Структура аппаратного обеспечения системы мониторинга КЭО

Лекция 2 Структура аппаратного обеспечения системы мониторинга КЭО Аппаратное обеспечение системы мониторинга КЭО должно возлагаться на штатные бортовые системы контроля рабочих параметров и характеристик, а также специализированные системы, которые контролируют параметры сопутствующих процессов (например, вибрацию) и переносные приборы, используемые не постоянно, а по мере возникновения необходимости: мультиметр, виброметр-балансировщик, обнаружитель течи, тепловизор и т.п. приборы Таким образом, образуется своеобразная распределенная по объектам комплексная система контроля и диагностирования (КСКД), укрупнённая структура которой представлена рис.1. Рис.1. Штатные приборы систем контроля КЭО, как правило, обеспечивают систему мониторинга данными по теплотехническим параметрам и характеристикам (температуре, давлению, расходу, мощности и т.д.) конкретного объекта, что соответствует задачам энергетического уровня диагностики. Специальные измерительные системы обеспечивают контроль параметров, относящихся к механическому уровню диагностики, например, вибрации. Переносные приборы обычно применяются для выполнения измерений параметров на объектах, не имеющих стационарно установленных датчиков, а также для получения дополнительной информации, например, термограммы объекта или обнаружению наличия негерметичности объекта под давлением. Специфика мониторинга технического КЭО Эксплуатационная надежность КЭО, в основном, определяется работоспособностью входящих в его состав функционально значимых узлов (ФЗУ). Примерами ФЗУ являются опорные и упорные подшипники, рабочие колеса, зубчатые передачи, цилиндро-поршневые группы, топливоподающие форсунки, потокорегулирующая арматура, щеточно-коллекторный аппарат электрической машины и т.п. Контроль прямых и (или) косвенных параметров позволяет оценить работоспособность на текущий момент времени простым сравнением результата измерений с допустимым значением (уставкой). Например, при долговременной эксплуатации машин роторного типа обычно устанавливают ограничение на функционирование, связанное с уровнем вибрации (косвенный параметр). При достижении определенного уровня вибрации на пульт выдается сообщение, допустим, типа «Предупреждение». Данное сообщение указывает, что машина находится в состоянии повышенной виброактивности и её можно эксплуатировать в течение периода времени, пока проводится анализ результатов измерений с целью установления источника повышенной вибрации. Такими источниками могут быть, например, изношенные опорные подшипники. Так, согласно данным из книги В.Н. Костюкова «Мониторинг безопасности производства», для электрических машин с номинальной мощностью кВт и высотой оси вращения вала , сообщение «Предупреждение» выдается при достижении среднеквадратического значения по виброскорости мм/с для машин с жесткими опорами и мм/с для машин с податливыми опорами. Установление границ допустимых значений контролируемых параметров является наиболее ответственной задачей в общей проблеме мониторинга любых объектов. Сведения о допустимых значениях контролируемых параметров, как правило, предоставляются предприятиями - изготовителями в соответствующей нормативной документации. Вместе с тем, следует заметить, что до настоящего времени нет единого методического документа по установлению однозначных категорий технического состояния объектов, и вряд ли такой документ будет разработан. Общепризнанными считаются только три категории технического состояния, в которых может находиться объект в любой момент времени. Эти состояния оценивают объект как: - исправный и полностью работоспособный; - неисправный, но частично работоспособный; - неисправный и неработоспособный. Однако, характеристики этих категорий технического состояния, в зависимости от «места прописки» объектов могут быть несколько другими, но не изменяющими смысл определения технического состояния. Например, в книге А.М. Никитина «Управление технической эксплуатацией судов» отмечается, что в соответствии с РД 30.20.50 «Комплексная система технического обслуживания и ремонта судов. Основное руководство», на Российском морском флоте для описания состояния судовых технических средств, предусматривается четыре категории технического состояния: - хорошее – соответствует работоспособному объекту, не требующему технического обслуживания; - удовлетворительное – соответствует работоспособному объекту, не требующему технического обслуживания, но требующему более частого контроля; - неудовлетворительное – работоспособность объекта частично утрачена, назначается техническое обслуживание; - аварийное – объект неработоспособен и немедленно останавливается для технического