Устройство для диагностики и прогнозирования отказов Советский патент 1991 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для распознавания и прогнозирования предаварийных и аварийных состояний (отказов) сложных технических объектов.

Цель изобретения - расширение области применения устройства.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы его работы; на фиг.4 и 5 - электрическая схема устройства.

На фиг.1 обозначены: объект 1 контроля, генератор 2 тестов, блок 3 аналого-цифрового преобразования,блок 4 буферной памяти, блок 5 памяти словаря неисправностей, блок 6 вычитания, блок 7 синхронизации, блок 8 ин- дикации, блок 9 вычисления обратной величины параметра,сумматор 10, блок 11 хранения обратных величин параметров, блок 12 вычисления текущей оценки достоверности диагностирования,де- мультиплексор 13, блок 14 накопления данных, мультиплексор 15, блок 16 деления, первый 17 и второй 18 блоки памяти обобщенного параметра, первый буферный регистр 19, компаратор 20, второй буферный регистр 21, компаратор 22 знака, триггер 23, блок 24 приращения параметров, блок 25 умножения, блок 26 экстраполяции, блок 27 памяти прогнозируемого параметра.

На фиг,4 и 5 обозначены: первый 28 и второй 29 задатчики адреса, первый 30 и второй 31 управляемые коммутаторы, первая группа регистров 32, первый мультиплексор 33, группа узлов 34 эталонов, второй мультиплексор 35, вторая группа регистров 36, третий мультиплексор 37, счетчики 38-40 с первого по третий, первый элемент И 41, первый триггер 42, первый элемент ИЛИ 43, второй элемент И 44,группа сумматоров 45, третья группа регистров 46, четвертый мультиплексор 47, первый 48 и второй 49 регистры, второй элемент ИЛИ 50, третий регистр 51, третий элемент ИЛИ 52,четвертый регистр 53, четвертая группа регистров 54, пятый мультиплексор 55, пятая группа регистров 56, шестой мультиплексор 57, седьмой мультиплексор 58, первый дешифратор 59, индикатор 60 среднего коэффициента надежности распознавания, второй дешифратор 61, индикатор 62 номера неисправно

0

5

0 5

0

5

0

5

0

5

сти, регистр 63 установки шага прогнозирования, четвертый элемент ИЛИ, 64, пятый промежуточный регистр 65, так- товый генератор 66, третий элемент И 67, четвертый счетчик 68, уэ.ел 69 постоянной памяти, элемент 70 односторонней проводимости, с первого по четвертый переключатели 71-74.

В устройстве в качестве прогнозируемого параметра используется средний диагностический коэффициент надежности распознавания, формируемый на основе расчета показателей близости информативного сигнала текущего состо- ния объекта контроля с информативными сигналами, характеризующими одно исправное и i-1 неисправных состояний в i-мерном классе состояний.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии объект контроля находится в покое. В блоке 5 хранятся записанные заранее квантованные по времени значения контролируемых параметров объекта, которые характеризуют изменение динамики объекта при различных неисправностях. Таким образом, до начала работы для всей гаммы однородных объектов контроля формируется матрица || Л ;: )| классов состояний размерностью

Wo х макс в i-e строки которой записываются информативные сигналы, квантованные по j.

Информативный сигнал по i-му состоянию формируется из сигналов с К штатных датчиков объекта контроля (К 1, 2, 3,..., ), Т.е. из сигнала Х(с) с одного штатного датчика (К 1) формируется информатив- ный сигнал А|(X) с дискретизацией по

cj (J 1 Л/паке Из сигналов X(t), Y(t) с двух штатных датчиков (К 2) формируется информативный сигнал A((X,Y) с дискретизацией по t (1 - - JMCIKC) Из сигналов X(t), Ytt), Z(t) с трех штатных датчиков (К 3) формируется информативный сигнал А|(Х, Y, Z) с дискретизацией по tj(j 1-JjvWKc) и т.д. Для сложных технических объектов часто достаточно использовать 1-3 штатных датчиков, которые индицируют 1-3 основных параметра, достаточно полно характеризующих работоспособность объекта. Необходимым условием является монотонность изменения, параметров, т.е. постепенное качественное изменение

параметров при разладках в объекте или системе.Таким образом, полученная матрица эталонов характеризует одно исправное состояние объекта контроля и (i-1) неисправных (аварийных и предаварийных) состояний, Матрица классов состояний (эталонов) составляется для целого ряда однотипных объектов. Составление матрицы явля- ется предварительным этапом.

Регламентирует работу всего устройства блок 7. По команде блока 7 синхронизации генератор 2 тестов вырабатывает инициирующее воздействие на объект 1 контроля, информация о состоянии которого поступает в блок 3 аналого-цифрового преобразования (АЦП), где она преобразуется к ви- ДУ удобному для записи в блок 4 (осуществляется квантование по времени и преобразование из аналоговой формы в цифровую). Она представляет собой квантованные по времени фактические зависимости параметров объ- екта, например скорости, тока и т.д. Таким образом, в блоке 4 формируется матрица-строка // В, // , в которую описанным способом заносится информативный сигнал по текущему состо янию объекта контроля, дискретизиро- ванный также по j уровням (j 1 -1макс После поступления с блока 7 сигналов о начале вычислений информация о текущих значениях контролируемых параметров объекта с блока 4 и информация о различных неисправностях с блока 5 считываются и поступают в блок 6 вычитания, где последовательно определяется диагностическая мера расстояния между состоянием объекта на первом интервале квантования по времени (j 1) и эталонными состояниями, характеризующими i различных неисправностей (i 1 - ). Диагностическая мера расстояния - это показатель близости между фактическим состоянием объекта, которое характеризуется зависимостями контролируемы параметров данного объекта от времен в определенный момент Т, и состояниями объекта при различных неисправностях, которые также характеризуют- ся соответствующими зависимостями параметров от времени в такой же момент Т. Диагностическая мера расстояния текущего состояния объекта по

отношению к i-й неисправности определяется по формуле

М4КС

К 1

(BJ - Ajj),

(1)

5

0

5 0

где

AM Ч

Bi

i - номер неисправности;

К - количество контролируемых

параметров (количество штатных датчиков);

- номер текущего интервала времени;

текущее значение контролируемого параметра, характеризующего i-ю неисправность в }-й момент времени; текущее значение контролируемого параметра объекта контроля в j-й интервал времени.

