CC BY
46
1. Жиганов А.Н., Гузеев В.В., Андреев Г.Г. Технология диоксида урана для керамического ядерного топлива. Томск: БТТ, 2002. 328 с.
2. Тураев Н.С., Жерин И.И. Химия и технология урана. М.: Руда и металлы, 2006. 396 с.
3. Скачек М.А. Обращение с отработавшим ядерным топливом и радиоактивными отходами АЭС: учеб. пособие для вузов. / М.А. Скачек. М.: Издательский дом МЭИ, 2007. 448 с.
4. Копырин А.А., Карелин А.И., Карелин В.А. Технология производства и радиохимической переработки ядерного топлива: учеб. пособие для вузов. М.: ЗАО «Изд-во Атом-энергоиздат», 2006. 576 с.
ский список
5. Брендаков В.Н., Дементьев Ю.Н., Кладиев С.Н., Пищу-лин В.П. Технология и оборудование производства оксидов урана // Известия ТПУ. 2005. Т. 308, № 6. С. 95-98.
6. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: учебник для студ. вузов. М.: Издательский центр «Академия», 2006. 272 с.
7. Терёхин В.Б. Моделирование систем электропривода в 81ти!1пк (Ма^аЬ 7.0.1): учебное пособие. Национальный исследовательский Томский политехнический университет. Томск: Изд-во Томского политехнического ун-та, 2010. 292 с.
УДК 63-83-52:519.768.2
ВРЕМЯВЕРОЯТНОСТНЫЙ МЕТОД ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗА
© М.П. Дунаев1, К.Ю. Ушаков2
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Обсуждены основные логические методы технического диагностирования для наладки электрооборудования. Описан новый логический времявероятностный метод диагностирования для наладки электрооборудования. Показана эффективность нового логического метода технической диагностики. Ил. 11. Табл. 9. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: метод; диагностика; алгоритм; экспертная система; наладка; электрооборудование.
TIME PROBABILITY METHOD FOR ELECTRIC LOCOMOTIVE EQUIPMENT DIAGNOSTICS M.P. Dunaev, K.Yu. Ushakov
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The paper discusses the main logical methods of technical diagnostics for electrical equipment setting-up. It describes a new logical time probability diagnosing method for setting-up the electrical equipment and demonstrates its efficiency. 11 figures. 9 tables. 3 sources.
Key words: method; diagnostics; algorithm; expert system; setup; electrical equipment.
Введение. В процессе исследования методов диагностирования электрооборудования, рассматриваемых в [1, 2], а именно: половинного деления, вероятностного в различных модификациях, и метода с учетом характеристик доступности - стало понятно, что их средние затраты на определение одного состояния объекта диагностирования (ОД) слишком велики, вследствие чего вышеперечисленные методы становятся недостаточно эффективными. Вследствие этого актуальной становится задача разработки новых модифицированных методов диагностирования для повышения эффективности поиска неисправностей электрооборудования.
Времявероятностный метод. Рассмотрим новый модифицированный времявероятностный метод с учетом характеристик доступности на примере налад-
ки четырех объектов: асинхронного двигателя с корот-козамкнутым ротором (АД); постоянного двигателя с последовательным возбуждением (ДПТ); электропривода с управляемым выпрямителем (ЭП с УВ); электрической части электровоза переменного тока.
Функциональная схема АД представлена на рис.1, логическая схема - на рис.2, где КБ (1) - конденсаторная батарея; КМ (2) - силовой электромагнитный контактор; КК(3) - тепловое реле; СО (4) - статорная обмотка; МЧС (5) - механическая часть статора; РО (6) -роторная обмотка; МЧР (7) - механическая часть ротора; Н (8) - нагрузка; ис (Х1) - напряжение питающей сети переменного тока; Ф - магнитный поток; Wp -частота вращения ротора; Z1...Z8 - элементарные проверки функциональных блоков.
1Дунаев Михаил Павлович, доктор технических наук, профессор кафедры электропривода и электрического транспорта, тел.: (3952) 405128, e-mail: [email protected]
Dunaev Mikhail, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Electric Drive and Electric Transport, tel.: (3952)405128, e-mail: [email protected]
Ушаков Константин Юрьевич, аспирант, тел.: (3952) 405128, e-mail: [email protected] Ushakov Konstantin, Postgraduate, tel.: (3952) 405128, e-mail: [email protected]
ис. —►
ис.
