Передающее устройство систем телеизмерения

результаты их реализации.

Из-за отсутствия регулярных и экономичных методов повышения контроле-

пригодности объектов на практике широко используются неформальные

рекомендации, облегчающие диагностирование объектов.

7 Техническая диагностика и прогнозирование

Оценивая область, охватываемую технической диагностикой, рассмотрим три

типа задач определения технического состояния объектов.

К первому тину относятся задачи определения технического состояния, в

котором находится объект в настоящий момент времени Это - задачи

диагностирования. Задачи второго типа - предсказание технического

состояния, в котором окажется объект в некоторый будущий момент времени.

Это — задачи прогнозирования. К третьему типу относятся задачи определения

технического состояния, в котором находился объект в некоторый момент

времени в прошлом. По аналогии можно говорить, что это задачи генеза.

Задачи первого типа формально следует отнести к технической

диагностике, а второго типа - к технической прогностике (к техническому

прогнозированию). Тогда отрасль знания, которая должна заниматься решением

задач третьего типа, естественно назвать технической генетикой.

Задачи технической генетики возникают, например, в связи с

расследованием аварий и их причин, когда техническое состояние объекта в

рассматриваемое время отличается от состояния, в котором он был в прошлом,

в результате появления первопричины, вызвавшей аварию. Эти задачи решаются

путем определения возможных или вероятных предыстории, ведущих в настоящее

состояние объекта. К задачам технической прогностики относятся, например,

задачи, связанные с определением срока службы объекта или с назначением

периодичности его профилактических проверок и ремонтов. Эти задачи решаются

путем определения возможных или вероятных эволюции состояния объекта,

начинающихся в настоящий момент времени.

Решение задач прогнозирования весьма важно, в частности, для

организации технического обслуживания объектов по состоянию (вместо

обслуживания по срокам или ста ресурсам). Непосредственное перенесение

методов решения задач диагностирования на задачи прогнозирования невозможно

из-за различия моделей, с которыми приходится работать:

при диагностировании моделью обычно является описание объекта, в то

время как при прогнозировании необходима модель процесса эволюции

технических характеристик объекта во времени. В результате диагностирования

каждый раз определяется не более чем одна "точка" указанного процесса

эволюции для текущего момента (интервала) времени. Тем не менее хорошо

организованное диагностическое обеспечение объекта с хранением всех

предшествующих результатов диагностирования может дать полезную и

объективную информацию, представляющую собой предысторию (динамику)

развития процесса изменения технических характеристик объекта в прошлом,

что может быть использовано для систематической коррекции прогноза и

повышения его достоверности.

В период эксплуатации весьма важным является индивидуальное

прогнозирование технического состояния каждого конкретного экземпляра

объекта, которое позволяет обслуживать объекты по их состоянию. При

индивидуальном прогнозировании априорная информация должна быть

индивидуальной для каждого экземпляра объекта. Если эту информацию получать

в процессе эксплуатации, то она будет учитывать не только конкретные

условия применения данного экземпляра объекта по назначению, условия его

обслуживания, храпения и транспортирования, но также специфические

особенности экземпляра, зависящие, в частности, от конкретных условий

изготовления объекта и его составных частей.

Однако и при таком расчленении трудности разработки практически

эффективных методов прогнозирования для сложных объектов остаются

значительными.

Наиболее простой была бы явная аналитическая модель в которой

отсутствует зависимость будущего технического состояния от случайных помех

и погрешностей. Стремясь к "идеальной" модели, применяют различные способы

математической обработки моделей с целью уменьшения зависимости

окончательных результатов измерения прогнозирующих параметров и прогноза от

случайных функций Y, X и W. Эти способы заключаются главным образом в

сглаживании случайных процессов применением операторов сглаживания, таких,

как опера- ' торы математического ожидания, текущего среднего,

экспоненциального сглаживания, и некоторых других. Для применения

операторов сглаживания необходимо знать характеристики сглаживаемых

случайных процессов, например вероятности появления величин Y, X и W,

интервалов сглаживания и др., что сопряжено с необходимостью получения и

обработки больших объемов априорной информации, что практически далеко не

всегда возможно.

