Устройство для диагностики и прогнозирования отказов

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для локализации и прогнозирований предаварийных и аварийных состояний сложных технических объектов. Цель изобретения - расширение области применения устройства. Оно содержит генератор 2 тестов, блок 3 аналого-цифрового преобразования, блок 4 буферной памяти , блок 5 памяти словаря неисправностей , блок 6 вычитания, блок 7 синхронизации , блок 8 индикации, блок 9 вычисления обратной величины параметра , сумматор 10, блок 11 хранения обратных величин параметров, блок 12 вычисления текущей оценки достоверности диагностирования, демультиплекссо 13, блок 14 накопления данных, мультиплексор 15, блок 16 деления, первый блок 17 памяти обобщенного параметра, второй блок 18 памяти обобщенного параметра,первый буферный регистр 19, компаратор 20, второй буферный регистр 21, компаратор 7.7. знака, триггер 23, блок 24 приращений параметров, блок 25 умножения , блок 26 экстраполяции , блок 27 памяти прогнозируемого параметра . 5 ил. О SP

СОКИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

A t (!9) SU ((((рц 0 05 В 23/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTGPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ:

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4643507/24 (22) 27.01.89 (46) 23.02.91. Бил. Р 7 (71) Горьковский политехнический институт (72) В.В.Серый (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11(1290360, кл. r, 05 В ?3/02, 1987;

Авторское свидетельство СССР

У 1536357, кл. С 05 В 23/02, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И

ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОТКАЗОВ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для локализации и прогнозирований предаварийных и аварийных состояний сложных технических объектов. Пель изобретения - расширение области применения устройства. Оно содержит генератор

2 тестов, блок 3 аналого-цифрового преобразования, блок 4 буферной памя- ти, блок 5 памяти словаря неисправностей, блок 6 вычитания, блок 7 синхронизации, блок 8 инцикации, блок

9 вычисления обратной величины параметра,сумматор 10, блок 11 хранения обратных всличин параметров, блок 12 вычисления текущей оценки достоверности диагностирования, демультиплекс(.(р 13, блок 14 накопления данных, мультиплексор 15, блок

16 деления, первый блок 17 памяти обобщенного параметра, второй блок

18 памяти обобщенного параметра,первый буферный регистр 19, компаратор

20,. второй буферный регистр ?1, компаратор ?2 знака, триггер 23, блок

24 приращений параметров, блок 25 умножения, блок ?6 экстраполяции., блок 27 памяти прогнозируемого параметра 5 ил.

1629898

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для распознавания и прогноI зирования преданарийных и аварийных

5 состояний (отказов) сложных технических объектов.

Цель изобретения - расширение области применения устройства.

На фиг ° 1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 и 3 — временные диаграммы его работы; на фиг.4 и 5 — электрическая схема устройства.

На фиг.1 обозначены: объект 1 кон- 15 троля, генератор 2 тестов, блок 3 аналого-цифрового преобразования, блок

4 буферной памяти, блок 5 памяти словаря неисправностей, блок 6 вычитания, блок 7 синхронизации, блок 8 ин- 0 дикации, блок 9 вычисления обратной величины параметра, сумматор 10, блок

11 хранения обратных величин параметров, блок 12 вычисления текущей оценки достоверности диагностирования,де- 25 мультиплексор 13,.блок 14 накопления данных, мультиплексор 15, блок 16 деления, первый 17 и второй 18 блоки памяти обобщенного параметра, первый буферный регистр 19, компаратор

20, второй буферный регистр 21, компаратор 22 знака, триггер 23, блок

24 приращения параметров, блок 25 умножения, блок 26 экстраполяции, блок . 27 памяти прorнозируемоrо параметра.

