Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Применение метода исключения варьируемого параметра при решении задач диагностирования

Портнягин Н. Н., Пюкке Г. А.,

Введение

Современное техническое состояние рыбопромыслового флота России характеризуется несколькими особенностями, которые порождены проблемами конкуренции и усилением требований к технологии добычи и обработки  морепродуктов и ранее не проявлялись в такой значительной мере.

Применение электрических средств автоматизации (ЭСА) на судах рыбопромыслового флота позволяет повысить эффективность работы различных систем и механизмов, способствует повышению производительности труда судовых экипажей, дает значительный экономический эффект, сокращает затраты энергии и материалов.

Прежде всего, это расширение спектра различных средств электроавтоматики в сторону мощных электронных устройств, зачастую эти устройства являются продукцией зарубежных компаний и попадают в состав судового электрооборудования во время переоснащения, ремонта и модернизаций промысловых судов.

Электрические средства автоматизации, содержащие аналоговые и цифровые компоненты, комбинационные схемы и элементы с памятью: применяются практически во всех устройствах автоматики, где требуется реализовать специальные характеристики, обеспечить плавность и точность регулирования, повысить производительность и мощность судовых электроэнергетических систем. 

Возросшие возможности мощной полупроводниковой техники, появление мощных IGBT-транзисторов, способных управлять токами в сотни ампер и выдерживать напряжения до 1500 вольт, а также мощных тиристоров и семисторов, фотосемисторов и других силовых электронных приборов, использующихся в разработках современных компаний, поставляющих аппаратуру для промысловых судов, делают актуальным рассмотрение вопросов диагностирования и параметрического регулирования устройств автоматики.

Усложнение состава электрооборудования, рост его количества и широкое внедрение комплексных средств автоматизации на судах, как правило, приводит к увеличению интенсивности отказов. Вследствие этого простои судов, вызванные ремонтом оборудования, и связанные с ними убытки существенно возрастают.

В настоящее время совокупные затраты на техническое обслуживание судов за амортизационный срок службы в два-три раза превышают их строительную стоимость. Расходы, связанные с ежегодным ремонтом судов, достигают половины сумм, расходуемых на строительство нового флота. Проблема снижения эксплуатационных затрат всегда являлась и является одной из важнейших технико-экономических задач.

Оснащение импортным оборудованием осуществляется без подробной технической документации и без детальной проработки вопросов электромагнитной совместимости со стороны судовладельца. Недостаточное качество электрической энергии на промысловых судах ведет к снижению надежности установленного электронного оборудования и неоправданным экономическим потерям. Однако судовладельцы зачатую идут на риск и продолжают переоснащение судов электронным оборудованием. Задачи диагностики и регулирования мощного судового электронного оборудования  выступают на передний план, так как выход из строя мощных полупроводниковых приборов во время ведения промысла может приводить к значительным экономическим потерям, а в случае выхода из строя систем управления ответственными энергетическими процессами к потере безопасности мореплавания.

Из-за уменьшения количественного состава промысловых судов (примерно в 2,5 раза) обострилась проблема повышения качества настройки систем автоматики СЭС. Участились случаи выхода генераторов из синхронизма из-за расстройки параметров электронной аппаратуры САРН и АРЧ. Отсутствие эффективной системы регулирования запаса работоспособности аппаратуры приводит к неоправданным временным потерям на межрейсовых стоянках судов. Не уделяется достаточного внимания и отстройке динамических параметров электронных регуляторов, что оборачивается неминуемыми потерями топлива. В практике работы промысловых судов не редки случаи обесточивания электрических сетей, приводящие к авариям или опасным предаварийным ситуациям.

Исследование результатов обработки статистических данных по флоту Камчатки [10] показывает, что при систематическом снижении количества судов на флоте относительный процент аварийности возрастает. Это свидетельствует о старении оборудования и недостаточной оснащенности современными средствами контроля и диагностирования технического состояния устройств, а также о малом количестве новых методов, разработок и устройств, повышающих безаварийность работы.

Процентная зависимость аварийности, вызванной навигационными, техническими и экстремальными факторами, показывает, что доля навигационных и технических факторов высока и одинакова [10]. Однако динамика процесса во времени обнаруживает тенденцию роста зависимости аварийности, обусловленной техническими факторами. Это свидетельствует о старении технического оборудования и необходимости повышения роли контроля над ним.

Одним из факторов, повлиявших на столь сильный рост технической аварийности, явилось старение базы флота при отсутствии надлежащего ремонта, технического обслуживания и достаточно полной оснащенности техническими средствами диагностирования.