Простейшими критериями Годности могут быть, например, абсолютные

значения или скорости изменения абсолютных значений интенсивностей отказов,

или некоторых (прогнозирующих) параметров.

Конечно, наиболее трудными являются вопросы обоснованного назначения

предельного значения критерия годности, а также выбора прогнозирующих

параметров. Теоретически обоснованные ответы на эти вопросы удается

получить далеко не всегда и только для очень простых объектов. В

большинстве случаев, однако, могут оказаться приемлемыми методы экспертных

оценок.

8 Связь технической диагностики с надежностью и качеством

Качество продукции есть совокупность ее свойств, обусловливающих

пригодность продукции удовлетворять определенные потребности в соответствии

с ее назначением. Среди показателей качества продукции важное место

занимают показатели ее надежности (безотказности, долговечности, сохраняем

ости, ремонтопригодности). Наличие или появление дефектов, что возможно на

любой стадии жизни продукции (объектов), отрицательно сказывается на ее

качестве и надежности.

Физический аспект, являющийся основным для неделимых объектов,

охватывает выбор, совершенствование и создание новых материалов, поиск и

реализацию новых физических принципов работы, новых видов энергии и

способов ее преобразования, задание щадящих условий применения объектов,

совершенствование технологии производства и конструкции и т. п.

Аппаратурный аспект охватывает принципы и методы организации и

использования аппаратурной (материальной) избыточности. Это - мажорирование

(в частности, дублирование и троирование), распределенное резервирование,

статическое и динамическое резервирование, ненагруженный и нагруженный

резерв, и т. п.

Информационный аспект надежности включает в себя принципы и методы

получения и использования избыточной информации, поступающей на объект, а

также передаваемой, перерабатываемой, хранимой и выдаваемой объектом. Это,

например, применение избыточных кодов, исправляющих ошибки, и многократное

(в частности, двукратное) повторение во времени операций передачи и

обработки информации. К информационному аспекту следует отнести также

вопросы, связанные с организацией падежного (в частности, нечувствительного

к ошибкам) матобеспечения вычислительных машин.

Целью мероприятий, выполняемых в рамках физического аспекта надежности,

является создание таких объектов, которые как можно меньше подвержены

появлению в них дефектов как при производстве, так и при их эксплуатации.

Однако избежать возникновения дефектов в более или менее сложных объектах,

особенно при длительной их эксплуатации, нельзя.

Для реализации диагностического обеспечения в общем случае требуется

ввести аппаратурную и информационную избыточность, а также дополнительно

затратить энергию. Поэтому разработчик, желающий иметь хорошее

диагностическое обеспечение для проектируемого объекта, должен сознавать,

что для этого потребуются затраты, которые должны определяться технико-

экономическими соображениями или даже расчетами, но которые начнут

окупаться немедленно -в процессе изготовления объекта и при его наладке. В

первую очередь разработчику надлежит рассмотреть все стадии и этапы жизни

объекта и для каждого такого этапа решить вопрос о необходимости решении

той .или иной задачи диагностирования, выбрать или назначить требуемую

полноту обнаружения и глубину поиска возможных (вероятных, допустимых)

дефектов объекта, За этим должна следовать разработка и создание

соответствующих систем диагностирования.

Главными показателями качества систем диагностирования являются

гарантируемые ими полпота обнаружения и глубина поиска дефектов. К числу

"вторичных" показателей качества систем диагностирования можно отнести

затраты на аппаратуру, время, энергию, а также показатели надежности

средств диагностирования, в том числе достоверность диагноза.

Для правильной организации проектирования систем диагностирования такие

основные исходные данные, как состав обнаруживаемых дефектов и глубина их

поиска, должны быть заданы не "в среднем", а в виде совершенно конкретных

перечней дефектов и сменных составных частей объекта.