обслуживания. Рассмотрим связь между категориями технического состояния и характеризующими их структурными параметрами, параметрами рабочих процессов и параметрами сопутствующих процессов. Перечень структурных параметров весьма ограничен. Наиболее типичными являются: изменение геометрической формы деталей, приводящей к изменению установленных зазоров и межцентровых расстояний. Также это нарушение структурной целостности конструкционного материала (трещины, усталостные повреждения), шероховатость и др. Количественно структурные параметры, как правило, могут быть оценены только при ТО и ремонте. Изменение структурных параметров приводит к изменению рабочих параметров (характеристик) и сопутствующих параметров. К рабочим параметрам относятся: давление, температура, мощность, производительность, расход топлива, частота вращения, скорость и т.п. К характеристикам относятся зависимости параметров друг от друга или времени, нагрузки и т.п. Оценка рабочих параметров и характеристик обычно выполняется на активном (работающем) объекте. К сопутствующим параметрам, как уж отмечалось относятся параметры различных физических полей, порождаемых активным объектом. Таким образом, рассмотренные параметры находятся в явной или неявной причинно-следственной связи между собой и могут рассматриваться как процесс (поток событий) с последействием. В общем понятии, процесс с последействием – это когда любое состояние системы в будущем зависит не только от её состояния в настоящем, но и зависит от того, когда и каким образом система пришла в это настоящее состояние, то есть как развивался процесс в прошлом. Любой объект мониторинга как система представляет собой некоторую структуру той или иной сложности, состоящую из определенным образом целенаправленно скомпонованных функциональных узлов, которые, в свою очередь, состоят из деталей. При этом изменение технического состояния объекта в целом определяется деградацией его параметров и характеристик, происходящей вследствие действия физических и физико-химических процессов: усталостных, трибологических (износовых), коррозионных, электрокоррозионных, диффузионных и других, приводящих к ускоренному износу деталей, увеличению люфтов, нарушению теплового режима и т.д. Например, электрокоррозионный процесс в контактных группах порождает интенсивное искрообразование, что нарушает нормальную работу блоков электроавтоматики и, параллельно, создает электромагнитную импульсную помеху способную привести к сбою или отказу электронного оборудования. Трибологический процесс приводит к увеличению зазора между сопрягающимися деталями объекта, что, в свою очередь, порождает повышенный уровень вибрации. Или другой пример причинно-следственной связи: давление масла в системе смазки вспомогательного двигателя может зависеть не только от технического состояния насоса, но и от температуры масла. Следует заметить, что деградацию параметров и характеристик следует учитывать после периода приработки нового или отремонтированного объекта. В общем случае, практически, объект мониторинга можно рассматривать как некоторую структуру , состоящую из s элементов, взаимодействующих между собой посредством наличия межэлементных связей и представить конечным множеством где знак := указывает, что определяется множеством. Очевидно, что связи между элементами будут устойчивы позитивно и эффективны до тех пор, пока действие одного или комплексно нескольких из вышеперечисленных процессов не приведет к их нарушению частично или целиком. Назовем эти процессы структуроразрушающими факторами и обозначим как . С другой стороны, структура полностью работоспособна, если нет нарушенных межэлементных связей , чему способствуют структуросоздающие факторы . К числу - факторов относятся различные управляющие воздействия, рабочие среды, внутриэлементное регулирование, физические поля, информационные потоки. Если допустить, что структуросоздающие факторы имеют мощность , а структуроразрушающие соответственно мощность , то в зависимости от соотношения указанных мощностей работоспособность объекта можно представить функционалом: где - соответственно число элементов (деталей) ОД, включенных в процесс нарушения связей и общее число элементов (деталей) объекта. В соответствии с выражением объект будет абсолютно работоспособен, когда функционал . В этом идеальном случае действие - факторов отсутствует, что в реальных условиях эксплуатации объекта невозможно. С другой стороны, , когда основные межэлементные связи разрушены, и объект не может выполнять возложенные на него функции – он неработоспособен. Условие соответствует промежуточным работоспособным состояниям объекта, параметры и характеристики которого находятся в пределах допустимых значений.