Значения параметров А,.1 , характер ризующие различные неисправности,хранятся в блоке 5, а текущие значения контролируемых параметров объекта Bj записаны в блок 4.

В зависимости от величины К формула (1) раскроется в виде формул

т

(К 2);

(Xi (Zj

-х)

-v

(3)

(Yj - Yjj)2 (K 3) . (4)

Для облегчения понимания работы устройства рассмотрим его работу при оценке его будущего состояния по одному информативному параметру (К 1, формула (2).

В блоке 6 вычисляется величина

у у «

AJА,,

по всем i

макс

для первого

интервала квантования, которая поступает затем в блок 9. В блоке 9 вычисляется величина R 1 /L ,, для первого интервала квантования (j 1), которая запоминается в блоке 1t хранения обратных величин и поступает также в сумматор 10. В сумматоре 10 Накапливается величина

i маке

-

1/L:

по первому интервалу времени. В бло- ке 12 по столбцам i (от 1-го до 1-го) для каждой ячейки матрицы Rj. блока 11 вычисляется коэффициент надежности распознавания по формуле

lЈiL. Ьмако

(5)

1/Ljj

J

Коэффициент надежности распознавания фактически определяет точность поставленного диагноза, т.е. опреде- $ ляет, с какой точностью текущий информативный сигнал отнесен к i-му информативному (эталонному) сигналу из класса состояний (по моментам дискретизации j). Очевидно, что20

Макс

Sr J

1,

но одно из i значений будет максимальным. Оно определяется минимальным значением L по данному j :

.MQtfC

s

J«махе

1 n W 1/,

(6)

i l

1/L;:

Таким образом, в блоке 12 вычисляется коэффициент надежности распознавания по формуле (5) для всех i (при j. 1). Управляемый от блока 7 демультиплексор 13 распределяет вычисленное значение , j« в один из i подблоков блока 14 накопления,соответствующего номеру i. Цикл расчета по первому интервалу квантования (j 1) на этом закончен. Подобным образом происходит вычисление Ц у по всем остальным интервалам (от j 1 Д° j З/изке) После перебора всех j в блоке 14 накапливается сумма

JAUJKO

Л

Н

«

J

по каждой из i неисправностей.

Затем по управляющему сигналу с блока 7 на мультиплексор 15 сумма W из узлов 14 блока последовательно (от i 1 до i - I/лаке) поступает в блок 16 деления, где вычисляется обобщенный параметр по формуле

.«

i J мако

Ј Ч

(7)

0

$ 0

5

0

5

0

Таким образом, для каждого состояния i находится средний коэффициент надежности распознавания последовательно по всем i (i 1 - i). Результат деления поступает в блок 17 памяти обобщенного параметра. Матрица- столбец /( Ј( |/ принимается за обобщенный параметр для прогнозирования. В блоке 17, таким образом, хранится такая матрица для момента времени Т ТД ТА.

Подобная матрица составляется для момента работы оборудования Т Т Ј записывается во второй блок 18 памяти обобщенного параметра. С помощью блоков 19-23 определяется монотонность процесса изменения обобщенного параметра f. . Это происходит следующим образом. Все i значений jf из блока 17 подаются на первый буферный регистр 19 и далее на компаратор 20. Компаратор соединен с блоком 19 таким образом, что после перебора всех i значений обобщенного параметра из блока 17 в блоке 19 останется максимальное из всех i значение которое по управляющему сигналу из блока 7 запишется в блок 21. Затем на блок 19 подаются все i значений из блока 18, и в блоке 19 останется максимальное значение мако- По управляющему сигналу с блока 7 оно также запишется в блок 21. Далее эти два максимальных значения f Макс и макс сРавниваются в компараторе 22 знака (по управляющему сиг- .налу с блока 7). В зависимости от результата сравнения изменит свое состояние триггер 23.

5

Затем матрица обобщенного параметра II $Ј Ц составляется для момента работы оборудования Т Т-з ТФ и записывается в первый блок 17 памя- ти обобщенлого параметра, стирая

предыдущее содержание. С помощью блоков 19 и 20 в этой матрице также выделяется максимальное содержимое кот°Р°е запоминается во втором буферном регистре 21. По управляющему сигналу с блока 7 значение сравнивается со значением в компараторе 22 знака. Результат сравнения фиксирует триггер 23.

Если

,feJr

$ 5 макс

или

if B .с макс макс Г

ЈА

макс ;

(8)

5f

гДе X млкл максимальное значение

7 /VtUKt.. ,

матрицы // F- /I в момен

Т-,

С&Л/г

9 „ли максимальное значение

С, ДОЫМ-. | .

матрицы | % } II и момен

Т2;

Маьо максимальное значение матрицы Ц Ё 1( в момен

Т3

тогда на выходе триггера 23 будет сигнал 1 и процесс изменения обобщенного параметра за время Ти (Тэ ТЈ) + (Tt- Tt) 2Т признается монотонным (монотонно убывающим или монотонно возрастающим). В силу того,что анализ и диагностика проводится для постепенных процессов, выделенные значения й /маково вРемя Тд, Tg и Тс характеризуют не несколь

А ко

а одну конкретную неисправность

причем

Vr F(V -

(10)

Р(Т„,

Г1

значение функции в момент Т„, ; - гааг прогнозирования

при этом

гг -т и -п-

(n 1 -пллако)

(11)

Шаг прогнозирования может быть равен, например, одной смене работы оборудования. Тогда численное значение шага для расчета прогнозируемых значений выразится формулой

0

5

AT

п --

&с

(12)

где UT

Дс

Для

- длительность времени, на которое осуществляется прогнозирование;

.- длительность одной смены работы оборудования.