Внедрение в практику проектирования указанных выше методов

количественных расчетов в определенной мере дело будущего. В настоящее

время целесообразно согласовывать показатели надежности объектов и

характеристики их систем диагностирования путем итеративного рассмотрения

ряда вариантов. При этом существенно полезными и эффективными являются

машинные системы моделирования надежности, которые обеспечивают возможность

учета характеристик диагностического обеспечения моделируемых объектов.

9 Основы теории технической диагностики

В качестве широко применяемых диагностических моделей аналоговых

объектов можно назвать их логические модели и графы причинно-следственных

связей. Эти модели пригодны в тех случаях, когда возможна организация

диагностирования на принципах допускового контроля параметров объекта.

Электрические цепи как объекты диагностирования могут быть представлены

моделями, разработанными в рамках общей электротехники, а для анализа этих

моделей с целью построения алгоритмов диагностирования привлекаются

известные методы расчета таких цепей.

Для решения задач тестового диагностирования динамических систем

привлекаются методы, основанные на результатах теории чувствительности.

Применительно к линейным аналоговым системам разработаны методы дешифрации

результатов физических экспериментов над такими объектами с целью как

обнаружения, так и поиска их неисправных блоков. Тестовыми воздействиями

при этом являются гармонические входные сигналы. Методы, получившие общее

название методов интегральной диагностики, основаны на анализе переходных

процессов, вызываемых специальными входными воздействиями, и применяются

для диагностирования относительно простых "неделимых" объектов (например,

резисторов, конденсаторов и других изделий электротехники и электроники) .

При этом путем обработки результатов диагностирования удается определять

наличие скрытых дефектов, влияющих, например, на показатели долговечности

изделий.

Содержательно задача построения теста состоит в том, чтобы найти

(вычислить, выбрать, назначить) такую совокупность и, возможно,

последовательность входных воздействий, при подаче которой на объект

диагностирования получаемые ответы объекта в заданных контрольных точках

позволяют сделать 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 или работоспособность объекта диагностирования.

Для дискретных объектов тесты (точнее, алгоритмы тестового

диагностирования) строятся либо по структурным, либо по функциональным

моделям объектов диагностирования. Для простых объектов модели могут быть

явными, для сложных объектов всегда применяются неявные модели. Тесты могут

быть детерминированными или вероятностными. Среди последних заметное место

занимают тесты, Представляющие собой псевдослучайные последовательности

входных воздействий.

Довольно часто тестовые воздействия выбираются по "физическим"

соображениям, например воздействия типа скачка или импульса входного

сигнала в методах интегральной диагностики, а также воздействия,

применяемые в методах неразрушающего контроля технического состояния.

В качестве тестовых могут быть использованы входные воздействия,

являющиеся рабочими при применении объекта по назначению. Это имеет место

при организации тестового диагностирования аналоговых объектов, в частности

тогда, когда последние представлены их логическими моделями или графами

причинно-следственных связей. Составленные таким образом тесты называются

функциональными.

10 Разработка технического диагностирования

Разрабатываемая схема приёмника должна осуществлять передачу полученной

информации без временных интервалов между посылками, а также производить её

обработку с наименьшим временем.

Структурная схема изображена на рисунке 10.

Схема блока управления представленная на чертеже управляет работой АЦП

и переключением посылок. Счётчик, работающий от генератора тактовых

импульсов, выдаёт комбинации на логический узел, посредством которого

определяется момент времени поступления необходимой комбинации. Комбинации,

используемые в работе блока управления и их назначение, приведены в таблице

5.10.

Время перехода от одной комбинации до другой, определяемое частотой

генератора тактовых импульсов, равно 0.43 мс.