Одной из причин увеличения аварийности является субъективный фактор, например квалификация судового обслуживающего персонала и его отношение к своим обязанностям. Как отмечают специалисты, «эффективность любого управления требует наличия достоверной и своевременной информации об окружающей обстановке, о состоянии судна и даже самого экипажа» [5]. Наличие информации должно обеспечиваться непрерывным наблюдением, которое ведётся вахтенной службой. Один вахтенный помощник на мостике или механик в машинном отделении, особенно ночью, в сложных условиях плавания, не способен обеспечить непрерывность наблюдения. Именно поэтому на передний план выступают технические средства контроля и диагностирования.

Вторым фактором, влияющим на аварийность, является компетентность персонала. Некомпетентные решения или неграмотные действия, особенно в экстремальных условиях, могут поставить в безвыходное положение весь экипаж и судно, а так как компетентность является субъективным фактором, не подлежащим формализации и объективному учету, то роль успешного решения задачи технического диагностирования, позволяющей формализовать часть функций оператора, возрастает. В этой ситуации уровень требований к обслуживающему персоналу уменьшается, что повышает составляющую надежности, зависящую от субъективного фактора.

Подводя итог сказанному, можно заключить, что снижение как технических, навигационных, так и субъективных факторов аварийности находится в прямой зависимости от оснащенности флота техническими средствами диагностирования, и успешное решение проблемы безаварийной эксплуатации в значительной мере определяется наличием новых подходов, методов и направлений в развитии технической диагностики.

Снизить интенсивность отказов электрооборудования на стадии эксплуатации можно за счет регулярного оценивания состояния и своевременного восстановления работоспособности. Решить эти задачи позволяет своевременное и рациональное применение методов и средств диагностирования с последующей настройкой основных параметров систем.

Разработка диагностического обеспечения является обязательным условием при проектировании новых объектов, и, как правило, объект диагностирования (ОД), методы и средства диагностирования разрабатываются одновременно. 

В настоящее время известно множество методов оценки степени работоспособности и поиска дефектов в судовых ЭСА. Подробный анализ их эффективности показывает, что наряду с множеством определенных достоинств они имеют ряд недостатков. Как правило, это методы, предусматривающие процедуру съема информации с достаточно большого количества контрольных точек ОД. При этом процесс диагностирования предполагает выполнение разветвленных алгоритмов, сложность которых увеличивается с ростом размерности диагностируемой электрической цепи.

Методика построения таких алгоритмов основывается либо на показателях надежности структурных единиц (СЕ), без учета взаимосвязи между СЕ, либо на логическом анализе, что позволяет обнаружить одиночные дефекты при съеме информации с большого количества полюсов ОД  и т. д.

Некоторые из существующих методов недостаточно полно учитывают особенности эксплуатации судового оборудования, требуют относительно больших затрат времени, сравнительно большого объема измерений и достаточно высокой квалификации обслуживающего персонала.

Авторы считают проблему актуальной и в рамках настоящей работы делают попытку обозначить пути дальнейшего поиска эффективных методов диагностирования и разработки соответствующих методик и средств диагностирования.

В предлагаемой работе отражены решаемые авторами следующие основные задачи:

– реализация принципиально нового подхода, включающего анализ особенностей судовых ЭСА, методов и средств диагностирования ЭСА, разработку методов и средств оценки работоспособности ЭСА и поиска дефектов в судовых ЭСА с применением нейросетевых технологий  при минимальных затратах на диагностирование;

– построение и анализ новых диагностико-регулировочных моделей ЭСА для решения задач диагностирования и параметрического регулирования;

– разработка методов, алгоритмов и методик диагностирования судовых ЭСА;

– разработка методов оценки запаса работоспособности и прогноза возникновения неисправностей в судовых ЭСА;

– разработка алгоритмических и технических средств диагностирования, реализующих предложенный метод диагностирования.

Перечисленные задачи исследования определили содержание книги. В первой главе выполнен обзор и анализ методов и средств диагностирования, судовых ЭСА, рассмотрены их достоинства и недостатки.

Вторая глава посвящена разработке метода изоварных характеристик, применяемого для диагностирования судовых ЭСА при одиночных дефектах, описана процедура формирования и минимизации основных диагностических признаков, обосновывается выбор критериев при определении каналов наблюдения за состоянием ОД.

В третьей главе приводится разработка метода изоварных характеристик в вероятностной постановке для диагностирования судовых ЭСА при множественных дефектах, рассмотрена методика проведения исследований.

В четвертой главе приведены результаты, полученные с использованием программно-аппаратного комплекса разработанного при участии авторов  на кафедрах систем управления и электротехники и электрооборудования судов.