Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Разработка системы диагностирования. постановка задачи 13
1.1 Роль и место автоматизированных систем технического диагностирования в современном машиностроительном производстве 13
1.2 Характеристики объекта диагностирования 16
1.3 Постановка задачи диагностирования многоканальных электротехнических комплексов 23
1.4 Анализ задачи технического диагностирования многоканальных электротехнических комплексов 27
1.5 Анализ подходов к построению автоматизированных средств технического диагностирования 33
1.6 Выводы 39
ГЛАВА 2 Разаработка гибкой масштабируемой структуры системы диагностирования 44
2.1 Моделирование неисправностей объекта диагностирования 44
2.2 Метод снижения энергопотребления при испытаниях силовых цепей 57
2.3 Синтез гибкой масштабируемой структуры систем технического диагностирования многоканальных электротехнических комплексов 68
2.4 Выводы 76
ГЛАВА 3 Расчет временных характеристик информационно измерительного тракта 80
3.1 Модель информационно-измерительного тракта 80
3.2 Анализ функционирования информационно-измерительного тракта. 84
3.3 Упрощенный метод расчета временных характеристик информационно-измерительного тракта 89
3.4 Имитационное моделирование информационно-измерительного тракта 96
3.5 Выводы 106
ГЛАВА 4 Практическая реализация результатов работы 109
4.1 Задача диагностирования аппаратуры пуска реактивных систем залпового огня 109
4.2 Разработка структуры СТД СКАТ 111
4.3 Результаты внедрения основных положений диссертационной работы 119
4.4 Перспективы модернизации программно-аппаратного комплекса СКАТ 123
4.5 Расчет экономического эффекта от внедрения СТД СКАТ в производственный процесс 125
4.6 Выводы 129
Заключение 132
Перечень принятых сокращений. 143
Список литературы
- Постановка задачи диагностирования многоканальных электротехнических комплексов
- Метод снижения энергопотребления при испытаниях силовых цепей
- Упрощенный метод расчета временных характеристик информационно-измерительного тракта
- Результаты внедрения основных положений диссертационной работы
Введение к работе
Актуальность работы. Многоканальным электротехническим комплексом
самоходной машины является система, состоящая из преобразовательного и
информационно-управляющего устройств, предназначенная для управления
подключаемым к ней набором однородных исполнительных механизмов. Наиболее сложными, дорогостоящими и трудоемкими в изготовлении самоходных машин являются электротехнические комплексы, во многом определяющие функциональность самоходной машины.
Стоимость многоканальных электротехнических комплексов на этапе серийного производства может быть снижена путем разработки систем технического диагностирования, обеспечивающих проведение приемосдаточных испытаний до установки комплексов в составе самоходной машины.
Однако сложность систем технического диагностирования и высокая стоимость разработки накладывают ограничения на их внедрение в производственный процесс. Таким образом, актуальной задачей является разработка методов расчета временных характеристик и моделирования элементов систем технического диагностирования, позволяющих сократить время расчета и затраты на проектирование элементов систем.
Особенностью многоканальных комплексов как объекта диагностирования является множество одинаковых, независимо функционирующих, каналов управления исполнительными механизмами, предназначенных для формирования управляющих сигналов, приема и анализа сигнала обратной связи, формируемых исполнительными механизмами. На этапе приемосдаточных испытаний многоканальных комплексов система диагностирования может быть подключена только к входным и выходным разъемам диагностируемого комплекса. В большинстве случаев отсутствует возможность подключения к диагностируемому комплексу реального исполнительного механизма. Диагностирование осуществляется в рабочем режиме с измерением амплитудно-временных характеристик сигналов управления, формируемых каналами управления комплекса.
В процессе испытаний многоканальных электротехнических комплексов системы технического диагностирования (СТД) обеспечивают функционирование комплексов, формирование сигнала обратной связи исполнительного механизма, измерение амплитудно-временных параметров управляющих сигналов, формирование заключения о техническом состоянии диагностируемого комплекса.