Регистр в блоке управления, аналогичны регистру в логическом блоке,

предназначен для поддержания постоянного сигнала до поступления новой

команды.

|0000 | |

|0001 |Сброс АЦП и начало |

| |преобразования |

|0010 |Конец преобразований, |

| |считывание информации, |

| |запись её в регистр и |

| |обработка 1-ой посылки |

|0011 | |

|0100 | |

|0101 | |

|0110 | |

|0111 | |

|1000 | |

|1001 |Конец обработки 1-ой |

| |посылки, считывание |

| |информации с регистра и |

| |обработка 2-ой посылки |

|1010 | |

|1011 | |

|1100 | |

|1101 | |

|1110 | |

|1111 | |

Для определения работоспособности всей системы, исходя из материала

изложенного выше, составляем следующую таблицу причинно-следственных связей

(таб.10.1).

Таблица 10.1

| |(1 |(2 |(3 |(4 |(5 |

|S0 |1 |1 |1 |1 |1 |

|S1 |0 |1 |0 |0 |0 |

|S2 |0 |0 |0 |0 |0 |

|S3 |1 |1 |0 |0 |0 |

|S4 |1 |1 |1 |0 |0 |

|S5 |1 |1 |1 |1 |0 |

В таблице применены следующие обозначения:

V (i – проверочная посылка i–ого блока;

V Si – неисправность i –ого блока.

По данным этой таблицы строим таблицу для определения работоспособности

всей системы (таб.10.2).

Таблица 10.2

| |(1 |(2 |(3 |(4 |(5 |

|S01 |1 |0 |1 |1 |1 |

|S02 |1 |1 |1 |1 |1 |

|S03 |0 |0 |1 |1 |1 |

|S04 |0 |0 |0 |1 |1 |

|S05 |0 |0 |0 |0 | |

Посылка соответствующая выделенной единице – посылка необходимая для

проверки работоспособности всей системы. Т.е. если результат после пятого

блока системы при воздействии на систему контрольной посылкой будет равен

единице, что соответствует рабочему состоянию, то можно сделать

утвердительный вывод что система находится в рабочем состоянии и продолжить

нормальную работу.

Если эта проверка даст нулевой результат, то это значить что система

имеет неисправный блок, а значить необходимо искать место неисправности.

Для нахождения места неисправности составляют следующую таблицу

(таб.10.3).

Таблица 10.3

| |(1 |(2 |(3 |(4 |(5 |

|S12 |0 |1 |0 |0 |0 |

|S13 |1 |0 |0 |0 |0 |

|S14 |0 |1 |1 |0 |0 |

|S15 |1 |0 |1 |1 |0 |

|S23 |1 |1 |0 |0 |0 |

|S24 |1 |1 |1 |0 |0 |

|S25 |1 |1 |1 |1 |0 |

|S34 |0 |0 |1 |0 |0 |

|S35 |0 |0 |1 |1 |0 |

|S45 |0 |0 |0 |1 |0 |

Для нахождения места неисправности необходимо и достаточно использовать

только четыре проверки вместо пяти – 1,2,3 и 4 посылки.

11 Разработка схемы диагностирования

Создание схемы технического диагностирования в основном заключается в

создании некоторого стандартного воздействия на систему и контроле за

реакцией системы на это воздействие (т.е. сравнение выходной величины

системы с необходимым значением).

Для данной системы телеизмерения входной величиной является аналоговая

величина некоторой измерянной величины. Соответственно, блок создания

стандартного проверочного воздействия должен создавать аналоговый сигнал,

которым наиболее вероятно определить работоспособность системы.

В качестве стандартного сигнала возьмём постоянный во времени

аналоговый сигнал с амплитудой равной 15В, т.к. такой проверочный сигнал

позволит намного уменьшить схемную реализацию контролирующего устройства.

Т.к. постоянный во времени аналоговый сигнал амплитудой 15В уже

используется для питания микросхем, то блок для своевременной подачи

стандартного сигнала будет состоять только лишь из одного триггера

пропускающего этот сигнал по команде блока управления схемы системы

телеизмерения (рис.11).