Ф
КБ (1) КМ (2) КК (3) СО (4) МЧС (5) РО (6)
Рис.1. Функциональная схема АД с короткозамкнутым ротором
МЧР (7)
Н (8)
Т
Wр.
11 12 13 14 15 16 11 1&
1М1М1М1Ъ(1Ъ(1М1М1Ъ
Рис.2. Логическая схема АД с короткозамкнутым ротором
Представим логическую модель АД (рис.2) в виде системы логических уравнений:
21 = в1 А х1 Л
22 = е2 А 21
23 = е3А 2г
2а = е4 А 23 2з = е5А 24
>
2б = е6 А 25 А 26 А 27 )
27 = е7 А 26
(1)
2я = <
где еI - характеризует внутреннее состояние /-го функционального блока (е,= 0 - неисправен, е, = 1 -исправен).
Данные расчетов сведены в табл. 1, где обозначено: р(е) - вероятность технического состояния элемента; 1(е) - время реализации элементарных проверок (время, необходимое для проведения проверки -го элемента); б(е) - доступность элементарной проверки (доступность проверяемого элемента в объекте диагностирования определяет эксперт); 3(е) - средняя арифметическая вероятность технического состояния элемента, определяемая по формуле:
Б(е>) = [р(е>) + й(е1)^2 ; (2)
У(е) - времявероятностная характеристика элемента, определяемая по формуле:
У(ег ) =
р(ег ) г(е, )
N
Е
1-1
р(е1)! Г(е1 )
(3)
Каждому техническому состоянию е, ОД соответствует некое число р(е), отражающее вес (значимость) данного технического состояния [3]. Как и в случае с ценами элементарных проверок, веса технических состояний могут быть одинаковыми или разными.
Вероятность, с которой ОД может находиться в некотором техническом состоянии:
0 < р(е) < 1,
ег е Е ,
N
Е Р(ег) = 1,
1=1
где г = 1,2- число технических состояний ОД; Е-множество всех технических состояний ОД.
_Таблица 1
/ 1 2 3 4 5 6 7 8
Р(е) 0,05 0,2 0,14 0,27 0,05 0,11 0,13 0,05
№ 0,16 0,03 0,02 0,1 0,3 0,22 0,12 0,05
б(е) 0,1 0,03 0,02 0,21 0,23 0,2 0,11 0,1
в(е) 0,075 0,115 0,08 0,24 0,14 0,155 0,12 0,075
Ще) 0,016 0,343 0,360 0,138 0,008 0,025 0,055 0,051
Р(еЩе) 0,312 6,66 7 2,7 0,166 0,5 1,083 1
Обозначим сумму цен элементарных проверок, входящих в алгоритм диагностирования, как
С(10,Е). Тогда средние затраты на определение одного состояния ОД могут быть найдены как
С(2о,Е) = £ С(10,е1) =
= £
р(е )£С(2к)
(4)
где Z0 - первая элементарная проверка алгоритма диагностирования; £ С(2к) - сумма цен элементарных проверок алгоритма диагностирования от Z0 до Zk.
Выражение (4) позволяет определить качество любого алгоритма диагностирования при различных ценах элементарных проверок и весах технических состояний ОД и может быть использовано как целевая функция оптимизации алгоритмов диагностирования.
Для определения эффективности нового метода поиска неисправностей были рассчитаны средние затраты шести вариантов алгоритмов диагностирования (РТБ-алгоритм, РТ-алгоритм, Р-алгоритм, Ы-алгоритм, Б-алгоритм, Т-алгоритм) и построены их графы. Из произведенных расчетов видно, что лучшую эффективность имеет РТБ-алгоритм (табл. 2).
Алгоритм поиска неисправности АД времявероят-
ностным методом диагностирования с учетом характеристик доступности представлен графом на рис.3.
Суть данного метода заключается в том, что первой выполняется проверка того блока, который имеет наибольшее соотношение p(e)/t(e). Последующие проверки выполняются так, чтобы средние арифметические вероятности технического состояния ОД S(e) соответствовали выражению
N N
£ 5(вг) * £ Б(в1) ,
I=1 I=к+1
0,5
(5)
где
N
£ = 1 .