На фиг,4 и 5 обозначены: первый 28 и второй 29 задатчики адреса, первый

30 и второй 31 управляемые коммутатоpbl, первая группа регистров 32, первый мультиплексор 33, группа узлов

34 эталонов, второй мультиплексор

35, вторая группа регистров 36, третий мультиплексор 37, счетчики 38-40 с первого по третий, первый элемент

И 41 первый триггер 42, первый элемент ИПН 43, второй элемент И 44,группа сумматоров 45, третья группа ре- . гистров 46, четвертый мультиплексор 47, первый 48 и второй 49 регистры, второй элемент ИЛИ 50, третий регистр 51, третий элемент ИЛИ 52,четвертый регистр 53, четвертая группа регистров 54, пятый мультиплексор 55, пятая группа регистров 56, шестой мультиплексор 57, седьмой мультиплексор 58, первый дешифратор 59, индика55 тор 60 среднего коэффициента надежности распознавания, втор ой дешифр ат ор

61, инпикатор 62 номера неисправности, регистр 63 установки шага прогно-. зирования, четвертый элемент ИЛИ 64, пятый промежуточный регистр 65, тактовый генератор 66, третий элемент

И 67, четвертый счетчик 68, узел 69 постоянной памяти, элемент 70 односто.ронней проводимости, с первого по четвертый переключатели 71-74.

В устройстве в качестве прогнозируемого параметра используется средний диагностический коэффициент надежности распознавания, формируемый на основе расчета показателей близости информативного сигнала текущего состония объекта контроля с информативными сигналами, характеризующими одно исправное и i-1 неисправных состояний в 1-мерном классе состояний.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии объект контроля находится в покое. В блоке 5 хранятся записанные заранее квантованные по времени значения контролируемых параметров объекта, которые характеризуют изменение динамики объекта при различных неисправностях.

Таким образом, до начала работы для всей гаммы однородных объектов контроля формируется матрица )j А; )t классов состояний размерностью х -„ц, в i å строки которой записываются информативные сигналы, квантованныа по

Информативный сигнал по i-му состоянию формируется из сигналов с К штатных датчиков объекта .контроля (К = 1, 2, 3, .. °, К а о). Т.е. из сигнала Х(с) с одного штатного датчика (К = 1) формируется информатив- . ный сигнал А, (Х) с дискретизацией по

1() = 1 -1ма с1 Из сигналов Х()

Y(t) с двух штатных датчиков (К = 2) формируется: информативный сигнал

А" (Х,Y). с дискретизацией по t = (1

Лиана). Иа сигналов X(t) Ylt)

Z(t) с трех штатных датчиков (К = 3) формируется HHAopMBTHBHblH сигнал

А (Х, Y, Z) с дискретизацией по

t () = 1 Jyg yg ) и T.д Для cJIoKHbK технических объектов часто достаточно использовать 1-3 штатных датчиков, которые индицируют 1-3 основных параметра, достаточно полно характеризующих работоспособность объекта.

Необходимым условием является монотонность изменения, параметров, т.е. постепенное качественное изменение

1629898 отношению к деляется по смаке (Б — А,„ )

К=1 где i - номер неисправности;

10 К вЂ” количество контролируемых параметров (количество штатных датчиков);

j — номер текущего интервала времени;

15 A « — текущее значение контролиру<1 емого параметра, характеризующего i-ю неисправность в

1-й момент времени;

R — текущее значение контроли20 ра мтра об контроля в 3-й интервал времени.

Значения параметров А<, характеризующие различные неисправности,хра25 нятся в блоке 5, а текущие значения контролируемых параметров объекта В записаны в блок 4.

В зависимости от величины К Аормула (1) раскроется в виде Аормул

°

1) 1

3j (к

После поступления с блока 7 сигналов о начале вычислений информация о текущих значениях контролируемых параметров объекта с блока 4 и ин- .

| формация о различных неисправностях с блока 5 считываются и поступают в блок 6 вычитания, где последовательно определяется диагностическая мера расстояния между состоянием объекта на первом интервале квантования по времени (j = 1) и эталонными состояниями, характеризующими различных неисправностей (i = 1 - г., (гкс) ° Диагностическая мера расстояния — это показатель близости между Аактическим состоянием объекта, которое характеризуется зависимостями контролируемых параметров данного объекта от времени в определенный момент Т, и состояниями объекта при различных неисправностях, которые также характеризуют.ся соответствующими зависимостями параметров от времени в такой же момент T. Диагностическая мера расстояния текущего состояния объекта по

40 параметров при разладках в объекте или системе. Таким образом, полученная матрица эталонов характеризует одно исправное состояние объекта контроля и (i-1) неисправных (аварийных и предаварийных) состояний, Матрица классов состояний (эталонов) составляется для целого ряда однотипных объектов. Составление матрицы является предварительным этапом.