устройства диагностики и прогнозирования отказов формула (9) примет следующий вид

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для локализации и прогнозирований предаварий- ных и аварийных состояний сложных технических объектов. Цель изобретения - расширение области применения устройства. Оно содержит генератор 2 тестов, блок 3 аналого-цифрового преобразования, блок 4 буферной памяти, блок 5 памяти словаря неисправностей, блок 6 вычитания, блок 7 синхронизации, блок 8 индикации, блок 9 вычисления обратной величины параметра, сумматор 10, блок 11 хранения обратных величин параметров, блок 12 вычисления текущей оценки достоверности диагностирования, де- мультиплекссо 13, блок 14 накопления данных, мультиплексор 15, блок 16 деления, первый блок 17 памяти обобщенного параметра, второй блок 18 памяти обобщенного параметра,первый буферный регистр 19, компаратор 20, второй буферный регистр 21, компаратор 7.7. знака, триггер 23, блок 24 приращений параметров, блок 25 умножения, блок 26 экстраполяции , блок 27 памяти прогнозируемого параметра. 5 ил. О SP

1, характерную для этого объекта или

системы в моменты времени Тд, Т6, Т.

Если условие (8) не выполняется, т.е. мдкс меняется за время 2fiT в разные стороны (как увеличения, так и уменьшения), тогда на выходе триггера 23 устанавливается сигнал О, запрещающий режим Прогнозирование.

Таким образом, заключение о моно-- тонкости процесса изменения обобщенного параметра || Ц делается по анализу изменения за время 2ДТ наибо- лее вероятного (максимального) значения среднего коэффициента надежности распознавания (для конкретной неисправности), принадлежащего этой матрице обобщенного параметра.

Прогнозирование осуществляется с помощью полинома Ньютона первой степени по общей формуле

F(Tn+i) F(Tn) +AFtt, -и, (9)

РСТщ.) - прогнозируемое значение функции;

F(TM) - изменение функции в мо- мент Т,

V

cni h F - изменение параметра

за последний шаг,

30

1ГГМ/Г ИКГ|К «

5

о

5

где

П-И

//Г ГЦ

- матрица прогнозируемых значений обобщенного параметра (среднего коэффициента надежности I i познавания) 1/7 (/(//( матРиЧа значений

обобщенного парамет- . , „.,. Ра в момент Ти Тг , I/ матрица изменений

обобщенного параметра за последний шаг, т.е. за время Т - т.

-с

- -TZ Тс 6

причем

50

лГГ«-//П// ,. (14)

- матрица значений обоб-- щенн ог о пар аметра.в

момент Т 2. Т6 га - численное значение шага прогнозирования

(п .1, 2,... ,тп

МДКС

11

„Таким образом, значения матрицы н fc lB// накапливаются в i ячейках

г nOCfi

блока 18, значения матрицы // Г // накапливаются в г ячейках блока 17. Собственно процесс прогнозирования начинается после поступления сигналов считывания в блоки 17 и 18. В блоке 24 определяется величина изменения параметра по формуле (14). В блоке 25 величина приращения умножается на численное значение шага прогнозирования, величина которого подается с блока 7. В блоке экстраполяции по формуле (13) находится прогнозируемая величина среднего коэффициента надежности распознавания, которая запоминается в соответствующей ячейки блока 27 памяти прогнозируемого параметра.

Прогнозируемое значение среднего коэффициента надежности распознавания в блоках 24-26 вычисляется последовательно одно за другим по всем i. Таким образом, расчет прогнозируемого обобщенного параметра проводится за i шагов, а матрица запоминается в i ячейках блока 27. После заполнения блока 27 результат прогнозирования выводится на индикацию в блок 8. Одновременно с индикацией прогнозных значений параметров на индикацию с блока 7 выводится номер той -неисправности i, для которой индицируется значение прогнозируемого параметра. Таким образом, индикация номера неисправности и прогнозируемого значения параметра проводится также за i шагов. Зная предельное значение Ј , характеризующее наступление отказа- в объекте или системе, сравнивают индицируемые значения СЈдопи делают заключение о необходимости замены узлов или профилактических работ.

Если АОО характеризует границу работоспособности объекта, то при .подобной экстраполяции можно прогнозировать время отказа устройства (т.е. момент превышения доп) вследствие дефекта i. Остальные возможные дефекты объекта также прогнозируются при таком анализе, так как для них тоже рассчитывается средний коэффициент надежности распознавания . Таким образом, определить будущее состояние системы или объекта можно, прогнозируя средний коэффициент

162989812

надежности распознавания, принимаемый за обобщенный параметр. В предлагаемом устройстве предусмотрена воз- можность вывода на индикацию содержимого первого и второго блоков памяти обобщенного параметра, а также предусмотрена возможность смены величины шага прогнозирования, что существенЮ но расширяет функциональные возможности предлагаемого устройства по сравнению с известным.

Рассмотрим работу функциональных блоков устройства (по фиг.4) в соот15 ветствии с временной диаграммой функционирования устройства (фиг.2,3). Цикл работы устройства разбит на три больших этапа. Это Диагностирование, Прогнозирование, Индикация

20 Этап Диагностирование делится на подэтапы Запись, Вычисление и Деление. Подэтап Вычисление разбит на подэтапы -Расчет и Суммирование. Число j интервалов квантова-

25 ния подэтапа Запись равно числу j шагов подэтапа Вычисление. Число шагов подэтапов Расчет, Суммирование, Деление равно числу i рассматриваемых неисправностей. Этап

35

30 Прогнозирование делится на этап Разрешение11 и этап Экстраполяция. Этап Разрешение делится на подэтап Разрешение для режима А (С) и подэтап Разрешение для режима В. Число шагов подэтапов Разрешение А (С), Разрешение В этапа Экстраполяция равно числу i рассматриваемых неисправностей. Этап Индикация выполняется также за i шагов.