1=1
Функциональная схема ДПТ последовательного возбуждения представлена на рис.4, логическая схема
- на рис.5, где СР (1) - сглаживающий реактор; АЯ и ОВ (2) - высоковольтный выключатель обмотки якоря и обмотки возбуждения; ОДП (3) - обмотка дополнительных полюсов; ЩА (4) - щеточный аппарат; К (5) -коллектор; ЯО (6) - обмотка якоря; ОВ (7) - обмотка возбуждения; МЧС (8) - механическая часть станины; МЧЯ (9) - механическая часть якоря; Н (10) - нагрузка; иув (Х1) - выходное напряжение управляемого выпрямителя; Ф - магнитный поток; 1ув - ток на выходе выпрямителя; Wн - частота вращения якоря; 21.210
- элементарные проверки функциональных блоков.
Таблица 2
Порядковое место Алгоритм диагностирования Минимальные средние затраты на определение одного технического состояния
1 РТБ-алгоритм С(20, Е) = 0,1387
2 РТ-алгоритм С(20, Е) = 0,1755
3 Р-алгоритм С(20,Е) = 0,2025
4 Ы-алгоритм С(20,Е) = 0,2119
5 Б-алгоритм С(20,Е) = 0,2127
6 Т-алгоритм C(Z0,E) = 0,3101
8
5
Рис.3. Граф PTS-алгоритма диагностирования для АД
^в
СР (1)
АЯ и ОВ (2)
ОДП (3) ЩА(4) К (5)
Ф 1 I г
ОВ(7) МЧС(8) ЯО(6)
Wн
МЧЯ(9)
Н(10)
Рис.4. Функциональная схема ДПТ последовательного возбуждения
п 12 гъ гл гъ 16 19
Z10
Рис.5. Логическая модель ДПТ в виде ориентированного графа
\
Представим логическую модель (рис.5) в виде системы логических уравнений: 21 = е1 А Х1 22= е2А 21
2з= езА 22 24= е4А 2з
25= е5 А24
2б= е6 А 25а
27= е7А 22 2а= е8 А 27 29= е9 А 2б 2ю= ею А 29
28
}
(6)
У
Произведем расчет средней арифметической вероятности технического состояния элемента и вре-мявероятностной характеристики элемента по формулам (2), (3). Данные расчетов сведены в табл. 3.
Средние затраты на определение одного технического состояния ОД находим по формуле (4).
Для определения эффективности нового метода поиска неисправностей были рассчитаны средние затраты шести вариантов алгоритмов диагностирования (PTS-алгоритм, РТ-алгоритм, P-алгоритм, ^алгоритм, S-алгоритм, Т-алгоритм) и построены их графы. Из произведенных расчетов видно, что лучшую эффективность имеет PTS-алгоритм (табл. 4).
Алгоритм поиска неисправности ДПТ времяверо-
ятностным методом диагностирования с учетом характеристик доступности представлен графом на рис.6.
Функциональная схема ЭП с УВ представлена на рис.7, логическая схема - на рис.8, где СТ (1) - силовой трансформатор; СС (2) - силовая схема преобразователя; ВБ (3) - выключатель быстродействующий; Н (4) - нагрузка преобразователя; ВА (5) - выключатель автоматический; БП (6) - блок питания системы управления; ИСН (7) - источник синхронизирующего напряжения; ГПН (8) - генератор пилообразного напряжения; К (9) - компаратор; УФ (10) - усилитель-формирователь импульсов управления; ГР (11) -устройство гальванической развязки; УО (12) - управляющий орган; ДТ (13) - датчик тока; фДт (14) -фильтр датчика тока; РТ (15) - регулятор тока; ^ (Х1)
- напряжение питающей сети переменного тока; идт -выходное напряжение датчика тока; ифдт - выходное напряжение фильтра датчика тока; из (Х2) - задающее напряжение; ибп - выходное напряжение блока питания; ирт - выходное напряжение регулятора тока; иуо - выходное напряжение управляющего органа; ик
- выходное напряжение компаратора; иуф - выходное напряжение усилителя-формирователя импульсов; игр - выходное напряжение устройства гальванической развязки; ивх - входное напряжение силовой схемы преобразователя; ^ых - выходное напряжение преобразователя; !н - ток нагрузки.
