процесс переработки входной информации в выходные воздействия согласно алгоритмам функционирования /67/.
Такой подход к построению модели соответствует фундаментальному принципу кибернетики, согласно которому изучение системы основывается на исследовании ее поведения по вход-выходным соответствиям /117/.
В кибернетическом моделировании соблюдение критериев подобия между моделью и оригиналом требуется только относительно преобразования вход-выходной информации. Система и модель будут изоморфны, если взаимно однозначное преобразование состояний входов-выходов системы в состояния входов-выходов модели превращает представление системы в представление модели /117/.
Подобие модели функционирования АСЭЭС в виде конечноавто-матных функций А базируется на изофункционализме относительно вход-выходных логико-параметрических признаков (выходное воздействие, формируемое моделью, подобно выходному воздействию системы при подобии входов модели и оригинала) /117/.
Проверка работоспособности АСЭЭС в подрежиме функционирования
Организация диагностирования находящихся в эксплуатации АСЭЭС предполагает выбор формализованного метода получения алгоритмов диагностирования.
В нашей стране и за рубежом уделяется большое внимание вопросам разработки методов контроля работоспособности и поиска дефектов в непрерывных, дискретных и гибридных объектах /9-17, 61, 67, 91, 97-110, 116, 130-137, 183-186/, в том числе и в судостроении /18-29, 36-47/. Анализ методов диагностирования сложных объектов выполнен автором в работе /84/.
Современное состояние технической диагностики характеризуется широким применением методов логического анализа, распознавания образов, идентификации, динамического программирования, теории конечных автоматов, теории чувствительности и теории информации. Все существующие методы диагностирования основываются на замене реального объекта некоторой моделью, отражающей существенные для диагностирования свойства.
Предложенные в рассмотренных автором работах функциональные, структурные и структурно-аналитические подходы к диагностированию различных объектов предусматривают построение модели диагностируемого объекта по его конкретной реализации и могут применяться на заключительном этапе проектирования объекта после выполнения его структурного синтеза (разработки принципиальных схем) /100/.
Сложившийся подход к построению процедур диагностирования отражает процесс развития диагностики как науки, появление которой вызвано необходимостью обеспечения требуемой эксплуатационной надежности (готовности) сложных автоматизированных объектов.
Методологически указанный подход выражается в том, что объект проектируется (реализуется технически), а затем уже появляется возможность его анализа, как объекта диагностирования, согласно существующим методам. К недостаткам рассмотренного подхода можно отнести необходимость внесения изменений в спроектированный (технически реализованный) объект с целью получения необходимой категории контролепригодности, обеспечивающей выполнение процедур диагностирования /49/.
По характеру взаимодействия между средствами и объектом диагностирования выделяют функциональное и тестовое диагностирование /9, 93, 102, 106, 134, 138/. функциональное диагностирование осуществляется в процессе функционирования объекта. При этом подача воздействий на объект со стороны средств диагностирования не производится. Возможна организация функционального диагностирования в режиме имитации рабочих сигналов при неработающем объекте и при принятии дополнительных мер, исключающих влияние имитируемых сигналов на работающий объект. С точки зрения общей теории контроля и управления система функционального диагностирования является системой контроля.
Тестовое диагностирование предполагает подачу на объект специальных сигналов (тестов) в общем случае не совпадающих с рабочими сигналами. Следовательно, система тестового диагностирования является специфической системой управления объектом в режиме диагностирования. Основными недостатками тестового диагностирования являются ограниченность практического применения несложными объектами (в основном комбинационными схемами) и ограничение глубины поиска дефектов подмножеством неразличимых неисправностей при большом объеме вычислительных операций. Тестовое диагностирование требует однозначности соответствия дефектов и признаков их проявления, что не является характерным для АСЭЭС.
В данной работе рассматривается решение задачи диагностирования АСЭЭС, включающей проверку работоспособности и поиск дефекта на основе проверок последовательностей ЛПП, согласно алгоритмам функционирования по их отображениям на конструктив и топологию размещения элементов системы, элементов логической схемы СУ и являющихся, в общем случае, функциями вида (1.5).
Исходя из постановки задачи и учитывая выявленные особенности АСЭЭС как объекта диагностирования, можно сделать заключение о малой эффективности тестового диагностирования для АСЭЭС.
Методы проверки работоспособности и поиска дефектов, основанные на классических моделях для непрерывных (логическая модель) или дискретных (конечный автомат, логическая сеть) объектов применительно к АСЭЭС, как к сложной гибридной системе, малоэффективны ввиду их специфических недостатков /95/.
Попытка автора применить указанные модели раздельно к непрерывной и дискретной частям АСЭЭС показала возможность использования такого подхода при громоздкости функционально-структурных описаний частей системы /84/.
В данной работе предлагается функционально-алгоритмический подход к диагностированию АСЭЭС на основе ФАМ и понятии неисправности функционирования АСЭЭС, реализующийся посредством функционально-тестового диагностирования, наиболее эффективного для сложных систем /84, 109, 134/.