Регламентирует работу всего устройства блок 7. По команде блока 7 синхронизации генератор 2 тестов вырабатывает инициирующее воздействие на объект 1 контроля, информация о состоянии которого поступает в блок

3 аналого-циАрового преобразования (ЛЦП), где она преобразуется к виду, удобному для записи в блок 4 (осуществляется квантование по времени и преобразование из.аналоговой формы в цифровую). Она представляет собой квантованньге по времени Аактические зависимости параметров объекта, например скорости, тока и т.д. Таким образом, в блоке 4 формируется матрица-.строка ri В! (I, в которую описанным способом зайосится информативный сигнал по текущему состоянию объекта контроля, дискретизирогй >>< >>> >3М((КС уровням (j

= " .1,чакс) °

i-й неисправности опреформул е (Х вЂ” Х" ), (К = 1); (2)

3 1!

tg 2 (Х вЂ” Х ) + (Y — Y«) г) ) г1

2); (3) и 2

L = (Х вЂ” Х" ) + (Y — Y ° ) +

1) > > )

+ (Z> — К,„), (К = 3). (4) Лля облегчения понимания работы устройства рассмотрим его работу при оценке его будущего состояния по одному инАормативному параметру (К = формула (2) .

В блоке 6 вычисляется величина

Хг — Хг(по всем „<((,для первого интерваЛа квантовайия, которая поступает затем в блок 9. В блоке 9

5р вычисляется величина R — /L 1 для первого интервала квантования (j

1), которая запоминается в блоке

11 хранения обратных величин и поступает также в сумматор 10. В сумматоре 10 накапливается величина

\ (макс 1макс

: . В, = и (3

1629898 по первому интервалу времени. В бло- ке 12 по столбцам i (от 1-го до i-ro) для каждой ячейки иатрицы R" бло1) ка 11 вычисляется коэффициент надежности распознавания по Формуле (s) 10

Коэффициент надежности распознавания фактически определяет точность

МЬставленного диагноза, т.е. определяет, с какой точностью текущий информативный сигнал отнесен к i-му информативному (эталонному) сигналу из класса состояний (по моментам дискретизации j). Очевидно, что

>Ллако

:Е(г =1, 1) °

25 но одно из 1. значений будет максимальным. Оно определяется минимальным значением 1. по данному j: мако Ми,н

1/Ь (6) 30

Ч, мако !

1/,; з=!

Ф

) мако я, 50 по каждой.из i неисправностей.

Затем по управляющему сигналу с блока 7 на мультиплексор 15 сумма

М,« из узлов 14 блока последовательно (от i = 1 до i —, ако) поступает

1) в блок 16 деления, где вычисляется обобщенный параметр (, по формуле

Таким образом, в блоке 12 вычисляется коэффициент надежности распо- 35 . знавания ло формуле (5) для всех (при j .=- 1) . Управляемый от блока 7 демультиплексор 13 распределяет вычисленное значение ; в один из i подблоков блока 14 накопления,соответствующего номеру х. Пикл расчета по первому интервалу квантования (j

1) на этом закончен. Подобным образом происходит вычисление," по. всем остальным интервалам (от j = 1 45

До 1 1МаКЕ). После пеРебоРа всех в блоке 14 накапливается суима (7)

Таким образом, для каждого состояния i находится средний коэффициент надежности распознавания последовательно по всем i (i = 1 - i «) ° Результат деления поступает в блок 17 памяти обобщенного параиетра. Матрица. столбец ((g,((принимается за обобщенный параметр для прогнозирования.

В блоке 17, такии образом, хранится такая матрица для момента времени

Т = Т1 = ТА.

Подобная матрица составляется для момента работы оборудования Т =

= Т = Т и записывается во второй блок 18 памяти обобщенного параметра.

