Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Структуры и алгоритмы функционирования СТД




При функциональном алгоритме работы СТД осуществляется сравнение реакции объекта и эквивалентной модели (ЭМ) на одно и то же известное воздействие.

Рис. Структура системы технической диагностики с эквивалентной моделью. ОД - объект диагностики, ЭМ - эквивалентная модель

 

Как видно из схемы, входное воздействие х поступает одновременно на ОД и ЭМ и выходные реакции объекта и модели у сравниваются. Сигнал z на выходе сравнивающего устройства характеризует состояние объекта. При z = 0 свойства ОД и ЭМ будут идентичны, т.е. объект работоспособен. Этот метод может быть также использован и при тестовом диагностировании.

Качество показателя при оценке состояния ОД в данном случае оценивается по критерию вида

где l(t) = yO(t)yM(t); yO(t) и yM(t) - реакции объекта и модели, соответственно.

При тестовом алгоритме диагностирования используемые методы различаются по характеру формирования тестового воздействия и способу обработки результатов реакции объекта.

 

Эффективность и необходимость применения тестовых структур определяется широким использованием в электронной промышленности методов групповой технологии и тем, что большинство узлов электронной аппаратуры, особенно в интегральном исполнении, не может быть испытано индивидуально. При этом источники ненадежностиненадёжности являются скрытыми и проявляются только при эксплуатации ЭУ в виде внезапных отказов.

Тестовая структура – совокупность конструктивных элементов, не являющихся рабочими элементами электронного устройства и предназначенных для получения косвенной информации для оценки параметров узлов электронного устройства.

Часто из-за сложности ЭУ их параметры не могут быть описаны детерминированными закономерностями. Применение групповых методов в технологии ЭУ обеспечивает тесную связь между параметрами контролируемого ЭУ и тестовой схемы. Поэтому анализ более простых тестовых структур позволяет выявлять причины отклонений параметров более сложных ЭУ. Вследствие случайных отклонений параметров технологических процессов, флуктуаций свойств материалов и элементов случайную природу имеет и характер распределения выходных параметров ЭУ. Чаще всего при анализе параметров тестовых структур достаточно ограничиться двумя первыми моментами статистического распределения – средним значением параметра и среднеквадратичным отклонением. Может применяться также граничное значение параметра, при котором проявляется конкретный дефект ЭУ.

Например, при контроле дисковых накопителей хранения информации контролируется либо частота появления ошибок при фиксированной пониженной величине тока записи, либо минимальное значение тока записи, при котором вероятность появления ошибок не превышает заданного значения.

Конструкция тестового устройства должна обеспечивать обнаружение каждого повреждающего дефекта в основном ЭУ (соизмеримость свойств тестовой структуры и рабочего устройства) и минимальные затраты на определение причины отказа. Важным фактором при разработке тестовых структур является выбор оптимальной системы анализируемых параметров. При неоптимальном выборе может реализоваться ситуация, когда для каждого тестируемого узла выбранные параметры близки к оптимальным, а устройство в целом является неработоспособным.

При разработке тестовых структур для прогнозирования надежностинадёжности используют два основных подхода:

  • конструирование тестовых элементов с параметрами, прогнозирующими показатели надежностинадёжности,
  • конструирование тестовых структур, состоящих из критических элементов конструкции.

 

Возможность оценки характеристик реального сложного ЭУ по результатам испытаний тестовых структур позволяет использовать их для приемочногоприёмочного контроля.

 


Пример практической реализации системы технической диагностики (СТД)

Рассмотрим алгоритмы функционирования структуры СТД на примере диагностики состояния штанговых глубинно-насосных установок (ШГНУ). Кинематическая схема работы глубинного насоса приведена на рис.

Кинематическая схема работы глубинного насоса: 1- скважина; 2- колонна труб; 3 - колонна штанг; 4 - нагнетательный клапан (НК); 5 - плунжер; 6 - жидкость под поршнем, 7 - приемный клапан (ПК); 8 -пластовая жидкость. В начале работы открывается клапан 7 и жидкость из пласта устремляется в полость цилиндра. При этом клапан 4 остается закрытым и столб жидкости над ним движется вверх на высоту длины хода плунжера 5. При движении точки подвеса штанг (ТПШ) вниз сначала происходит сжатие штанг, и вес столба жидкости передается на трубы. Потом открывается клапан 4 и жидкость из нижней полости цилиндра поднимается в пространство под поршнем. Клапан 7 остаетсяостаётся закрытым, предотвращая переток жидкости из цилиндра насоса обратно в пласт.