Анализ методов проектирования СТД (Светлов А.В., Шевцов В.М., Федоров Ю.А., Хайруллин И.Х. и других российских ученых) а также известных по описаниям образцов (Антонов В.И., Василенко Д.В., Бурый А.С., Трусов В.М. Бахрушин Н.И.) позволяет выделить общие подходы к построению их элементов независимо от назначения систем, что позволяет разработать общие методы проектирования систем технического диагностирования.
Одной из проблем, возникающих при диагностировании многоканальных электротехнических комплексов, является оценка качества монтажа силовых цепей. Нарушение технологии монтажа силовых цепей приводит к появлению периодических дефектов, которые сложно выявить после ввода комплекса в эксплуатацию, и требует своевременного выявления на этапе приемосдаточных испытаний. Методы диагностирования электротехнических комплексов хорошо изучены отечественными и зарубежными авторами (Беспрозванных А.В., Дорогайцев В.С., Сапожников В. В., Фентон В., Пект М. и др.) Однако известные методы рассматривают вопросы
диагностирования силовых цепей отдельно от вопросов диагностирования
электротехнических комплексов в целом.
Одним из способов оценки качества монтажа силовых цепей является определение их проводимости при пропускании тока номинальной величины, которая определяется потреблением тока исполнительного механизма, подключенного к каналу управления, и возрастает пропорционально количеству каналов многоканального электротехнического комплекса. При простоте реализации данный способ связан с большим выделением тепла на балластных резисторах системы диагностирования и требует поддержания теплового режима работы систем технического диагностирования многоканальных электротехнических комплексов.
Одним из способов снижения тепловыделения является использование имитатора нагрузки (Федосов А.А.), заменяющего балластное сопротивление. Тем не менее, предложенный метод диагностирует только часть цепи – коммутирующий элемент, но не позволяет осуществлять диагностирование комплекса в целом.
Таким образом, требуется разработка нового метода диагностирования силовых цепей электротехнических комплексов, отличающегося пониженным тепловыделением.
Наличие множества каналов управления многоканальных электротехнических
комплексов существенно увеличивает объем обрабатываемой измерительной
информации и предъявляет высокие требования к производительности информационно-измерительных трактов.
Характеристики информационно-измерительных трактов подробно исследованы в работах отечественных и зарубежных авторов, например, Цветков Э.И., Цапенко М.П., Сигалов В.Б., Краузе М., Вошни Э. и др. Настраиваемые адаптивные информационно-измерительные тракты представлены в работах Авдеева Б.Я., Южакова А.А., Моисеева В.С., а проблемы синтеза отражены в работах Кавалерова Г.И., Мандельштама С.М. Известные подходы к проектированию связаны с представлением информационно-измерительного тракта в виде сети массового обслуживания и расчета ее характеристик. Данный подход осложнен наличием множества состояний системы и требует учета влияния соседних фаз. Принятые подходы к созданию таких моделей (Башарин Г.П., Скляревич А.А., Назаров А.А. и др.) требуют проведения сложных процедур расчета. Метод декомпозиции сети массового обслуживания с последующим независимым расчетом фаз (Южаков А.А.) показывает приемлемую точность для практического использования. Упрощенным методом расчета характеристик информационно-измерительного тракта является асимптотический подход (Задорожный В.Н.), основанный на рассмотрении асимптотических значений времени выполнения неприоритетных заявок. Следовательно, необходимо обосновать выбор способа представления аналитической модели информационно-измерительного тракта и определить его временные характеристики в рамках выбранной аналитической модели.
Таким образом, развитие алгоритмов расчета временных характеристик информационно-измерительного тракта является актуальной научной задачей.
Объектом исследования является система технического диагностирования многоканальных электротехнических комплексов.
Предметом исследования являются аналитические модели информационно-измерительного тракта, его временные характеристики и способы диагностирования силовых цепей электротехнических комплексов.
Цель работы – разработка высокопроизводительной системы технического диагностирования многоканальных электротехнических комплексов с пониженным тепловыделением.
Достижение указанной цели обеспечивается постановкой и решением в диссертационной работе следующих задач:
-
Создание метода диагностирования силовых цепей электротехнических комплексов, отличающегося пониженным энергопотреблением и тепловыделением за счет введения в структуру системы технического диагностирования дополнительных источников питания пониженного напряжения.
-
Построение гибкой масштабируемой структуры системы технического диагностирования многоканальных электротехнических комплексов.