40

Общая последовательность работы

устройства следующая: этап Диагности- рование выполняется для моментов времени Т Тд и Т2 Т&. Затем вы45 полняются два подэтапа: Разрешение А и Разрешение В этапа Разрешение. Далее снова выполняется этап Диагностирование для момента времени Т з Тс, а затем - подутап Раз50 решение С этапа Разрешение. Если после этого установлена монотонность процесса изменения обобщенного параметра, регистрируемая триггером 23, тогда выполняется этап Экстраполя55 ция. Далее, результат этапа Прогнозирование выводится на индикацию за i шагов этапа Индикация.

Если процесс изменения обобщенного параметра немонотонный, то это

Прогнозирование делится на этап Разрешение11 и этап Экстраполяция. Этап Разрешение делится на подэтап Разрешение для режима А (С) и подэтап Разрешение для режима В. Число шагов подэтапов Разрешение А (С), Разрешение В этапа Экстраполяция равно числу i рассматриваемых неисправностей. Этап Индикация выполняется также за i шагов.

Общая последовательность работы

устройства следующая: этап Диагности- рование выполняется для моментов времени Т Тд и Т2 Т&. Затем выполняются два подэтапа: Разрешение А и Разрешение В этапа Разрешение. Далее снова выполняется этап Диагностирование для момента времени Т з Тс, а затем - подутап Разрешение С этапа Разрешение. Если после этого установлена монотонность процесса изменения обобщенного параметра, регистрируемая триггером 23, тогда выполняется этап Экстраполяция. Далее, результат этапа Прогнозирование выводится на индикацию за i шагов этапа Индикация.

Если процесс изменения обобщенного параметра немонотонный, то это

также регистрируется триггером 23, и включается этап Индикация,во время которого выводится на индикацию действительное (а не прогнозное) значение обобщенного параметра: из блока 17 - значение обобщенного параметра в момент времени TC t а затем из

блока 18 - значение обобщенного параметра в момент времени То.

Режим индикации диагностических показателей устанавливается включением переключателей 72 и 74 в позици Д. Установка шага прогнозирования производится переключателем 73.Включение устройства производится переключателем 71. Сигналы, отмеченные на диаграммах условным значком к, являются кодированными, они показаны на диаграммах условно в виде одноразрядных. Вместо показа на диаграммах всего этапа, включающего i(j) одинаковых шагов, показывается 1-й шаг этапа или подэтапа. Сигналы для последующих i(i) тагов являются аналогичными и для упрощения диаграм на фиг.2 и 3 не приводятся.

Работа устройства начинается по команде с блока 7 (выход 1к) подачей управляющего кода на генератор 2 тестов. Генератор тестов включает две уставки напряжений СВ1, СВ2 и два управляемых коммутатора 30 и 31. По сигналу с выхода 1к блока 7 разрешается подключение в объекта контроля одной из двух уставок (тестовых ступенчатых воздействий) . К входу АЦП подключен датчик объекта контроля, с которого поступает диагностическая информация. По управляющему сигналу с блока 7 (выход 2) она преобразуется А1Щ в цифровой код, который последовательно заносится в j регистров 32 блока буферной памяти по управляющему сигналу с блока 7 (выход 3). Таким образом, формируется квантованный по j шагам рабочий информативный сигнал, записанный в регистрах 32. Адресация блока буферной памяти, таким образом, осуществляется сигналом с блока 7 по выходу 3.

В блоке памяти словаря неисправностей расположены узлы памяти значений сигнала по i неисправностями (де фектам). Это так называемые эталон- |Ные значения неисправностей, квантованные также по j интервалам. Каждый подблок эталонов организован по

5

0

5

добно блоку буферной памяти. Информация в каждый подблок записана предварительно с помощью внешних устройств. Общее количество неисправностей i определяется заранее на основе анализа данных о надежности объекта контроля. Это число составляют дефекты, которые когда-либо выявлялись в данном объекте диагностирования. Количество подблоков блока 5 равно количеству этих дефектов.

После записи всей необходимой информации в блок буферной памяти начинается первый шаг подэтапа Вычисление (всего шагов j; j 1 - ). Первоначально выполняется первый шаг подэтапа Расчет. Во время этого происходит считывание информации из 1-го регистра 32 блока буферной памяти череч мультиплексор 33 (по управляющему сигналу 4к блока 7). Этим сигналом подключаются также все первые регистры подблоков 34 к входу мультиплексора 35.г

По управляющему сигналу 5к бчока 7 сигнал с 1-го подблока блока 5 проходит в блок 6 вычитания. В блок вычитания проходит также информация из 0 блока 4. Чпок 6 представляет собой субтрактор (вмчитатель), в котором вычисляется диагностическая мера расстояния по формуле (2). Результат из блока 6 подается в блок 9 вьгчисления обратной величины, который начинает работать по команде блока 7 с выхода 6.

Работу блока 9 рассмотрим на примере работы блока 12. Вычисленная величина поступает в сумматор 10, а также записывается в регистр 36 блока 11 хранения обратных величин по управляющему сигналу 7 с блока 7. Пер5

0

вый шаг подэтапа Расчет закончен. Затем подобн гм образом вычисляется величина Rj( для 2, 3,...,i-ro интервала подэтапа Расчет. Таким образом, информация считывается последовательно из 1-х регистров каждого из i подблоков блока 5, Следовательно, код по выходу 4к блока 7 в 1-м шаге подэтапа Вычисление не меняется, а код с выхода 5к блока 7 соответствует номеру шага подэтапа Расчет. После окончания i шагов подэтапа Расчет блок 11 заполнен i обратными величинами диагностической меры расстояния. После выполнения подэтапа Расчет начинается 1-й шаг

подэтапа Суммирование. Дервоначаль-1- но, в блоке 12 вычисляется коэффициент надежности распознавания по формуле (5).

Блок 12 работает следующим образом. Делимое - величина R 1/L,, записывается в счетчик 1 (38). Запись происходит по сигналу 8к блока 7 на мультиплексор 37 блока 11. ДелиЬдАОХС

тель - сумма по данному

jj поступающая из блока 10.