 

наиболее полную диагностическую информацию о состоянии насоса дает динамометрирование (процесс получения зависимости р = f(s), где р - усилие на штоке от перемещения s в точке подвеса штанг). Простейшая теоретическая динамограмма нормальной работы установки приведена на рис. Она представляет собой параллелограмм ABCD, у которого АВ и CD- участки восприятия и снятия нагрузки; ВС и DA — участки неизменной нагрузки при ходе плунжера вверх и вниз;

АВС и CDA- участка участки хода ТПШ вверх и вниз.


 

s0 - длина хода ТПШ
S - длина хода плунжера (м)
l - деформация штанг и труб (м)
РЖ - вес столба жидкости над плунжером (кг)
РЖТ - вес штанг в жидкости (кг)

Рис. Простейшая теоретическая динамограмма

 

У практических динамограмм участки ВС и DA искажены колебаниями усилий из-за динамики работы глубинно-насосного оборудования. При этом форма динамограмм однозначно соответствует определенномуопределённому состоянию насоса.

Можно выделить практические динамограммы для основных классов состояния ШГНУ. Динамограмма является диагностической моделью ШГНУ. Изучение форм динамограмм позволяет выявить характерные признаки различных неисправностей и на их основе построить алгоритм диагностирования ШГНУ. Так, утечка в нагнетательном клапане УНК характеризуется уменьшением крутизны линии восприятия нагрузки (ЛВН) с увеличением крутизны линии снятия нагрузки ЛСН. При утечке в приемномприёмном клапане (УПК) наблюдается обратная картина. При наличии прихвата плунжера (ПП) форма динамограммы вытягивается вдоль линии, параллельной ЛВН теоретической динамограммы, а при обрыве штанг - параллельно линии веса штанг в жидкости.

Нормальная работа насоса

Утечка в приемном клапане 7

Утечка в нагнетательном клапане 4

Незаполнение насоса

Прихват штанг насоса (ж) и обрыв штанг насоса (з)

 

Перед началом работы системы диагностирования вводится массив дискретных отсчетов замкнутого графика динамограммы р = f(sJ) с шагом дискретизации Ds. Затем определяются координаты экстремальных точек: a(s1, p1) - максимум функции p(s) и b(s2, p2) – минимум функции p(s). Определяется разность ординат Dр = p1р2 экстремумов и проверяются условия соответствия совокупностей координат практической динамограммы одному из основных классов состояния насоса. По выполнению условий принимают решение о состоянии насоса. Структура системы технического диагностирования глубинной насосной установки приведена на рис.

В1, В2 - выпрямитель;См - смеситель, ПФ - полосовой фильтр; ФНЧ - фильтр нижних частот; АК - аналоговый коммутатор; БП - блок памяти; МБУО - микропроцессорный блок управления и обработки; РУ - регистрирующее устройство; КС - канал связи; ДУ - датчик усилия; ДХ - датчик хода; БП - блок питания.

 

Сигналы с выходов датчиков усилия ДУ и хода ДХ передаются через смеситель См по каналу связи КС, разделяются с помощью ПФ, ФНЧ. После В2 сигналы усилия р(t) и хода s(t) поочередно поступают через АК на вход АЦП, где происходит их измерение в отсчетные моменты времени t. Измеренные значения p(t) и s(t) записываются с выхода АЦП в блок памяти БП. Далее по программе, записанной в блоке памяти, МБУО осуществляет обработку значений p(t) и s(t) для формирования графика динамограммы р = F(s). Затем осуществляется анализ динамограммы и определяется один из классов состояния глубинного насоса. График динамограммы вместе с результатом ее интерпретации отображается на регистрирующем устройстве РУ.

Метод графического представления. Диаграммы "причина- результат" – схема "рыбий скелет".

Схема, характеризующая зависимость между полученными результатами и причинами, воздействующими на эти результаты, называется диаграммой "причина – результат". Эта диаграмма имеет "хребет", большие, средние, малые кости и напоминает по форме рыбу, поэтому называется схемой "рыбий скелет".

 

Диаграмма "причина – результат" -- схема "рыбий скелет"

Диаграмма "причина – результат" используется для анализа затрат, связанных с контролем качества (достижение высокого качества изделий связано с ростом затрат на контроль качества)[15].

Пример:

При включении стабилизированного импульсного блока питания марки ИП-1 произошелпроизошёл отказ, проявившийся в частичном разрушении корпуса высоковольтного транзистора. Аналогичный случай произошелпроизошёл в блоке питания типа ИП-2. Производитель блоков питания получил рекламации. Случаев отказа блока питания в момент включения было немного, обоснованные причины отсутствовали, но фирма, чтобы не потерять авторитет была вынуждена поменять блоки питания на новые. Высоковольтные транзисторы поступали с фирм А и В, но было трудно определить какие транзисторы поступали с фирмы А или В.