С помощью блоков 19-?3 определяется монотонность . процесса изменения обобщенного параметра Е, . Это происходит с мА следующим образом. Все значений °

I из блока 17 подаются на первый бу-. ферный регистр 19 и далее на коипаратор 20. Компаратор соединен с блоком 19 таким образом, что после перебора всех i значений обобщенного параметра из блока 17 в блоке 19 останется максимальное из всех 1 значе А ние а„о, которое по управляющему сигналу из блока 7 запишется в блок

21. Затем на блок 19 подаются все значений из блока 18, и в блоке 19 останется максимальное значение

1 В

По управляющему сигналу с блока 7 оно также запишется в блок 21.

Далее эти два максимальных значения

А в

А аКо и,ако сравниваются в компараторе 2? знака (по управляющему сигналу с блока 7).. В зависимости от ре» зультата сравнена изменит свое состояние триггер 23. !

Затем матрица обобщенного параметра g ; ((составляется для момента работы оборудования Т = Т5 .= Т и записывается в первый блок 17 паияти обобщенлого параметра, стирая предыдущее содержание. С помощью блоков 19 и 20 в этой матрице также выделяется максимальное содержимое

-c которое запоминается во второи буферном регистре 21. По управляющему сигналу с блока 7 значение, ;ако

В сравнивается со значением „ в

1ю о кбмпараторе 22 знака. Результат сравнения фиксирует триггер 23.

16? 9898 причем

F = Е(т ) — F(T, ) .-п .и- (1О) при этом т щ = (с (12) "2.

-г. =.-с - ь причем где Р(т„) (Т„) Ра-.

Если (A .в Р )г макс макс макс

-4 В -С ( макс макс т макс р () А где „а, — максимальное значение матрицы jj g. (/ в момент 1ð

T °

-а

- максимальное значение

М матрицы (f, (/ в момент

Т э ,ща с — максимальное значение матрицы ((1 И в момент т

-3 тогда на выходе триггера 23 будет сигнал н1" и процесс изменения обобщенного параметра за Время Ти м= Zp (Т - Т ) + (Т вЂ” Т ) = 2Т признается монотонным (монотонно убывающим или монотонно возрастающим). В силу того,что анализ и диагностика проводится для постепенных .процессов, 25 выделенные значения,а„во время

Т(р Т и Тс характеризуют не несколько, а одну конкретную неисправность характерную для этого объекта или системы в моменты времени Т/1, Т, ТС. 30

Если условие (8) не выполняется, т. е. f >< << меняется за время 2(Т в разные стороны (как увеличения, так и уменьшения), тогда на выходе триггера 23 устанавливается сигнал "0", запрещающий режим "Прогнозирование".

Таким образом, заключение о моно-. тонности процесса изменения обобщенного параметра (, делается по анализу изменения за время 2 Т наибо- 40 лее вероятного (максимального) значения среднего коэффициента надежности распознавания (для конкретной неисправности), принадлежацего этой мат-. рице обобщенного параметра.

Прогнозирование осуществляется с помощью полинома Ньютона первой степени по обцей формуле

F(x„+1) = Р(Ти) + 3F„ тч (9) прогнозируемое значение функции; изменение функции в момент Т„; изменейие параметра за последний шаг, где Р(Т„<) — значение функции в момент Ти щ - щаг прогнозирования

И = . (й И 1 р (ге = 1 П аКС) . (11) Наг прогнозирования может быть равен, например, одной смене работы оборудования. Тогда численное значение шага для расчета прогнозируемых значений выразится формулой где ЬТ вЂ” длительность времени, на котороее осущест вля ется пр огнозирование;

$ t . — длительность одной смены работы оборудования, Для устройства диагностики и прогнозирования отказов формула (9) примет следующий вид

,, (Ф( гце ((Г, ((— матрица прогнозируемых значений обобщенного параметра (среднего коэффициента надежности распознавания); ((((=(((((- иатрица значений обобценного параметра в момент Т = Тс, /61 1(— матрица изменений

< обобщенного параметра за последний шаг, т е. за время т9 (/ f (= // (; /(— //f,ó // (14) где 01; 0

jt — матрица значений обоб-" рВ ее

1 ценного параметра- в момент Т = Тб, m — численное значение шага прогнозирования (щ "- 1, 2,...,щ ) .

29898

11 16

Таким образом, значения матрицы

II (, В((накапливаютая н i нчеикак блока 18, значения матрицы $ f, // накапливаются в i ячейках блока 17.