-
Создание аналитической модели информационно-измерительного тракта системы технического диагностирования в виде сети массового обслуживания, отличающейся наличием нескольких потоков заявок с различными приоритетами обслуживания и критичных к времени обработки. Проверка адекватности предложенной методики расчета временных характеристик информационно-измерительного тракта путем сопоставления аналитической и имитационной моделей.
-
Разработка алгоритма расчета частоты коммутации информационно-измерительного тракта системы диагностирования, как характеристики, оказывающей существенное влияние на производительность системы в целом.
-
Разработка и внедрение системы технического диагностирования многоканальных электротехнических комплексов на одном из предприятий г. Перми.
Научная новизна результатов:
Предложен метод диагностирования силовых цепей электротехнических комплексов, позволяющий снизить тепловыделение и энергопотребление за счет введения в структуру системы технического диагностирования дополнительных источников питания пониженного напряжения.
Спроектирована структура системы технического диагностирования многоканальных электротехнических комплексов, позволяющая реализовать новый метод диагностирования силовых цепей электротехнических комплексов, а также масштабировать и модифицировать систему в зависимости от решаемых с ее помощью задач.
Разработаны аналитическая и имитационная модели информационно-измерительного тракта системы технического диагностирования на основе применения теории систем и сетей массового обслуживания и метода асимптотического анализа систем, обеспечивающего получение расчетных характеристик с низкими вычислительными затратами, учитывающие взаимосвязь временных характеристик информационно-измерительного тракта с характеристиками аппаратных средств, выбранных для построения информационно-измерительного тракта.
Разработан алгоритм расчета частоты коммутации многоканального информационно-измерительного тракта, основанный на использовании асимптотического анализа системы, что обеспечивает расчет характеристик частоты коммутации с низкими вычислительными затратами и приемлемой точностью.
Основные положения, выносимые на защиту:
Метод диагностирования силовых цепей электротехнических комплексов, отличающийся пониженным энергопотреблением и тепловыделением.
Гибкая масштабируемая структура системы технического диагностирования многоканальных электротехнических комплексов, реализующая метод диагностирования силовых цепей электротехнических комплексов.
Аналитическая и имитационная модели информационно-измерительного тракта системы технического диагностирования на основе применения асимптотического анализа систем и сетей массового обслуживания.
Алгоритм расчета частоты коммутации многоканального информационно-измерительного тракта, основанный на анализе асимптотических значений характеристик многоканального информационно-измерительного тракта.
Результаты практической реализации.
Достоверность исследования основывается на результатах имитационного моделирования, данных экспериментальных исследований, практическом применении теоретических исследований, а также корректном использовании известного математического аппарата и методологии общей теории систем, теории систем массового обслуживания, математического моделирования.
Практическая значимость диссертационной работы состоит в том, что в работе предложена гибкая масштабируемая структура системы технического диагностирования многоканальных электротехнических комплексов, как результат систематизации знаний, полученных в ходе исследований систем диагностирования данного класса.
Предложенный способ диагностирования силовых цепей электротехнических комплексов позволяет снизить энергопотребление системы диагностирования в 4-5 раз.
Созданный алгоритм расчета частоты коммутации многоканального информационно-измерительного тракта, основанный на использовании асимптотического метода расчета, удобен для практического использования и обеспечивает точность определения верхней границы частоты коммутации информационно-измерительного тракта не хуже 10%.
Реализация результатов работы. Результатом работы стала разработка системы технического диагностирования аппаратуры пуска реактивных систем залпового огня, предназначенной для использования в условиях серийного производства. Данный проект был реализован в рамках НИОКР «Создание уникальной экспериментальной базы, систем диагностики, стендового и полигонного оборудования», проводимой совместно Пермским национальным исследовательским политехническим университетом и ОАО «Мотовилихинские заводы» при реализации СТД «Стенд комплексного автоматизированного тестирования» (СКАТ).
Реализованный проект, был отмечен дипломом и признан одним из лучших проектов Национальной научно-технической конференции «ННТК 2012» в 2012 г.
Результаты работы внедрены в производственный процесс и используются на ОАО «Мотовилихинские заводы». На разработки, выполненные в рамках диссертационной работы, получено 3 патента на изобретения.