Таким образом, на счетчике 1 (38) записано постоянное число R

1/L;

iKC

а число

R:. в двоичЫ

ном коде поступает на счетчик 2 (39). Запуск вычислений - по сигналу с выхода 9 блока 7. Операция деления выполняется путем циклического вы

читания числа В к ;; из

прерывной последовательности, содержащей число А R импульсов. Им- пульсы тактирования поступают на элемент И-НЕ 41 с тактового генератора из блока 7 управления по выходу 29. В процессе каждого такого вычитания образуется один из импульсов част- ного, которые суммируются счетчиком 3 (40) частного. Делимое обеспечивается счетчиком-делителем 1, имеющим Кдо,(. А 1/L,1 . В исходном состоянии он заперт сигналом с выхо- да триггера 42. Счетчик 2 делителя работает в режиме обратного счета. До подачи импульса Пуск в счетчик

iMqicc

записывается число В

R

1 «и

«

Пусковой импульс включает счетчики. В момент обнуления счетчика 2 импульс с его выхода Р повторно введет число В. Этот ке импульс Поступит на счетчик 3 частного. Процесс периодически повторяется до появления стопового импульса на выходе счетчика 1. С перебросом триггера операция прекращается. Старшие разряда частного, с достаточной точностью обеспечивающие результат деления, поступают на выход блока 12.

0

5

0

5

° 5 0

5

Блок 9 вычисления обратной величины работает аналогично. Отличие .лишь в том, что делителем является число В R (в двоичном коде), записываемое в счетчик 2, Делимым является число А 2 (в двоичном коде), записанное постоянно в 1-й счетчик.Для получения на выходе величины RJ: 1 1/L , -как результата деления, берутся старшие разряды частного. Таким образом, обеспечивается достаточная точность результата деления.

Результат деления с блока 12 поступает в демультиплексор 13. В соответствии с управляющим кодом (выход Юк блока 7) результат деления проходит на один из сумматоров блока 14 накопления (номер сумматора соответствует управляющему коду демульти- плексора 13). Таким образом, выполняется первый шаг подэтапа Суммирование. Во втором шаге подэтапа Суммирование по сигналу 8к блока 7 на мультиплексор блока 11 в счетчик 1 (38) блока 12 запишется содерзкимое из 2-го регистра блока 11. Деление в блоке 12 начинается по сигналу Пуск с выхода 9 блока 7. Результат деления через демультиплексор 13 по сигналу Юк блока 7 поступит во 2-й сумматор блока 14. Эта операция повторится i раз, пока не считается последовательно вся информация из i регистров блока 11. Подэтап Суммирование закончен, т.е. заполнены все i сумматоров блока 14 накопления в первом шаге подэтапа Вычисление. На этом первый шаг подэтапа Вычисление закончен. Далее аналогичным образом выполняются остальные j шагов подэтапа Вычисление. После окончания подэтапа Вычисление в каждые из i сумматоров блока 14 j раз поступит вычисленный коэффициент надежности распознавания, т.е. в каждом сумматоре блоJMdKP ка 14 накапливается сумма W, li

по каждой из i неисправностей. Сумматор 10 очищается для приема очередной информации сигналом с выхода 11 блока 7.

Затем начинается подэтап Деление. По управляющему сигналу 13к с блока 7 на мультиплексор 15 сумма W , i из сумматоров блока 14 последовательно (от до i IMOKC) поступает в блок

1716298

16 деления, где вычисляется обобщенный параметр по формуле (7). Блок

16деления работает аналогично описанным блокам деления. Отличие лишь в с том, что делителем является число

В j (в двоичном коде), записываемое в счетчик 2 по сигналу 12к блока 7. Делимым является число W,;. , поступающее из блока 14 через мультиплексор ю 15. Деление начинается по сигналу Пуск (выход 14 блока 7). Результат деления записывается в регистры первого блока 17 памяти обобщенного параметра по управляющему сигналу 15 J5 блока 7. После выполнения i шагов под- этапа Деление для каждой неисправности i будет подсчитан средний коэффициент надежности распознавания по формуле (7) и результат записан в ре- 20 гистр с номером i блока 17. В блоке

17таким образом, будет сформирована матрица-столбец Ц ; Ц для момента времени Т Т Тд, принимаемая за

обобщенный параметр. Этап Диагности- 25 регистр 48.

рование закончен. При необходимости содержимое блока 17 может быть выведено на индикацию (включением переключателей 72, 74).

Следующее включение устройства производится через время AT в момент

времени Т

V

Устройство описанным способом отрабатывает весь этап Диагностирование. Отличие лишь в том, что матрица обобщенного параметра формируется в блоке 18 (по управляющему сигналу 1бк блока 7). Последовательность работы остальных блоков аналогично описанной.

Затем выполняется подэтап Разрешение А. Информация из блока 17 считывается по управляющему входу (выход 17к блока 7) через мультиплексор 47 и записывается через элемент ИЛИ 64 блока 7 в регистр 65 блока 7. Далее информация переписывается в первый буферный регистр 19 (в регистр 48 или 49). Информация из блока 17 считывается последовательно из всех регистров и последовательно (за i шагов) поступает в блок 19. Выходы блока 19 подключены к информационным входам компаратора 20, выходы которого подключены к входам разрешения записи регистров 48 и 49 блока 19. В блоках 19 и 20 происходит выделение максимального содержимого из блока 17 за i шагов путем последовательного

18

сравнения содержимого предыдущего регистра блока 17 с содержимым последующего регистра блока 17 (т.е. 1-й сравнивается с 2-м, 2-й с 3-м,..., i-1-и с i-м, 1-й с логическим О). Логический О забит на последний информационный вход мультиплексора 47 блока 17.