Собственно процесс прогнозирования начинается после поступления сигналов считывания в блоки 17 и 18 . В блоке 24 определяется величина изменения параметра по формуле (14).

В блоке 25 величина приращения умножается на численное значение шага прогнозирования, величина которого подается с блока 7. В блоке экстрапц пяции по формуле (13) находится прогнозируемая величина среднего коэффициента надежности распознавания, которая запоминается в соответствующей ячейки блока 27 памяти прогнозируемого параметра.

Прогнозируемое значейие среднего коэффициента надежности распознавания в блоках 24-26 вычисляется последовательно одно за другим по всем

Таким образом, расчет прогнозируемого обобщенного параметра проводится за i шагов, а матрица // P, jj запоминается в i ячейках блока 27..

После заполнения блока 27 результат прогнозирования выводится на индикацию в блок 8. Одновременно с индикацией прогнозных значений параметров на индикацию с блока 7 выводится номер той неисправности i для которой индицируется значение прогнозиру1 емого параметра. Таким образом, индикация номера неисправности и прогнозируемого значения параметра проводится также за i шагов. Зная предельное значение, характеризующее наступление отказа в объекте или сис-. теме, сравнивают индицируемые значении с А „и делают заключение о необходимости замены узлов или профилак.тических работ. надежности распознавания, принимаемый за обобщенный параметр. В предлагаемои устройстве предусмотрена воз5 иожность вывода на индикацию содержимого первого и второго блоков памяти обобщенного параметра, а также предусмотрена возможность смены величины шага прогнозирования, что существен10 но расширяет функциональные возможности предлагаемого устройства по сравнению с известным.

Рассмотрим работу функциональных блоков устройства (по фиг.4) в соответствии с временной диаграммой функцйонирования устройства (фиг.2,3).

Цикл работы устройства разбит на три больших этапа. Это "Диагностирование", "Прогнозирование", Индикация".

20 Этап "Диагностирование" делится на подэтапы 13апись", "Вычисление" и

"Деление", Подэтап "Вычисление" разбит на подэтапы "Расчет" и "Суммирование . Число j интервалов квантова25 ния подэтапа "Запись" равно числу 1 шагов подэтапа "Вычисление". Число шагов подэтапов "Расчет", "Суммирование", "Деление" равно числу i pacсматриваеиых неисправностей. Этап

30 "Прогнозирование делится на этап

"Разрешение" и этап Экстраполяция

Этап "Разрешение" делится на подэтап

"Разрешение для режима А (С)" и подэтап "Разрешение для режима В . Число шагов подэтапов "Разрешение А (С)", "Разрешение В" .этапа "Экстраполяция" равно числу i рассматриваемых неисправностей. Этап "Индикация" выполняется также за i шагов.

Общая последовательность работы устройства следующая: этап "Диагности рование" выполняется для моментов времени Т = ТА и Т = Тб. Затем вы4 полняются два подэтапа: 1Разрешение

Если и характеризует границу работоспособности объекта, то при . подобной экстраполяции можно прогнозировать время отказа устройства (т.е. момент превышения доп ) вследствие дефекта i. Остальные. возиожные дефекты объекта также прогнозируются при таком анализе, так как для них тоже рассчитывается средний коэффициент надежности распознавания ф; .

Таким образом, определить будущее состояние системы или объекта можно, прогнозируя средний коэффициент

A" и "Разрешение В" этапа "Разрешение". Далее снова выполняется этап

"Диагностирование" для момента вре11 мени Т. = Тс,, а затеи - подэтап Разрешение С" этапа ."Разрешение". Если после этого установлена монотонность процесса изменения обобщенного пара» метра, регистрируемая триггером 23, тогда выполняется этап "ЭкстраполяциЯню Далее, РезУльтат этапа "ПРогнозирование" выводится на индикацию за

i шагов этапа "Инцикация".

Если процесс изменения обобщенно-. го параметра неионотонный, то это

13 162 также регистрируется триггером 23, и включается этап "Индикация",во время которого выводится ня индикацию действительное (а не прогнозное) значение обобценного параметра; из блока 17 — значение обобненного параметра в момент времени Т, а затем из блока 18 — значение обобщенного параметра в момент времени Т .