Апробация работы. Основные теоретические и прикладные результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях: Всероссийской НТК «Основы баллистического проектирования» г. Санкт-Петербург (2012), Пятой всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» г. Москва (2012), «ННТК 2012» г. Москва (2012), Всероссийской НТК «Проектирование систем вооружения и измерительных комплексов» г. Нижний Тагил (2012), Международной конференции «Информационные технологии в науке, социологии и бизнесе» Украина, Гурзуф 2013.
Публикации. Основные результаты научной работы опубликованы в 13 печатных работах, в том числе 4 статьи в рецензируемых научных изданиях, входящих в
Перечень ВАК, 3 патента, 2 статьи в других изданиях, 4 доклада в материалах всероссийских и международных конференций.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 62 наименований и 2х приложений. Работа представлена на 160 с., в том числе 140 с. основного текста, содержит 29 рисунков и 5 таблиц.
Постановка задачи диагностирования многоканальных электротехнических комплексов
Силовая цепь (СЦi) обеспечивает подачу питания на вход коммутатора (Кi) от внешнего источника питания (ИП).
Преобразователь сигналов обратной связи (ПСОСi) осуществляет преобразование сигнала обратной связи исполнительного механизма (ИМi) в дискретные сигналы, обрабатываемые микропроцессором (МПi). Вход (ПСОСi) подключается к выходу (ИМi), а выход (ПСОСi) подключается к дискретному входу (МПi).
Микропроцессор (МПi) предназначен для управления коммутатором (Кi), приема и анализа сигнала обратной связи от преобразователя сигнала обратной связи (ПСОСi) и взаимодействие с управляющим устройством (УУ). В состав микропроцессора входят ядро микропроцессора, осуществляющее арифметические и логические операции над входными данными, информационным входом подключенное к управляющему устройству (УУ), дискретные выходы, подключенные к управляющим входам коммутатора (Кi), дискретный вход подключенный к выходу преобразователя сигнала обратной связи (ПСОСi), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), обеспечивающее хранение программ управления ИМ, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), обеспечивающего хранение данных во время работы микропроцессора. Микропроцессор (МПi) соединен с устройством управления (УУ), коммутатором (Кi) и выходом (ПСОСi).
Верхний уровень электротехнического комплекса представлен устройством управления (УУ), обеспечивающим взаимодействие с каналами управления (КУ1 – КУn) и взаимодействие с внешним управляющим устройством (ВУ). Вход УУ соединен с линией передачи данных (ЛПД), подключенной к внешнему управляющему устройству а выход к входам каналов управления.
Линия передачи данных (ЛПД) ЭТК предназначена для связи устройства управления (УУ) с внешним управляющим устройством (ВУ).
Каждый управляемый электротехническим комплексом исполнительный механизм (ИМ) представляет собой электромеханическое устройство, в соответствии с заранее определенным алгоритмами изменяющее свое состояние и формирующее сигнал обратной связи в соответствии с текущим состоянием. Управление ИМ осуществляется в соответствии с заранее определенной для него циклограммой управления. При этом каждый канал управления (КУ) может формировать собственную циклограмму управления, отличную от циклограмм в других каналах электротехнического комплекса.
Циклограмма управления ИМ представляет собой последовательность прямоугольных импульсов определенной длительности и амплитуды, передаваемую по нескольким цепям управления. Амплитудно-временные характеристики управляющих сигналов в каждой цепи различны.
Рассмотрим функционирование многоканального ЭТК на примере одного канала управления КУi. В начале работы на ЭТК подается напряжение питания, после чего МПi анализирует сигнал, поступающий от ПСОСi и определяет, подключен ли ИМi к КУi. Через интервал времени, достаточный для анализа сигнала от ПСОСi, УУ получает от МПi данные о подключенном к КУi ИМi.
После получения данных о количестве подключенных ИМ к каналам управления ВУ передает по ЛПД на УУ команду на запуск программы управления ИМi. После приема команды запуска УУ передает на МПi серию установочных команд и осуществляет настройку КУi, после чего подает команду для МПi на начало исполнения программы управления.