Блоки 19 и 20 работают следующим образом. Если число А, записанное в регистр 48, больше числа В, записанного в регистр 49, тогда логическая 1 формируемая на выходе компаратора ;, поступает на вход записи регистра 49, разрешая запись следующего числа для сравнения в этот регистр 49. Если число А, записанное в регистр 48, меньше числа В, записанного в регистр 49, тогда логическая 1 формируется на выходе компаратора и поступает на вход записи регистра 48, разрешая запись следующего числа для сравнения в этот

0

5

Таким образом, происходит перебор содержимого всех регистров блока 17, и в одном из регистров 48, 49 будет максимальное содержимое из блока 17. Но после окончания 1-го шага будут заполнены оба регистра 48, 49. Для стирания ненужной информации в (i + + 1)-м шаге с выхода мультиплексора 17 в регистр 19 проходит логический О, подаваемый постоянно на (1-М)-й информационный вход мультиплексора 47 блока 17. Так как логический О абсолютно всегда меньше максимального содержимого, то после сравнения на о компараторе 20 он, по разрешающему сигналу с компаратора, запишется в регистр с меньшим содержимым, т.е. сотрет ненужную информацию. Таким образом, после окончания (i+1)-ro шага в одном из регистров блока 19 будет максимальное содержимое из блока 17, а в другом будет записан логический Ч). После окончания (1+1)-й шага Л акеиз блока 19 через элемент ИЛИ 50 запишется в регистр 51 блока 21 (по сигналу с выхода 18 блока 7). Этап Разрешение А закончен.

5

0

Далее аналогичным образом выполняется этап Разрешение В. Информация в этом случае считывается из блока 18 через мультиплексор 55 блока 18 по управляющему сигналу 19к блока 7. За i шагов также происходит выделение

макс fl B (i+1)-M шаге ненужная информация стирается логическим О с (i+O-ro входа мультиплексора 55 блока 18. После выполнения (1+1)-го ша- с га максимальное содержимое из блока 19 через элемент ИЛИ 52 запишется в регистр 53 по управляющему сигналу с выхода 20 блока 7.Этап Разрешение В закончен.Ю

После окончания этапа Разрешение В содержимые регистров 52 и 53 сравниваются в компараторе 22 знака при поступлении синхросигнала (выход 21 блока 7). Т-триггер блока 23 находит-t5 ся в нулевом состоянии.

Если А больше В (т.е. содержимое регистра 52 %макс больше содержимого регистра 53 ак0 блока 21), то логическая 1 на выходе У компа- 20 ратора 22 знака установит триггер 23 также в состояние 1. Если А меньше В, то логический О на выходе компаратора 22 знака не изменит первоначального (нулевого) состояния триг- 25 гера.

Следующее включение устройства производится через время &Т в момент времени Т Тз Тс. Устройство последовательно отрабатывает весь этап Диаг-30 ностирование. Матрица обобщенного параметра формируется в первом блоке 17 памяти обобщенного параметра, стирая предыдущее содержание. Затем выполняется этап Разрешение С совер- $$ енно аналогично выполнению подэтапа

Разрешение А. После его окончания

.

максимальное значение f/иакс из мат

рицы (l%f (I хранящейся в блоке 17, будет записано в регистре А (52) бло- до ка 21. После поступления синхросигнала (выход 21 блока 7) на компаратор 22 знака происходит сравнение $ #а№ .

из регистра А (52) с из регистра В (53) блока 21.45

Если предыдущее состояние триггера 23 было 1, то логический О на выходе блока 22 не изменит состояния триггера 23, т.е. условие (8) выпол- няется и процесс признается монотонно убывающим ( fhw f Да ко Если предыдущее состояние триггера было 1, то логическая 1 на выходе блока 22 ( Дакс Да)сс) перебросит Т-триггер в О. Процесс изменения . обобщенного параметра не монотонный, горит индикатор Запрет прогноза в блоке 7.

Если предыдущее состояние триггера 23 было О, то логическая 1 на выходе блока 22 ( f ЈdKC ) пе ребросит триггер в состояние 1. Условие (8) выполняется и процесс признается монотонно возрастающим

f «аи иаке f макс ) -Если при предыдущем состоянии О на выходе бло- будет логический О (jf iaico { макс ), то триггер не монотонный, горит индикатор Запрет прогноза в блоке 7. Таблица состояния Т-триг- гера 23 следующая

™ Пп. I

.«и

О Q

,п

,

1

,м

5

0 $

о

5

0

где Т - вход триггера;

Qnt - выход триггера.

Этап Разрешение закончен полностью. Если горит индикатор Запрет прогноза в блоке 7, то, переключив переключатель 74 j позицию Д и включив переключатель 72, запускают режим Индикация. В этом режиме на индикацию последовательно выводятся за i шагов содержимое блоков 17 и 18 и соответствующие им номера неисправностей.

Если после окончания этапа Разрешение индикатор Запрет прогноза не горит, то начинается процесс прогнозирования, который выполняется за i шагов этапа Экстраполяция. В блоке 24 вычисляется величина приращения по формуле (14). В первом шаге на вход А блока 24 приращения подается информация из 1-го регистра блока 1 7 по управляющему сигналу 17к на мультиплексор блока 17. Одновременно на вход В блока 24 подается информация из 1-го регистра блока 18 по управляющему сигналу 19к на мультиплексор блока 18. Вычитание в субтракторе 24 происходит при подаче синхросигнала 22 блока 7, который формируется при наличии на выходе блока 23 логической 1. Если -уменьшаемое (вх.од А) больше вычитаемого (вход В), то выходной сигнал блока 24 представлен в обычном коде. Если уменьшаемое (вход А) меньше вычитаемого (вход В), то выходной сигнал субтрактора представлен в обратном коде. Результат вычитания поступает в блок 25 умножения. По выходу 28 блока 7 в блок 25 .умножения в двоичном коде поступает также величина

21

шага прогнозирования, установленная предварительно с помощью переключателя 74 блока 7 управления.