Режим индикации диагностических показателей устанавливается включением переключателей 72 и 74 в позицию

"Д". Установка шага прогнозирования производится переключателем 73.Включение устройства произвоцится переключателем 71. Сигналы, отмеченные на диаграммах условным значком к, являются кодированными, они показаны на диаграммах условно в виде од-. норазрядных. Вместо показа на диаграммах всего этапа, включающего

i(j) одинаковых шагов, показывается

1-й шаг этапа или подэтапа. Сигналы для последующих i(j) нагов являются аналогичными и для упроцения диаграмм на фиг.2 и 3 не приводятся.

Работа устройства начинается по комаипе с блока 7 (выход 1к) подачей управляющего кода на генератор

2 тестов. Генератор тестов включает две устявки няпряжений СВ1, СВ2 и два управляемых коммутатора 30 и 31. По сигналу с выходя 1к блока

7 разрешается подключение в в..оду объекта контроля одной из двух уставок (тестовых ступенчатых воздействий). К входу АЦП подключен датчик объекта контроля, с которого поступает диагностическая информация. По управляюцему сигналу с блока 7 (выход 2) она преобразуется АЦП в цифровой код, который последовательно заносится в j регистров 32 блока буферной памяти по упрявляюцему сигналу с блока 7 (выход 3) . Таким образом, формируется квантованный по j шагам рабочий информативный сигнал, записанный в регистрах 32. Адресация блока буферной памяти, таким образом, осуществляется сигналом с блока 7 по выходу 3.

В блоке памяти словаря неисправностей расположены узлы памяти значений сигнала по i неисправностями (дефектам). Это так называемые эталон ные значения HBHcIIpBBHocTBH> квантованные также по j интервалам. Каждый подблок эталонов организован по9898

l4 довательно из 1-х регистров каждого

50 из i подблокон блока 5. Следовательно, код по выходу 4к блока 7 в 1-м шаге подэтяпа "Вычисление" не меняется, я код с выхода 5к блока 7 соответствует номеру шага подэтяпа

"Расчет". После окончания i шагов подэтапа "Расчет" блок 11 заполнен i обратными величинами диагностической меры расстояния. После выполнения подэтапа "Расчет" начинается 1-й шаг

10 l5

45 добно блоку буферной памяти, Информация в каждый подблок записана предварительно с помощью внешних устройств. Общее количество неисправностей i определяется заранее на основе анализа данных о надежности объекта контроля. Это число составляют дефекты, которые когда-либо выявля" лись в данном объекте диагностирования. Количество подблоков блока 5 равно количеству этих дефектов.

После записи всей необходимой информации в блок буферной памяти начинается первый шаг подэтапя "Вычисление (всего шагов 1 j = 1 j>< ко ), Первоначально выполняется первьй шаг подэтяпа "Расчет". Во время этого происходит считывание информации из

1-го регистра 32 блока буферной памяти через мультиплексор 33 (по управляющему сигналу 4к блока 7). Этим сигналом подключаются также все первые регистры подблоков 34 к входу мультиплексора 35.

ГЛо управляющему сигналу 5к блока

7 сигнал с 1-го подблокя блока 5 проходит в блок 6 вычитания. В блок вычитания проходит также информация из блока 4. Влок 6 представляет собой субтряктор (вычитятель), в котором вычисляется диягностическяя мсря расстояния по формуле (2) . Результат из блока 6 подяется в блок 9 вычисления обратной величины, который начинает работать по команде блока 7 с выхода 6.

Работу блока 9 рассмотрим на примере работы блока 12. Вычисленная величина поступает в сумматор 10,я также записывается в регистр 36 блока 11.хранения обратных величин по управляюцему сигнялу 7 с блока 7. Первый шаг подэталя "Расчет" закончен.

Затем подобп: м образом вычисляется величина R l для 2, З,...,i ãо интервала подэтяпя "Расчет". Таким образом, информация считывается после16

29898 ном коде поступает, на счетчик "2" (39) . Запуск вычислений — по сигналу с выхода 9 блока 7. Операция деления выполняется путем циклического вы-! мака

R," из не =1

16 подэтапа "Суммирование". Первоначаль. ио, в блоке 12 вычисляется коэффициент надежности распознавания по формуле (5).