После приема команды на запуск программы управления ядро МПi извлекает из ПЗУ программу управления и начинает исполнять ее. В результате выполнения программы МПi начинает формировать сигналы на дискретных выходах, соединенных с входами управления коммутатора Кi. Дискретные сигналы, формируемые МПi имеют TTL уровень, длительность сигналов соответствует длительности выходных сигналов коммутатора Кi. Таким образом, временные параметры управляющих сигналов задаются МПi
При появлении дискретных сигналов на входах управления коммутатор Кi начинает подключение выходных цепей к силовой цепи СЦi, подключенной к входу питания коммутатора Кi. Подключение к силовой цепи осуществляется с помощью коммутации выходной цепи электромеханическим реле, электронным ключом, либо путем преобразования входного напряжения силовой цепи преобразователем напряжения. После подключения выходной цепи коммутатора Кi к силовой цепи СЦiна выходной цепи коммутатора появляется напряжение, величина которого определяется конструкцией коммутатора Кi. Таким образом, коммутатор Кi формирует управляющие сигналы требуемой амплитуды в цепях управления ЦУi.
На рисунке 1.3 приведена типовая диаграмма сигналов управления ИМ, формируемая КУi в процессе работы. В наборе сигналов управления присутствует сигнал «Питание» ИМ, группа сигналов управления (СУ1 – СУ3), необходимых для установки состояния ИМ, тактовый сигнал ТС, необходимый для синхронизации работы ИМ, группа сигналов обратной связи (ОС1, ОС2), формируемых ИМ при изменении состояния в соответствии с алгоритмом функционирования ИМ, группа релейных сигналов (РС1 – РС9), однократно формируемых КУi, необходимых для выполнения действия ИМ. Каждый сигнал диаграммы представляет собой прямоугольный импульс определенной длительности, подаваемый в определенный момент времени.
При управлении ИМ КУi подает на ИМ тактовый сигнал, после чего КУi формирует сигналы управления СУ1 – СУ3 для ИМ. Появление сигналов управления на входах ИМi приводит к изменению состояния ИМ и появлению сигналов ОС1 и ОС2, соответствующих новому состоянию ИМ.
Метод снижения энергопотребления при испытаниях силовых цепей
Из формулы (2.3) очевидно, что А 0, так как R\ Rп .Таким образом, индикатором дефектов обрыва ЦУ, либо ошибки электрического монтажа ЭТК в виде отсутствия одной или нескольких ЦУ, а также отказа управляемого ключа в виде постоянного размыкания при одновременной коммутации нескольких ЦУ является повышение напряжения в исправных ЦУ относительно напряжения, выдаваемого исправным комплексом в те же цепи управления. Из формулы (2.4) видно, что отклонение будет тем выше, чем ближе значения Rl и Rп.
Рассмотрим дефекты внутриканальных и межканальных замыканий цепей управления ЭТК. Диагностические модели дефектов приведены на рисунках 2.4а и 2.4б. Для дефектов характерно появление напряжения одной и той же величины в обеих замкнутых ЦУ, даже если в одной из этих ЦУ ключ находится в разомкнутом состоянии. В этом случае диагностирование дефекта очевидно, так как появление напряжения в данной ЦУ будет коррелировать с появлением напряжения в других цепях. При этом величина напряжения и длительность подачи напряжения в замкнутых ЦУ будут совпадать.
Рассмотрим случаи, когда замыкание происходит на двух ЦУ, на которые подано напряжение при помощи коммутаторов. В первом рассматриваемом случае будем считать, что коммутация ЦУ осуществляется управляемым ключом, во втором будем считать, что одна из ЦУ управляется при помощи управляемого источника питания.
Пример замыкания двух ЦУ, коммутация которых осуществляется при помощи управляемого ключа, изображен на рисунке 2.4а. Напряжения для точек В и С при нормальном соединении и при замыкании цепей могут быть найдены при помощи формул (2.1) и (2.2). При замыкании имеем:
Таким образом, индикатором дефекта замыкания нескольких ЦУ, в случае их коммутации при помощи управляемого ключа является отклонение величины напряжения в данных ЦУ от номинального значения. Величина отклонения напряжения определяется формулой (2.6).