Диаграмма "рыбий скелет", построенная для данного случая приведена на рис.

 


SMART – технологии

Ни одна информационная система не может считаться излишне надежнойнадёжной. Например, средняя наработка на отказ дискового накопителя составляет около 300 000 часов для обычных устройств и 800 000 - для устройств класса High - end. Однако, несмотря на высокие показатели надежностинадёжности отдельных устройств, оценка надежностинадёжности является статистической характеристикой, произведеннойпроизведённой для большого числа устройств, а не конкретного устройства. Кроме того, в сложных информационных и управляющих системах даже одиночная авария подвергает риску большой объем информации. Считается, что через несколько месяцев работы (3-…6) стоимость накопленной на НЖМД информации сравнивается со стоимостью системы.

В большинстве случаев обращается внимание только на высокую надежностьнадёжность компонентов системы и не уделяется достаточного внимания вопросам надежности всей системы в целом. Однако надежностьнадёжность системы не всегда определяется надежностьюнадёжностью ее компонентов. Потребителю часто более важно знать, когда и в каком из компонентов системы предполагается сбой, чем знание общего статистического срока службы системы до отказа. Технология SMART (Self-Monitoring, Analisis and Reporting Technology System – система самодиагностики, анализа и оповещения) учитывает именно это обстоятельство. Она обеспечивает возможность сообщать центральному контроллеру системы служебную информацию о своем состоянии и прогнозируемой надежности работы любого компонента системы. Технология SMART позволяет отслеживать большое количество внутренних параметров устройства и обеспечивает развитую самодиагностику. Благодаря этому можно предупреждать сбои на ранних стадиях их проявления, что позволяет своевременно произвести резервирование устройства или данных до катастрофического отказа устройства. SMART технология включает в себя специальное программное обеспечение (ПО), одна часть которого размещена на контролируемом устройстве, другая – в центральной части системы. Внутреннее ПО контролируемого устройства отслеживает нормальную работу компонентов устройства. Система оценивает состояние устройства путемпутём сравнения его внутренних параметров с заранее предопределеннымипредопределёнными пороговыми значениями. В более совершенных конфигурациях SMART центральный контроллер играет более активную роль и заставляет контролируемые устройства проводить набор диагностирующих процедур.

Программное обеспечение технологии SMART используется как составная часть встроенного программного обеспечения накопителей на жесткихжёстких магнитных дисках с 1996г. начиная с дисков емкостьюёмкостью более 1,7 Гб. SMART НЖМД отслеживает несколько десятков параметров (более сотни), например, частота появления ошибок чтения, время раскручивания шпинделя, скорость позиционирования, время работы диска и т.д. Все атрибуты имеют уникальный номер, одинаковый для всех производителей, однако разные производители могут использовать различные наборы атрибутов. Каждому атрибуту присваивается начальное значение, обычно это "100". Для каждого атрибута устанавливаются граничные значения.

ОтчетОтчёт о результатах сравнивается с результатами предыдущих тестов или эталонных; после этого центральный контроллер принимает решение. В простейшем случае, после принятия решения о критическом состоянии устройства, система предупреждает пользователя и предлагает принять соответствующие меры. Например, уменьшить информационную загрузку, перенести в безопасное место ключевые данные, начать процесс резервного переключения или копирования данных. В результате исследований конкретного устройства определяются граничные (критические) состояния отдельных компонентов, при достижении которых резко возрастает вероятность отказа. Система SMART отслеживает эти состояния и предпринимает соответствующие действия. Контроль параметров SMART входит в состав Norton Utilities (System Doctor).

Вне зависимости от причин сбоев все отказы могут быть разделены на предсказуемые и непредсказуемые. В случае предсказуемых сбоев имеется некоторый параметр устройства, определенноеопределённое значение которого свидетельствует о возникновении критической ситуации. Задача SMART сводится к составлению алгоритма, позволяющего с высокими вероятностью и надежностьюнадёжностью предсказать возникновение проблемы. Очевидно, что для обеспечения предсказуемости сбоя необходим некоторый временной интервал между появлением первого симптома и моментом отказа. Непредсказуемые сбои носят внезапный характер и связаны обычно с неполадками в электронных компонентах, внезапными скачками напряжения питания и т.д. По мере развития технологии некоторые непредсказуемые сбои переходят в разряд предсказуемых. Естественно, варианты реализации SMART и наборы контролируемых параметров меняются в зависимости от типа устройства и производителя. Считается, что SMART способна предотвратить 70% внезапных выходов из строя, приводящих к потере данных.


 


Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...