Результат умножения поступает в блок 26 экстраполяции. В этот же блок поступает содержимое первого регистра блока 17 по управляющему сигналу 17к на мультиплексор блока 17. В блоке 26 вычисляется прогнозное значение среднего коэффициента надежности распознавания для 1-й неисправности по формуле (13). Результат сложения поступает в блок 27 памяти прогнозируемого параметра и запоминается в 1-м регистре по управляющему сигналу 24 блока 7. Блок 24 включает i регистров 56 памяти по числу неисправностей и мультиплексор 57. На этом 1-й шаг этапа Экстраполяция закончен.

Затем подобным образом выполняются остальные шаги этапа Экстраполяция. Номер регистров из блоков 17 и 18, из которых считывается информация для вычислений по Формулам (14) и (13), соответствует номеру выполняемого шага i. таким образом, после выполнения i шагов этапа Экстраполяция все i регистров блока 27 будут заполнены прогнозными значениями среднего коэффициента надежности распознавания. таким образом, в блоке 27 будет сформирована матрица прогнозируемых значений обобщенного параметра

.

Результат прогнозирования выводится на индикацию за i шагов этапа Индикация (преключатель 74 в положении П). Клок 8 индикации включает в себя мультиплексор 58, который коммутирует информацию из блоков 17, 18, 27 в зависимости от положения переключателя 74, дешифратор 59, выходы которого подключены к индикатору 60 среднего коэффициента надежности распознавания. На дешифратор 61 поступает код номера неисправности i (по выходу 26к блока 7). Выходы дешифратора 61 подключены к индикатору 62 номера неисправности i. Индикаторы - высоковольтные индикаторы типа ИН. В каждом шаге этапа Индикация на индикацию выводится информация из 1-го регистра блока 27 памяти обобщенного параметра и номер этого регистра (т.е номер неисправности, значение прогнозируемого параметра для которой индицируется). Значения индицируемых

98Р82Z

параметров контролируются и сравни- 4 ваются визуально с заранее известным значением , характеризующим наступление отказа в объекте или системе. Если любое из индицируемых значений превышает значение f доп это означает возможный отказ р объекте через время Дт по причине той не- Ю исправности, номер i которой индицируется вместе с |, большей f д0п. Время Дт будет равно (согласно (12)

15

AT At

п

где п - численное значение шага

прогнозирования;

Дс - длительность одной смены работы оборудования.

0

5

0

Работа устройства закончена.

Блок 7 управления включает регистр 63 установки шага прогнозиро- 5 вания Си 1-9), элемент Ш1И 64, промежуточный регистр 65, тактовый генератор 66 для синхронитпцич работы устройства прогнозирования и бло:ов деления, 3-входовой элемент Н 67 для разрешения прохождения тактовых м- пульсов с генератора на двоично-десятичный многодекадчын счетчик 68, выходы которого подекадно подключены к входам перепрограммируемого узла постоянной памяти. Ключ на элементе И 70 разрешает собственно процесс прогноз фования. ПГПУ блока управления режимом программируется в соответствии с временными диаграммами (фиг.25 3).

На Лиг.2 угловно обозначено:

Т э - длительность под-этапа Запись ;

5

0

3 + - длительность подэтапа

ЗаТ3 + р Запись и Расчет ;

m & длительность подэтапов пись и Вычисление ;

Тп, длительность этапа Диагностирование.

На фиг.З условно обозначено:

Т.} - длительность этапа Загись ;

То,- длительность этапа Диагностирование ;

Тр длительность этапов Диагно- с стирование и Разрешение ;

Т - длительность этапов Диагностирование и Прогнозирование ;

Тu - длительность предыдущих этапов и этапа Индикация.

23

лительность всего цикла работы ойства вычисляется следующим обм:

Т., - ,

Сл - длительность одного шага Запись,

Т6 j tB (i tp + + t t0) Xj,

t, - длительность одного шага

Вычисление ; tp - длительность одного шага

Ґ Расчет ;

с. - длительность одного шага Суммирование,

Те + i xtg,

tg - длительность одного шага

Деление

Тр 3 i tp,

tp - длительность одного шага Разрешение А, Разрешение В или Разрешение С

втп тр+ i. s,

tq Длиггельность одного шага Экстраполяция,

тм i. ЕЙ,

tn - длительность одного шага

Индикация.

I

Длительность всего цикла диагностирования, учитывая чистое время ра боты устройства, будет равна Т ЗТ,, Поэтому время работы устройства по полному циклу (с учетом прогнозирования и индикации) вычисляется следующим образом: Т 3 Та + Тп + Т. При i 10 и j « 10 Т Ј. 1 мин.

Формула изобретения

Устройство для диагностики и прогнозирования отказов, содержащее генератор тестов,блок аналого-цифрового преобразования, блок буферной памяти, блок вычисления текущей оценки достоверности диагностирования, муль типлексор, первый и второй буферные

2989824

регистры, компаратор, блок памяти словаря неисправностей, блок индикации и блок синхронизации, первый выход которого подключен к входу запуска генератора тестов, выходы которого являются выходами для подключения к входам объекта контроля, второй выход блока синхронизации подключен

10 к стробирующему входу блока аналого- цифрового преобразования, третий выход подсоединен к входу запуска блока вычисления текущей оценки достоверности диагностирования, четвертый

выход подключен к адресному входу мультиплексора, пятый выход подсоединен к первому информационному входу блока индикации, выход блока аналого-цифрового преобразования соеди20 нен с информационным входом блока буферной памяти, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства, в него введены блок чь-числения обратной

25 величины параметра, блок хранения обратных величин параметров,сумматор, демультиплексор, блок накопления данных, блок деления, первый и второй блоки памяти обобщенного пара30 метра, блок приращения параметров, блок умножения, блок экстраполяции, блок памяти прогнозируемого параметра, компаратор знака и блок вычитания, входом уменьшаемого подключенный к выходу блока буферной памяти, вход записи которого соединен с шестым выходом блока синхронизации, а входы считывания блока буферной памяти и блока памяти словаря неисправдо ностей соединены с седьмым выходом блока синхронизации, восьмой выход которого соединен с адресным входом блока памяти словаря неисправностей, выход которого подключен к входу выдс читаемого блока вычитания, выходом соединенного с информационным входом блока вычисления обратной величины параметра, запускающий вход которого соединен с девятым выходом