Данное решение блока создания стандартного сигнала очень простое и

экономичное, однако, это решение имеет один минус – нестабильность питания

микросхем от внешних источников.

Но с другой стороны, если питание микросхем будет нестабильным, то

стандартный проверочный сигнал будет создан неверно и естественно что

контролирующий блок выдаст ошибку работы системы. Данный случай показывает,

что диагностирование будет вестись не только по работоспособности отдельных

блоков, но и по правильности их питания от внешних источников.

12 Диагностирование работоспособности системы

Из данных приведенных в таблице 10.2, следует, что для проверки

работоспособности системы необходимо проверить только пятую посылку, т.е.

проверить выходной сигнал пятого блока – блок преобразования в частоту.

Т.к. выходной сигнал пятого блока – аналоговый сигнал определённой

частоты, то для контроля правильности этого сигнала необходимо использовать

ЦАП и блок логических элементов сравнивающий выходной сигнал с сигналом

который должен быть на выходе. Связь этих элементов показана на рисунке 11.

Триггер показанный на рисунке 11 выполняет функцию “клапана” для

задержки информации в нормальном режиме работы системы. Этот триггер может

также использоваться в качестве триггера пропускающего входной сигнал.

Таким образом, если логическая схема контроля выдаёт сигнал высокого

уровня, то система в данный момент времени работоспособна, если низкого

уровня, то система в данный момент времени не работоспособна и необходимо

провести ещё ряд тестов.

Для наибольшей достоверности работоспособности системы данное

диагностирование должно проводится постоянно в тот момент времени когда

входной сигнал системы отсутствует. Для этого необходимо что бы блок

управления системы постоянно давал разрешение на проверку работоспособности

системы в момент времени когда непроисходят преобразования в АЦП.

13 Заключение

Разработаное устройство передачи данных выполняет преобразования

аналогового сигнала в НС-код без пауз, что значительно повышает скорость

передачи данных.

Также данное устройство постоянно в моменты простоя системы производит

контроль на работоспособность, что позволяет намного повысить надёжность

работы устройства, а значить предотвращение необратимых ошибок в приёмном

устройстве.

При возникновении ошибки в системе схема контроля за работоспособностью

останавливает работу устройства и выдаёт визуальный сигнал о непригодности

системы к работе.

Данное устройство систем телеизмерения соответствует техническому

заданию на бакалаврскую работу.

-----------------------

Преобразование в частоту

Uвых

Блок

управле

ния

Uвх

Делитель напряжения

АЦП

49

50

Кодирование

Тригеры

2-я посылка

1-я посылка

Рисунок 4.1

D1

D2

D0

D1

D2

D0

D2

D1

D0

D2

D1

D0

D0

D1

D2

D3

D0

D1

D2

D3

D0

D1

D2

D3

D1

D2

D3

D0

D0

DB3

DB4

DB8

DB7

DB6

DB5

DB1

DB2

BUSY

Un

Uon

BOFS

Uвх

RD

CS

CLK

OV

A/D

CS

RD

BUSY

R1

Uвых

Uвх

R2

Рисунок 5.4

Q1

R

C

D1

D2

D3

D4

Q2

Q3

Q4

мс

2,0

1,6

1,2

0,8

0,4

0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8

3,2 f, кГц

0

0,02

0,1

0,28

0,42

Рисунок 5.7

C1

C2

R2

R1

Rос

R

Рисунок 5.8

C3

C5

R2

R1

Rос

Rвх

Рисунок 5.9

R4

[pic]

АЦП

Блок

управле

ния

Преобразование в частоту

Кодирование

Триггеры

2-я посылка

1-я посылка

[pic]

2

3

4

5

Uвых

1

Блок управления

Триггер

Вход 15В

Вход системы

Рис. 11

Триггер

Логическая схема контроля

ЦАП

Блок преобразования в частоту

Рис. 11

Выход схемы контроля

-----------------------

№ документа

Лист

Лист

Изм

Подпись

Дата

Страницы: 1, 2