Таблица 3
/ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
9(е) 0,12 0,017 0,03 0,36 0,2 0,35 0,012 0,001 0,008 0,01
Не) 0,09 0,012 0,15 0,001 0,001 0,25 0,18 0,126 0,009 0,1
б(е) 0,08 0,05 0,122 0,001 0,008 0,3 0,15 0,1 0,099 0,09
в(е) 0,46 0,034 0,076 0,180 0,104 0,325 0,081 0,051 0,054 0,05
Ще) 0,0002 0,003 0,0004 0,639 0,355 0,002 0,0001 0,00001 0,0002 0,0002
9(е)Л(е) 0,133 1,417 0,2 360 200 1,4 0,0666 0,0079 0,088 0,1
Таблица 4
Порядковое место Алгоритм диагностирования Минимальные средние затраты на определение одного технического состояния
1 РТБ-алгоритм C(Z0,E) = 0,100605
2 Б-алгоритм C(Z0,E) = 0,103633
3 Ы-алгоритм C(Z0,E) = 0,103785
4 РТ-алгоритм C(Z0,E) = 0,107775
5 Р-алгоритм C(Z0,E) = 0,258025
6 Т-алгоритм C(Z0,E) = 0,259323
Рис.6. Граф PTS-алгоритма диагностирования для ДПТ
Рис. 7. Функциональная схема ЭП с УВ
Представим логическую модель ЭП с УВ (рис.8) в виде системы логических уравнений:
21 = е1 А х1 А
Z2 = е2А Z1А Z11
2з = е3 А 22
= е4 А Z3
25 = е5 А 21
= е6А
2т = етА 25
28 = е8А 2тА 26 У (7)
29 = е9 А 26А
210 = ею А 2бА 29 А 28
211 = е11 А 211
212 = е12 А 2бА 215
213 = е1з А 21
214 = е14 А 213
215= е15 А А 214А Х2 )
Произведем расчет средней арифметической вероятности технического состояния элемента и вре-мявероятностной характеристики элемента по формулам (2), (3). Данные расчетов сведены в табл. 5.
Средние затраты на определение одного технического состояния ОД находим по формуле (4).
Для определения эффективности нового метода поиска неисправностей были рассчитаны средние затраты шести вариантов алгоритмов диагностирования
(PTS-алгоритм, РТ-алгоритм, P-алгоритм, N-алгоритм, S-алгоритм, Т-алгоритм) и построены их графы. Из произведенных расчетов видно, что лучшую эффективность имеет PTS-алгоритм (табл. 6).
Алгоритм поиска неисправности ЭП с УВ вре-мявероятностным методом диагностирования с учетом характеристик доступности представлен графом на рис.9.
Функциональная схема электрической части электровоза переменного тока представлена на рис.10, логическая схема - на рис.11, где ТП (1) - токоприемник; ГВ (2) - главный выключатель; СТ (3) - силовой трансформатор; ВУВ (4) - выпрямительная установка, питающая обмотку возбуждения тягового двигателя в режиме рекуперации; ВИП (5) - выпрямительно-инверторный преобразователь; ТЭД (6) - тяговый электродвигатель; ВМ (7) - вспомогательные машины (вентиляторы охлаждения ТЭД, маслонасос); БП (8) -блок питания; ЦУ (9) - низковольтные цепи управления; СИФУ ВИП (10) - система импульсно-фазового управления выпрямительно-инверторного преобразователя; СИФУ ВУВ (11) - система импульсно-фазового управления выпрямительной установки, питающая обмотку возбуждения тягового двигателя в режиме рекуперации; Uc (Х1) - напряжение питающей сети переменного тока; ивх - входное напряжение силового трансформатора; ивых - выходное напряжение силового трансформатора; Wн - частота вращения якоря; Z1...Z10 - элементарные проверки функциональных блоков.