Функциональные тесты формируются по ГСА функционирования системы из последовательностей ЛПП. В процессе диагностирования система может выполнять свою типовую функцию при условии исключения нежелательных воздействий со стороны средств диагностирования. Поскольку оценка работоспособности системы и поиск дефектов в ней выполняются по результатам проверки реализации алгоритмического обеспечения А путем подачи в СУ последовательностей ЛШІ (функциональных тестов), то название метода соответствует его содержанию. функционально-тестовое диагностирование АСЭЭС выполняется в пространстве логико-параметрических признаков. Признаки используются для оценки технического состояния элементов, подсистем и АСЭЭС в целом, поскольку содержат в себе информацию как о соответствии логики функционирования заданной, так и о значениях технологических и временных параметров.
Выбор отказов для имитации в тренажере АСЭЭС
В настоящее время ведутся интенсивные разработки по применению микропроцессорных средств для автоматизации СТС /141, 142, 187, 189/. На ряде судов зарубежной постройки микропроцессоры используются в системах централизованного контроля, ДАУ главным двигателем, управления электростанцией. Применение микропроцессорных средств определило новый подход к построению СУ, при котором многие схемотехнические задачи переместились в область алгоритмизации технологических процессов и разработки программного обеспечения /65, 66, 143-145/.
Соответственно изменяются и задачи диагностирования СТС, объектом исследования в которых становится алгоритмическое и программное обеспечение автоматизированных объектов /146-149/.
В отличие от традиционных методов диагностирования, базирующихся на схемном описании диагностируемого объекта, предлагается подход к диагностированию АСЭЭС по алгоритмам ее функционирования, математической моделью которых является граф-схема алгоритма (микропрограмма) /146, 147 /.
Программные средства диагностирования АСЭЭС входят в состав математического обеспечения микро-ЭВМ в виде некоторой совокупности тестовых, сервисных и управляющих программ. К основным требованиям, предъявляемым к программным средствам диагностирования АСЭЭС, относятся /148/: - автономность; - полнота охвата проверкой элементов АСЭЭС; - обеспечение требуемой глубины определения дефекта. Программные средства диагностирования реализуют проверку системы как в процессе ее функционирования, так и в специальном режиме диагностирования перед вводом СУ или ее подсистем в работу /2/. В рабочем режиме функционирования АСЭЭС программа диагностирования, наряду с основными программами, имеет самый низкий приоритет и запускается управляющей программой при поступлении информации о наличии неисправности или от таймера в интервалах, свободных от решения задач управления АСЭЭС. Предусматривается запуск программы диагностирования АСЭЭС по команде оператора. Тесты оформляются в виде подпрограмм согласно требованиям организации модульной диспетчерской системы. Задача диагностирования АСЭЭС при заданном АО А сводится к диагностированию типовых фрагментов, из которых синтезируется любой алгоритм А. е AS Тестовые подпрограммы диагностирования объединены общей программой управления и выполняются последовательно, согласно следованию фрагментов в проверяемом алгоритме функционирования. При обнаружении неисправности информация о ней заносится в массив неисправностей и включается индикатор на ПУ. После квитирования персоналом индикации отказа, программа диагностирования запускается с начала автоматически. Объем требуемой памяти, в общем случае, зависит от языка программирования, степени использования периферийных устройств, степени распараллеливания алгоритмов функционирования АСЭЭС. Синтез ГСА функционирования АСЭЭС на основе типовых фрагментов позволяет разработать стандартные процедуры диагностирования АСЭЭС с использованием модификации адресов программы диагностирования. Минимизация объема памяти микропроцессора, требуемого для программы диагностирования, обеспечивается применением указанных стандартных процедур (повторяющихся подпрограмм) при их однократной записи в постоянной памяти и записью изменяющихся значений и имен входов-выходов СУ в оперативной памяти /150/. Дня экспериментальной реализации пофрагментного принципа диагностирования функций АСЭЭС применен метод имитационного программного моделирования, заключающийся в реализации на ЦВМ моделирующего алгоритма, который на основе априорной информации о состоянии входов-выходов СУ воспроизводит процесс функционирования АСЭЭС /151/. Основой программы диагностирования является разработанная процедура DIKGrN. Реализация программы диагностирования рассматривается применительно к алгоритму управления пуском ДТ (см. рис.3.II) на УВМ типа М-6000 и соответствует структурной схеме на рис.3.14. Модель алгоритма пуска представлена в виде восьми подпрограмм. Семь подпрограмм (SUBROUTINE PPi -г РР7 ) соответствуют общему количеству типовых фрагментов, из которых синтезирован алгоритм пуска ДТ и одна подпрограмма является общей, моделирующей результаты на выходах фрагментов при изменении исходных данных. Перечисленные подпрограммы и программа DIAGN записаны в виде отдельных процедур на языке ФОРТРАН-ІУ. Для вывода на печать использованы возможности системного матобеспечения. Реализация диагностирования функции пуска ДТ выполняется согласно структурной схеме алгоритма на рис.3.15.