Модель дефекта, характерного при замыкании цепей, коммутация которых осуществляется при помощи управляемого источника питания, изображена на рисунке 2.4б. Очевидно, что на всех замкнутых цепях напряжение будет одним и тем же. Если считать, что напряжение источника питания остается неизменным при изменении сопротивления нагрузки, то в случае замыкания, изображенном на рисунке 2.4б, можно описать напряжения и токи следующей системой линейных алгебраических уравнений (СЛАУ):
Данная система имеет три уравнения и четыре неизвестных. Для ее решения требуется рассмотрение частного случая, при котором можно будет либо пренебречь некоторыми неизвестными (например I2 или IС), либо определить недостающие зависимости, зная режим работы источника питания.
Модель замыкания цепей управления при одновременной коммутации, одна из которых содержит управляемый источник питания
Рассмотрим дефект управляемого ключа в виде постоянного замыкания. Аналогично рассуждениям, приведенным выше, можно сделать вывод, что в данном случае отсутствует отклонение напряжения при коммутации нескольких ЦУ. Индикатором дефекта управляемого ключа в виде постоянного замыкания будет наличие постоянного напряжения в ЦУ.
В случае замыкания цепей управления с цепями питания электротехнического комплекса напряжение в ЦУ становится равным либо напряжению цепи питания «+», либо равным 0. Модели дефектов коротких замыканий ЦУ с цепями питания ЭТК приведены на рисунках 2.5а и 2.5б. В обоих случаях происходит короткое замыкание либо внутреннего сопротивления, либо сопротивления нагрузки, что способствует повышению тока, протекающего через незакороченное сопротивление коммутируемой ЦУ. Величина этого тока может быть достаточно высокой, чтобы вывести из строя элементы коммутируемой цепи, поэтому при рассмотрении дефекта будем считать, что коммутируемая ЦУ остается исправной на рассматриваемом временном интервале. Также будем считать, что появление короткого замыкания цепи в значительной степени не изменяет величину сопротивления цепей питания коммутационной аппаратуры, следовательно, значения сопротивлений Rl1 и Rl2 остаются неизменными.
Упрощенный метод расчета временных характеристик информационно-измерительного тракта
Имитатор исполнительного механизма МДК1содержит модуль имитации ИМ, осуществляющий подключение номинальной нагрузки к цепям управления ЦУ1 и формирование сигнала обратной связи для ПСОС1 КУ1. В состав ИИМ также входят цепи питания ИМ (ИМ+, ИМ-), согласовательные сопротивления (Rc1, Rc2) и схемы измерения токов в цепях питания (СИ1, СИ2). Модуль имитации МИИМ1подключается к цепям управления КУ1 многоканального электротехнического комплекса и к КУУ1 МДК1. Согласовательное сопротивление Rc1 подключается к цепи питания ИМ+ и к дополнительному источнику питания Uд1 (линия А на рис. 2.12). Схема измерения тока (СИ1) подключается параллельно Rc1 и подключается к КУУ1. Согласовательное сопротивление Rc2 подключается к цепи питания ИМ- и к дополнительному источнику питания Uд2 (линия В на рисунке 2.12). Схема измерения тока (СИ2) подключается параллельно Rc2 и подключается к КУУ1.
Структурные схемы остальных модулей диагностирования канала системы аналогичны схеме рассмотренного модуля, приведенной на рисунке 2.12.
Рассмотрим функционирование системы технического диагностирования на примере одного канала диагностирования.
Начальным этапом диагностирования является настройка МДКi. На данном этапе СТД включена и ожидает подачу оператором СТД команды на запуск диагностирования на рабочую станцию. После приема команды от оператора рабочей станции передает по интерфейсу И1 команду для КУУi содержащую информацию о типе имитируемого исполнительного механизма и команду на подключение к ЦУi ИИМi. После приема данных команд КУУi осуществляет настройку многоканального АЦП (МАЦПi) и установку расписания опроса каналов АЦП. КУУi при помощи ИИМi осуществляет подключение электрической нагрузки номинальной величины к цепям управления ЦУi диагностируемого комплекса и генерирует сигнал обратной связи для КУi, свидетельствующий о том, что ИМi подключен к ЦУi.