Блок 12 работает следующим образом. Делимое — величина R = 1/I !! записывается . в счетчик "1" (38) . За- . пись происходит по сигналу 8к блока 7 на.мультиплексор 37 блока 11. Дели" >мака

„> К, по данному !

=!,1 поступающая из блока 10.

- Таким образом, на счетчике "1" (38) записано постоянное число R !!

1М%ка

1/Ь а число", R ° в двоич!

1У

1»,! прерывной последовательности, содержащей число А = R 1 импульсов. Импульсы тактирования поступают на элемент И-НЕ 41 стактового генератора из блока 7. управления по выходу 29.

В процессе каждого такого вычитания образуется один из импульсов част, ного, которые суммируются счетчиком

"3" (40) частного. Делимое обеспечивается счетчиком-делителем " 1", имеющим Кдщ1. = А = 1/Ь!! . В исходном состоянии он заперт сигналом с выхода триггера 42. Счетчик 2 делителя работает в режиме обратного счета.

До подачи импульса "Пуск" в счетчик! мака записывается число В = > R <.

Пусковой импульс включает счетчики.

В момент обнуления счетчика 2 импульс с его выхода P повторно введет число В. Этот же импульс поступит на счетчик "3" частного. Процесс периодически повторяется до появления стопо. аого импульса на выходе счетчика "1".

С перебросом триггера операция прекращается. Старшие разряда частного, с достаточной точностью обеспечивающие результат деления, поступают на выход блока 12.

Блок 9 вычисления обратной величи-. ны работает аналогично. Отличие лишь в том, что делителем является число

В = R " (в двоичном коде) записываемое в счетчик "2". Делимым является число А = 2 (в двоичном коде), за1О писанное постоянно в 1-.й счетчик.Для получения на выходе величины R !

1/Ь,", .к ах результата деления, берутся старшие разряды частного. Таким образом, обеспечивается достаточная точность результата деления.

Результат деления с блока 12 поступает в демультиплексор 13. В со,ответствии с управляющим кодом (выход

10к блока 7) результат деления проходит на один из сумматоров блока 14 накопления (номер сумматора соответствует управляющему коду демульти-плексора. 13) . Таким образом, выполняется первый шаг подэтапа Суммирование". Во втором шаге подэтапа "Сум-. мирование" по сигналу 8к блока 7 на мультиплексор блока 11 в счетчик "1" (38) блока 12 запишется содержимое из 2-го регистра блока 11. Деление в блоке 12,начинается по сигналу

"Пуск" с выхода 9 блока 7. Результат деления через демультиплексор 13 по сигналу 10к блока 7 поступит во 2-й сумматор блока 14. Эта операция повторится i раз, пока не считается rtoследовательно вся информация из i регистров блока 11. Подэтап "Суммирование" закончен, т.е. заполнены все сумматоров блока 14 накопления в первом шаге подэтапа "Вычисление". На этом первый шаг подэтапа "Вычисление" закончен. Далее аналогичным образом выполняются остальные j шагов подэтапа "Вычисление". После окончания подэтапа "Вычисление" в каждые иэ i сумматоров блока 14 j раз поступит вычисленный коэффициент надежности распознавания, т.е, в каждом сумматоре бло"

)мака ка 14 накапливается сумма И =,Я

) по каждой из i неисправностей. Сумматор 10 очищается для приема очередной информации сигналом с выхода 11 блока 7.

Затем начинается подэтап "Деление".

По управляющему сигналу 13к с блока 7 на мультиплексор 15 сумма M < из сумматоров блока 14 последовательно (от

1 до j = iN!ä o) поступает в блок17

l8

1629898

16 деления, где вычисляется обобщенный параметр по Аормуле (7) . Блок

16 деления работает аналогично описанным блокам деления. Отличие лишь в том, что делителем является число

В = j (в двоичном коде), записываемое в счетчик 2 по сигналу 12к блока 7.

