СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИ УПРАВЛЯЕМОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами (АСУ ТП), реализующим функции автоматического контроля дискретных состояний технологического оборудования.

Под технологическим оборудованием, имеющим дискретные состояния, подразумеваются устройства с перемещением регулирующего органа (краны, клапаны, задвижки, шиберы, вентили и т.п.), оборудование агрегатного типа (насосы, вентиляторы, дымососы и т.п.) и другое технологическое оборудование, переводимое путем подачи управляющих воздействий из одного дискретного состояния (или режима работы) в другое.

В существующих системах автоматического контроля для диагностирования работоспособности дискретных исполнительных механизмов и агрегатов с дискретными состояниями используется контрольное время исполнения управляющего воздействия. Например в [1] контрольное время срабатывания кранов принято равным 60 с, а включения и выхода на режим насосов 30 с.

Недостатками этого способа являются необходимость предварительной экспертной оценки контрольного времени срабатывания, как правило с полуторо-двукратным запасом, и отсутствие индивидуального подхода к каждому конкретному экземпляру дискретного исполнительного механизма или агрегата с дискретными состояниями.

Известен способ снятия переходных характеристик, применяемый для диагностирования гидравлических приводов строительных машин. Способ основан на анализе реакции гидросистемы на мгновенные изменения давления в ней [2, c. 531]
Недостатками этого способа являются необходимость тестового воздействия на объект и использование дополнительных накладных или встраиваемых датчиков для непрерывного съема и записи ответной реакции объекта на возмущение.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ, реализованный в технических средствах стендового диагностирования строительных машин для измерения времени торможения тормозов кранов: определяется интервал времени между началом торможения, когда частота вращения тормозного шкива соответствует номинальной, и концом торможения, когда частота вращения тормозного шкива близка к нулю [2, c. 547] В качестве датчика частоты вращения используют тахогенератор постоянного тока, вал которого через контактный ролик связывают во время диагностирования с тормозным шкивом. Момент начала торможения, так же как и в электромеханическом счетчике тормозного пути [2, c. 546] фиксируют по снятию напряжения с тормозного электромагнита или электрогидротолкателя.

Недостатком этого способа является необходимость специального стендового оборудования для тестового диагностирования объекта.

Цель изобретения оперативное функциональное (рабочее) диагностирование исправности и степени износа периодически управляемого технологического оборудования, имеющего дискретные состояния.

Указанная цель достигается за счет автоматического контроля кривой износа такого технологического оборудования в течение срока его службы. Контроль совмещают с каждым управляющим воздействием на данное технологическое оборудование и ведут по интервалу времени между моментом подачи управляющего воздействия на изменение состояния и моментом прихода технологического оборудования в требуемое дискретное состояние. По степени отклонения этого интервала времени от интервала времени, определенного при предыдущем управляющем воздействии, судят о предаварийности технологического оборудования, а по отклонению от интервала времени, определенного при самом первом управляющем воздействии на еще новое неизношенное технологическое оборудование, судят о степени износа этого оборудования.

Предлагаемый способ позволяет своевременно обнаруживать предаварийные ситуации, связанные с преждевременным износом и назревающим отказом периодически управляемого технологического оборудования, имеющего дискретные состояния. При этом диагностика совмещена с процессом рабочего управления и не требует исключения оборудования из технологии для специальных тестовых испытаний.

Для осуществления предлагаемого способа, например в АСУ ТП по отношению к дискретным исполнительным механизмам (ДИМ). Выполняются следующие операции:
при каждом рабочем управляющем воздействии на ДИМ автоматически контролируются (по датчикам положения, состояния или косвенным признакам) интервал времени между моментом подачи управляющего воздействия на изменение состояния и моментом прихода ДИМ в требуемое дискретное состояние;
в течение срока службы периодически управляемого ДИМ ведется автоматический учет самого первоначального, предыдущего и текущего интервалов времени срабатывания ДИМ (перехода ДИМ из одного дискретного состояния в другое);
при отклонении текущего интервала времени срабатывания ДИМ от предыдущего сверх допустимых границ автоматически сигнализируется предаварийное состояние данного экземпляра ДИМ;
при нормальном срабатывании ДИМ оценивается степень его износа по величине отклонения текущего интервала времени срабатывания ДИМ от интервала времени, определенного при самом первом управляющем воздействии на еще новый неизношенный ДИМ.

Допустимые границы отклонения текущего интервала времени срабатывания ДИМ от предыдущего такого интервала либо жестко задаются, либо автоматически подстраиваются в результате математической обработки статистических данных об указанных отклонениях, поступающих в течение всего срока службы ДИМ.

Принципиальная возможность осуществления предлагаемого способа подтверждается данными по надежности и диагностированию технических объектов.

Во всех технических объектах наблюдаются необратимые случайные измерения определяющих параметров в процессе износа, старения или разрегулирования [3, c. 66] Всякому внезапному отказу предшествует накопление тех или иных изменений внутри технического объекта (износ деталей, старение материалов, разрегулирование) [4, c. 12] С течением времени эксплуатации растет интенсивность отказов технических объектов из-за их износа [4, c. 245] Скорость изменения определяющих параметров технического объекта уменьшается или увеличивается экспоненциально с течением наработки и стремится к стационарному значению [4, c. 265]
К настоящему времени накоплен гигантский экспериментальный материал о формах кривых износа. Типичная кривая износа [4, c. 232] состоит из трех участков: начального периода приработки элементов к конкретным условиям эксплуатации (определяющий параметр объекта уменьшается постепенно), основного периода работы элемента (определяющий параметр объекта примерно постоянен) и периода "старости" элемента (скорость изменения параметра катастрофически растет).