Вторым этапом диагностирования является этап измерения сигналов. В начале этапа РС по интерфейсу И1 одновременно передает синхронизирующую команду для КУУi и УУП. Прием синхронизирующей команды для КУУi и УУП является моментом начала отсчета времени диагностирования. После передачи синхронизирующей команды рабочей станции передает команду на включение диагностируемого электротехнического комплекса для устройства управления питанием, после чего устройство при помощи коммутатора питания (КП) осуществляет подачу напряжения питания на цепи питания диагностируемого комплекса (СЦi) от источника питания (ИП).
После включения комплекса рабочая станция по интерфейсу И2 осуществляет взаимодействие с диагностируемым комплексом по ЛПД. В ходе взаимодействия от ЭТК на РС передается полученная в ходе анализа сигнала обратной связи КУi информация о подключенном к КУi ИМi. Полученная информация сравнивается с установленным состоянием ИИМi. Если полученная от диагностируемого комплекса информация соответствует установленному состоянию ИИМi, то диагностирование КУi продолжается, в противном случае диагностирование прекращается с указанием неисправности оператору.
После определения подключенного ИМi рабочая передает по интерфейсу И2 команду запуска программы управления ИМi. КУi подает напряжение питания на ИМi и начинает генерировать сигналы управления в ЦУi в соответствии с заданной от РС программой управления. Сигналы управления поступают на входы ИИМi и на коммутатор сигналов КСi. КУУi осуществляет подключение входов коммутатора КСi к выходу в соответствии с расписанием опроса каналов, установленным на этапе настройки МДКi. Поступающие через КСi сигналы подаются на вход АЦПi, который осуществляет преобразование поступающих сигналов. Таким образом, осуществляется аналого-цифровое преобразование управляющих сигналов ЭТК.
Полученные в ходе аналого-цифрового преобразования данные от АЦП подвергаются первичной обработке канальным устройством управления, по результатам которой КУУi генерирует сигнал обратной связи в соответствии с алгоритмом управления ИМi и подает его на ИИМi. ИИМi формирует сигнал обратной связи и подает его на КУi ЭТК. В ходе функционирования ИИМi осуществляет диагностирование цепей питания ИМ и цепей питания электротехнического комплекса в соответствии с принципом работы, описанном в разделе 2.2.
По запросу РС КУУi передает результаты первичной обработки аналого-цифрового преобразования сигналов управления комплекса. Передача сообщений осуществляется с использованием избыточного кода, обнаруживающего ошибки. В случае искажения передаваемой информации РС повторяет запрос на передачу данных, таким образом, количество запросов, момент и прихода и время передачи данных являются случайными величинами.
В процессе диагностирования РС принимает данные от всех МДК и накапливает их в собственной памяти.
Третьим этапом диагностирования является обработка данных. Обработка начинается после окончания цикла функционирования диагностируемого комплекса. На данном этапе РС получает данные от всех КУУ, которые не были получены на этапе измерения. После окончания сбора данных РС проводит анализ полного комплекта данных и выявляет наличие в них индикаторов дефектов. В случае обнаружения индикаторов РС выносит суждение о неисправности диагностируемого ЭТК. В случае если индикаторы обнаружены не были, рабочая станция выносит суждение об исправности комплекса.
Данные, собранные в процессе диагностирования журнализируются и сохраняются в хранилище данных.
Таким образом, разработанная базовая структура СТД позволяет решить задачи, поставленные в ходе постановки задачи диагностирования.
Описанная структура является гибкой структурой. Как видно из описания ее функционирования, набор функций системы диагностирования зависит от состава модулей диагностирования в структуре системы. Изменение набора функций системы возможно путем добавления дополнительных модулей в структуру, либо удалением имеющихся модулей из структуры системы. Предложенная структурная схема системы диагностирования является масштабируемой. Количество каналов диагностирования системы определено количеством модулей диагностирования каналов в структуре системы. Данное количество может быть изменено в соответствии с количеством каналов диагностируемого комплекса. Изменение количества каналов осуществляется путем добавления или исключения модулей диагностирования каналов з структуры системы.