5Q блока синхронизации, десятый и одиннадцатый выходы которого соответственно подсоединены к входам записи и считывания блока хранения обратных величин параметров,информацион55 ный вход которого и информационный вход .сумматора подключены к выходу блока вычисления обратной величины, установочный вход сумматора соединен с двенадцатым выходом блока син35

25

хронизации, а выход - с входом делителя блока вычисления текущей оценки достоверности диагностирования, соединенного входом делимого с выходом блока хранения обратных величин параметров, а выходом - с информационным входом демультиплексора, подключенного адресным входом к тринадцатому выходу блока синхронизации, а выходом - к информационным входам блока накопления данных, информационные выходы которого соединены с информационными входами мультиплексора, выход которого соединен с входом делимого блока деления,вход делителя которого подключен к четырнадцатому выходу блока синхронизации, пятнадцатый выход которого соединен с входом запуска блока деления,выходом соединенного к информационному входу первого блока памяти обобщенного параметра и к информационному входу второго блока памяти обобщенного параметра,- входы записи и считывания которого подключены к шестнадцатому и семнадцатому выходам блока синхронизации соответственно, восемнадцатый и девятнадцатый выходы которого соответственно подключены к входам записи и считывания первого блока памяти обобщенного параметра, выход которого соединен с вторым информационным входом блока экстраполяции, с первым входом данных блока синхронизации

162989826

го блока умножения, вход множителя к торого подключен к двадцать парному выходу блока синхронизации, а выход к первому информационному входу блока экстраполяции, подключенного входом стробирования к двадцать второму выходу блока синхронизации, а выходом - к информационному входу блока

JQ памяти прогнозируемого параметра, вы ход которого соединен с вторым инфор мационным входом блока индикации, тр тий информационный вход которого и информационный вход первого буферно15 го регистра подключены к двадцать тр тьему выходу блока синхронизации,вход стробирования первого буферного реги стра соединен с выходом компаратора, информационный вход которого и инфор

20 мационный вход второго буферного регистра подключены к выходу первого буферного регистра, вход управления записью второго буферного регистра с единен с двадцать четвертым выходом

25 блока синхронизации, двадцать пятый выход которого подключен к входу зап си блока памяти прогнозируемого пара метра, вход считывания которого соединен с двадцать шестым выходом бло

30 синхронизации, двадцать седьмой выхо которого подключен к стробирующему входу второго буферного регистра, вы ходом соединенного с информационным . входом компаратора знака, стробирую- щий вход которого подключен к двадца

и с входом уменьшаемого блока прираще- 35 восьмому выходу блока синхронизации,

а выход - к входу данных триггера,

ния параметров, подсоединенного входом вычитаемого к выходу второго блока памяти обобщенного параметра, который подключен к второму входу данных блока синхронизации, двадцатый выход которого соединен с входом стробирования блока приращения параметров, выходом подключенного к входу множимо40

выходом соединенного с входом логиче ского условия блока синхронизации, вход устройства для подключения к вы ходу объекта контроля подсоединен к информационному входу блока аналого-цифрового преобразования.

2989826

го блока умножения, вход множителя которого подключен к двадцать парному выходу блока синхронизации, а выход - к первому информационному входу блока экстраполяции, подключенного входом стробирования к двадцать второму выходу блока синхронизации, а выходом - к информационному входу блока

JQ памяти прогнозируемого параметра, выход которого соединен с вторым информационным входом блока индикации, третий информационный вход которого и информационный вход первого буферно15 го регистра подключены к двадцать третьему выходу блока синхронизации,вход стробирования первого буферного регистра соединен с выходом компаратора, информационный вход которого и инфор20 мационный вход второго буферного регистра подключены к выходу первого буферного регистра, вход управления записью второго буферного регистра соединен с двадцать четвертым выходом

25 блока синхронизации, двадцать пятый выход которого подключен к входу записи блока памяти прогнозируемого параметра, вход считывания которого соединен с двадцать шестым выходом блока

30 синхронизации, двадцать седьмой выход которого подключен к стробирующему входу второго буферного регистра, выходом соединенного с информационным . входом компаратора знака, стробирую- щий вход которого подключен к двадцать

35 восьмому выходу блока синхронизации,

выходом соединенного с входом логического условия блока синхронизации, вход устройства для подключения к выходу объекта контроля подсоединен к информационному входу блока аналого-цифрового преобразования.

блок I

ЬлокЪ Выход Выход 2 ЁыхадЗ

Выходок Выходбк

Выход 6

Выход Выход 8К Выход 9 Выход Ш Выход 11 ВыходШ Выход Ш

8ыхдд М 8ыход15

Влок5 блок б Блок 9 блок ТО Блок 11

блок 12 блок /J

блок № Влок 75 Ьлок 1В

П

Лодэтал Вычисление (j шагоб) Лодз/яаа Подзтал Расчет яодэта Ме/т , . ,а ч IffZ3 i

О. шагов) as

™ ™ Гшаео8 шаг

Этап Миагнасг7шр08а#ие

Ъ+ТР

,а ч IffZ3 i

шагов) as

™ ™ Гшаео8 шаг

Ъ+ТР

I&.

Фие.1

блок 7 Выход 11 к

Выход #у

Выход 19 к Выход 20,

Выход Т Выход 22 Выход 23 Выход 24 Выход 2§и

Выход 26к Выход 27к Выход 28к Блок 17 блок 18

блок 19 блок 20 Блок 21

Влок гг блок 23

блок 24 Блок 25 блок 26

Блок 27 блок 8 (О

бмхЩ)

Зтап

I Индикация - н/V шогоВ)

Фие.З

Ч

Фиэ.%

Редактор В.Данко

Составитель И.Алексеев

Техред Л.Плнйнык Корректор В.Гирняк

Фиг. 5