Практическая измеримость современными программно-техническими средствами АСУ ТП времени выполнения исполнительными механизмами (ИМ) команд управления не вызывает сомнения при знакомстве с их динамическими характеристиками [5, c. 716-788]
Так, номинальное время полного хода выходного вала однооборотных электрически ИМ типа МЭО и МЭО-К составляет от 10 до 160 с, в зависимости от модификации. А номинальное время полного хода выходного вала многооборотных электрических ИМ типа МЭМ составляет от 25 до 400 с. Прямоходные электрические ИМ типа МЭП имеют номинальное время полного хода штока от 10 до 160 с.

Вентили, поворотные, запорные и отсечные клапаны, регулирующие и смесительные клапаны, затворы промышленной трубопроводной арматуры с электрическим управлением, в частности отсечные клапаны типа 22с934р, имеют время открывания до 40 с, а время закрывания до 1 с.

Пневматические и электропневматические ИМ и арматура с пневмоприводом, в частности поршневые прямоходные пневмоцилиндры, при ходе поршня до 60-400 мм и скорости перемещения штока не более 0,5-1 м/с имеют время полного хода штока около 0,06-0,8 с, а электропневматические ИМ типа МПП-125-ДКЭ до 8 с.

Вариация времени выполнена ИМ поданной ему команды управления также реально существует в процессе эксплуатации и может быть вызвана следующими причинами.

В однооборотных электрических ИМ типа МЭО и МЭО-К возможно затормаживание выходного вала нагрузкой [5, c. 716-788] а на задвижках даже устанавливают выключатели, выдающие дискретный сигнал при превышении момента или усилия на выходном органе. Для связи с блоком сигнализации положения некоторые конструкции ИМ содержат вспомогательный редуктор, шестерни которого также могут заедать и выходить из строя.

Для электрической части управления ИМ характерны следующие виды отказов: несрабатывание (обрыв) при наличии сигнала управления; срабатывание (короткое замыкание) при отсутствии сигнала управления; сохранение замкнутого состояния при снятии сигнала управления ("приваривание" контактов); самопроизвольный разрыв цепи при наличии команды управления и первоначального правильного срабатывания [6, c. 100]
Отказы ИМ могут быть связаны с заклиниванием штока, засорением, разрушением клапана, отказом двигателя или концевых выключателей [6, c. 119]
Исследование надежности электрических средств регулирования в условиях эксплуатации в различных отраслях промышленности показывает следующие основные виды отказов: залипание, сгорание или перекос контактов магнитных пускателей, сгорание или обрыв обмоток, короткие замыкания, повреждение механических элементов, заедание или поломка шестерен редукторов, поломка или разрегулировка концевых выключателей, нарушение контактов в концевых выключателя или датчиках положения, "заедание" (тугой ход) регулирующего органа [6, c. 211-212]
Источники информации:
1. Управление исполнительными механизмами. Описание постановки задачи Ца. 17705.029 ЗВ2 (Техно-рабочий проект "АСУТП УКПГ Карачаганакского НГКМ").

Краснодар. СПКБ Промавтоматика, 1988.

2. Технические средства диагностирования. Справочник /Клюев В.В. Пархоменко П.П. Абрамчук В.Е. и др. под общ. ред. В.В. Клюева. М. Машиностроение, 1989.

3. Глазунов Л.П. Смирнов А.Н. Проектирование технических систем диагностирования. Л. Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1982.

4. Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных производственных систем.

4-е изд. перераб. и доп. М. Энергоатомиздат, 1986.

5. Промышленные приборы и средства автоматизации, Справочник /Баранов В. Я. Безновская Т.Х. Бек В.А. и др. под общ. ред. В.В. Черенкова. Л. Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1987.

6. Ястребенецкий М.А. Иванова Г.М. Надежность автоматизированных систем управления технологическими процессами: Учеб. Пособие для вузов. М. Энергоатомиздат, 1989.

Изобретение относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами (АСУ ТП), реализующим функции автоматического контроля дискретных состояний объектов управления. Сущность способа состоит в диагностировании исправности и степени износа периодически управляемого технологического оборудования путем автоматического контроля кривой износа технологического оборудования в течение срока его службы. Контроль совмещают с каждым управляющим воздействием на данное технологическое оборудование и ведут по интервалу времени между моментом подачи управляющего воздействия на изменение состояния и моментом прихода технологического оборудования в требуемое дискретное состояние. По степени отклонения этого интервала времени от интервала времени, определенного при предыдущем управляющем воздействии, судят о предаварийности технологического оборудования, а по отклонению от интервала времени, определенного при самом первом управляющем воздействии на еще новое неизношенное технологическое оборудование, судят о степени износа этого оборудования. Способ позволяет своевременно обнаруживать предаварийные ситуации, связанные с преждевременным износом и назревающим отказом периодически управляемого технологического оборудования, имеющего дискретные состояния. При этом диагностика совмещена с процессом рабочего управления и не требует исключения оборудования из технологии для специальных тестовых испытаний.

Способ автоматического функционального диагностирования периодически управляемого технологического оборудования, имеющего дискретные состояния, путем определения интервала времени между моментом подачи управляющего воздействия на изменение состояния и моментом прихода технологического оборудования в требуемое дискретное состояние, отличающийся тем, что определение указанного интервала времени совмещают с каждым управляющим воздействием на технологическое оборудование и по степени отклонения этого интервала времени от интервала времени, определенного при предыдущем управляющем воздействии, судят о предаварийности технологического оборудования, а по отклонению от интервала времени, определенного при первом управляющем воздействии на технологическое оборудование, судят о степени износа этого оборудования.