Таким образом, гибкая масштабируемая структура системы технического диагностирования многоканальных электротехнических комплексов позволяет изменять как количество каналов диагностирования, так и набор функций каналов диагностирования без изменения основы структуры системы.
Результаты внедрения основных положений диссертационной работы
Составим алгоритм работы каждого элемента системы. Аналого-цифровой преобразователь с точки зрения объектно-ориентированного моделирования представляет собой объект, генерирующий измерительные заявки с частотой коммутации F0. Время генерации заявки составляет . Так как АЦП является управляемым устройством, то номер канала АЦП, сгенерировавшего заявку преобразователь получает в качестве входного аргумента.
После генерации заявки, она попадает в буфер, где под каждую заявку в канале отведено заранее определенное количество мест. При этом каждая входящая заявка характеризуется номером канала АЦП, временем генерации, временем постановки в буфер. В случае если место в буфере занято, стоящая там заявка с наиболее ранним временем прихода удаляется и на ее место встает другая. Таким образом, алгоритм функционирования буфера заявок может быть представлен в виде схемы алгоритма, приведенной на рисунке 3.4.
Аналогичным образом функционирует буфер информационно-управляющих заявок. Так как источник информационно-управляющих заявок один, то его буфер одноканальный. Другим отличием информационных заявок является переменное время обслуживания процессором. Таким образом, одним из параметров, характеризующих поступившую заявку, может стать время обработки процессором, распределенное по заранее определенному закону.
При моделировании будем считать, что после прерывания обслуживания заявки ее обработка возобновляется с того места, на котором пришло прерывание. Таким образом, прерывание неприоритетной заявки увеличивает время ее обслуживания на суммарное время прерывания.
Процессор выбирает заявки из буферов измерительных и информационных заявок, при этом в случае, если в буфере приоритетных заявок появляется элемент, то обслуживание текущей неприоритетной заявки прерывается до тех пор, пока в буфере приоритетных заявок находятся элементы, требующие обслуживания. С точки зрения моделирования объект процессор характеризуется состоянием (занят или свободен) и временем обслуживания текущей заявки.
Примем допущение, что нагрузка процессора фоновыми операциями распределена равномерно на всей длительности цикла опроса каналов. Таким образом, если длительность фоновых операций между приходами измерительных заявок равна , то за период опроса всех каналов в соответствии с расписанием опроса трудоемкость фоновых операций будет равна 2k , где k–количество уровней бинарного дерева, полученного при составлении расписания опроса каналов.
Исходя из описания функционирования процессора, составим алгоритм его работы. Алгоритм моделирования представлен в виде схемы алгоритма на рисунке 3.5.
Одним из важных вопросов имитационного моделирования является выбор модельного времени. Среди подходов к выбору можно выделить дискретное модельное время и событийное моделирование системы [20]. В данном случае в работе системы явно выделены равномерные промежутки событий – моменты прихода измерительных заявок, а также неравномерно распределенные моменты – окончания обслуживания заявок. При выборе дискретного времени в имитационную модель закладывается ошибка, связанная с точностью определения момента времени. Этого недостатка лишен событийный подход к моделированию систем, который применяется в рассматриваемой модели.
Следует отметить, что при событийном методе моделирования существует проблема, нарушения причинно-следственных связей (causalityerror) [20, 57, 58]. Суть проблемы заключается в том, что при параллельном моделировании событий может возникнуть ситуация, когда в календарь событий устанавливается событие с самым ранним моментом начала. При этом моделирующая система на данном шаге сделала выбор в пользу более позднего события. Таким образом, происходит нарушение причинно-следственных связей.
Алгоритм управления модельными событиями, представленный в виде схемы алгоритма на рисунке 3.6, является соединением всех описанных элементов моделируемой системы и фактически является алгоритмом функционирования моделируемой системы. Так как при описании каждого элемента системы был применен объектно-ориентированный подход, то блоки в представленном алгоритме являются черными ящиками, которые выдают выходные параметры при заданных входных параметрах. В данном случае проявляется достоинство объектно-ориентированного подхода – наглядное представление системы в виде совокупности составляющих элементов, а также оперирование объектом, а не набором его свойств, при составлении алгоритма функционирования. Листинги моделирующей программы, реализующей указанные алгоритмы, представлены в приложении 2.