Таблица 5
/ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Р(е) 0,01 0,3 0,08 0,19 0,13 0,01 0,04 0,08 0,03 0,02 0,01 0,05 0,01 0,01 0,03
Не) 0,1 0,19 0,05 0,14 0,02 0,04 0,06 0,04 0,04 0,03 0,03 0,05 0,07 0,05 0,09
Ф) 0,09 0,15 0,01 0,14 0,01 0,05 0,04 0,03 0,03 0,05 0,06 0,06 0,1 0,1 0,08
Э(е) 0,055 0,245 0,065 0,165 0,08 0,03 0,05 0,06 0,035 0,03 0,02 0,05 0,04 0,03 0,06
Ще) 0,005 0,090 0,091 0,077 0,37 0,01 0,04 0,11 0,042 0,04 0,02 0,06 0,01 0,01 0,02
р(е)Л(е) 0,1 1,578 1,6 1,357 6,5 0,25 0,66 2 0,75 0,66 0,33 1 0,14 0,2 0,33
Таблица 6
Порядковое место Алгоритм диагностирования Минимальные средние затраты на определение одного технического состояния
1 PTS-алгоритм C(Zo,E) = 0,1404
2 PT-алгоритм C(Zo,E) = 0,1411
3 ^алгоритм C(Zo,E) = 0,1668
4 P-алгоритм C(Zo,E) = 0,2015
5 S-алгоритм C(Zo,E) = 0,2031
6 ^алгоритм C(Zo,E) = 0,2674
Рис.9. Граф PTS-алгоритма диагностирования для ЭП с УВ
Рис.10. Функциональная схема электрической части электровоза переменного тока
Рис.11. Логическая модель электрической части электровоза переменного тока в виде ориентированного графа
л
Представим логическую модель электрической части электровоза переменного тока (рис.11) в виде системы логических уравнений: 21 = е1 А Х1
12 = е2А 21
23 = езА 2з
24 = е4А 2зА 29 А 2ц
25 = е5А 2зА 29 А 210
26 = е6 А 25 А 24 А 2т }. (8) 2т = етА 2з А 29
28 = е8А 2з
29 = е9А 28 210 = ею А 2зА 29 !и = ец А 2зА 29 )
поиска неисправностей были рассчитаны средние затраты шести вариантов алгоритмов диагностирования (РТБ-алгоритм, РТ-алгоритм, Р-алгоритм, Ы-алгоритм, Б-алгоритм, Т-алгоритм) и построены их графы. Из произведенных расчетов видно, что лучшую эффективность имеет РТ-алгоритм (табл. 8).
Вывод. Из проведенных расчетов видно, что предложенный новый времявероятностный метод с учетом характеристик доступности (PTS) занимает лидирующее положение среди существующих методов диагностирования по поиску и устранению неисправностей (табл. 9).
Данный метод позволяет сократить время поиска неисправности по сравнению с существующими методами на 50-60%.
На кафедре электропривода и электрического
Таблица 7
\ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Р(е) 0,1 0,09 0,03 0,07 0,08 0,18 0,15 0,03 0,2 0,03 0,04
Не) 0,03 0,12 0,09 0,1 0,1 0,12 0,05 0,06 0,07 0,13 0,13
б(е) 0,09 0,1 0,08 0,07 0,07 0,16 0,11 0,07 0,13 0,06 0,06
S(e) 0,095 0,095 0,055 0,07 0,075 0,17 0,13 0,05 0,165 0,045 0,05
У(е) 0,2329 0,0524 0,0232 0,0489 0,0558 0,1048 0,2096 0,0349 0,199 0,0161 0,0214
р(е)Л(е) 3,333 0,75 0,333 0,7 0,8 1,5 3 0,5 2,8 0,23 0,307
Таблица 8
Порядковое место Алгоритм диагностирования Минимальные средние затраты на определение одного технического состояния
1 РТ-алгоритм C(Z0,E) = 0,1307
2 РТБ-алгоритм C(Z0,E) = 0,147
3 Ы-алгоритм ^0,Е) = 0,1693
4 Р-алгоритм C(Z0,E) = 0,1979
5 Т-алгоритм C(Z0,E) = 0,2163
6 Б-алгоритм C(Z0,E) = 0,2296
Таблица 9
Электрооборудование. Алгоритм диагностирования Минимальные средние затраты на определение одного технического состояния
АД РТБ-алгоритм C(Z0,E) = 0,1387
ДПТ РТБ-алгоритм C(Z0,E) = 0,100605
ЭП с УВ РТБ-алгоритм C(Z0,E) = 0,1404
Электрическая схема электровоза РТ-алгоритм C(Z0,E) = 0,1307
Произведем расчет средней арифметической вероятности технического состояния элемента и вре-мявероятностной характеристики элемента по формулам (2), (3). Данные расчетов сведены в табл. 7.
Средние затраты на определение одного технического состояния ОД находим по формуле (4).
Для определения эффективности нового метода
Библиографический список
1. Ксёндз С.П. Диагностика и ремонтопригодность радио- Энергия, 1976. 464 с.
электронных средств. М.: Радио и связь, 1989. 248 с. 3. Дунаев М.П. Экспертные системы для наладки элек
2. Основы технической диагностики: модели объектов, троприводов. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004. 134 с. методы и алгоритмы диагноза / П.П. Пархоменко [и др.]. М.:
транспорта времявероятностный метод с учетом характеристик доступности (PTS) проходит испытание при создании экспертной системы для поиска и устранения неисправностей электрооборудования, которая реализуется в инструментальной среде БХБУБ.