Делимым является число Н„", поступающее из блока 14 через мультиплексор

15. Деление начинается по сигналу

"Пуск" (выход 14 блока 7). Результат деления записывается в регистры первого блока 17 памяти обобщенного параметра по управляющему сигналу 15 блока 7. После выполнения i шагов подэтапа "Деление" для каждой неисправности i будет подсчитан средний козАфициент надежности распознавания по фОрмуле (7) и результат записан и гистр. с номером i блока 17, В блоке

17 таким образом, будет сАормирована матрица-столбец /(g,« // для момента времени Т = Т = Тд, принимаемая за обобщенный параметр, Этап "Диагности- 25 рование" закончен. При необходимости содержимое блока 17 может быть выведено на индикацию (включением пере.ключат елей 7 2, 74) .

Следующее включение устройства производится через время Т в момент времени Т = g = Y, Устройство описанным способом отрабатывает весь этап "Диагностирование". Отличие лишь

35 в том, что матрица обобщенного параметра Аормируется в блоке 18 (по управляющему сигналу 16к блока 7) . Последовательность работы остальных блоков аналогично описанной.

Затем выполняется подэтап "Ра-зрешение А". ИнАормация из блока 17 считывается по управляющему входу (ныход

17к блока 7) через мультиплексор 47 и записывается через элемент ИЛИ 64 45 блока 7 в регистр 65 блока 7. Далее информация переписынается в первый буферный регистр 19 (в регистр 48 или 49) . Информация из блока 17 считывается последовательно из всех ре-. гистров и последовательно (за i шагов) поступает в блок 19. Выходы блока 19 подключены к инАормационным входам компаратора 20, выходы которого подключены к входам разрешения записи регистров 48 и 49 блока 19. В блоках 19 и 20 происходит выделение максимального содержимого из блока 17 за i шагов путем последовательного сравнения содержимого предыдущего регистра блока 17 с содержимым последующего регистра блока 17 (т.е ° 1-й сравнивается с 2-м, 2-й с З-м, .. °, i-1-й с i-м, i-й с логическим

"О"). Логический "О" забит на последний инАормационный вход мультиплексора 47 блока 17.

Блоки 19 и 20 работают следующим образом. Если число А, записанное в регистр 48, больше числа В, записанного н регистр 49, тогда логическая

"1" Аормируемая на выходе компаратора " ", поступает на вход записи регистра 49, разрешая запись следующего числа для сраннения в этот регистр 49. Если число А, записанное в регистр 48, меньше числа В, записанного в регистр 49, тогда логическая "1" Аормируется на выходе компаратора "(" и поступает на вход записи регистра 48, разрешая запись следующего числа для сравнения н этот регистр 48.

Таким образом, происходит перебор содержимого всех регистров блока 17, и в одном из регистров 48, 49 будет максимальное содержимое из блока 17.

Но после окончания i-го шага будут заполнены оба регистра 48, 49. Для стирания ненужной информации в (i +

+ 1)-и шаге с выхода мультиплексора

17 в регистр 19 проходит логический

"О", подаваемый постоянно Hà (i+1)-й информационный вход мультиплексора 47 блока 17. Так как логический "О" абсолютно всегда меньше максимального содержимого, то после сравнения на компараторе ?О он, по разрешающему сигналу с компаратора, запишется в регистр с меньшим содержимым, т.е. сотрет ненужную инАормацию. Таким образом, после окончания (i+1)-го шага в одном из регистров блока 19 будет максимальное содержимое из блока 17, а в другом будет записан логический

"О". После окончания (i+1)-й шага — А

, дксиз блока 19 через элемент

ИЛИ 50 запишется н регистр 51 блока

21 (по сигналу с выхода 18 блока 7).

Этап "Разрешение А" закончен.

Далее аналогичным образом выполняется этап Разрешение Б". ИнАормация в этом случае считывается из блока

18 через мультиплексор 55 блока 18 по управляющему сигналу 19к блока 7.

3a i шагов также происходит выделение

l9

1629898

, а„,, s в- (i+1)-м шаге ненужная информация стирается логическим "0" с (i+1)-ro входа. мультиплексора 55 блока 18. После, выполнения (i+1)-ro шага максимальн6е содержимое из блока . 19 через элемент,ИЛИ 52 запишется в регистр 53 по управляющему сигналу с выхода 20 блока 7.Этап "Разреше-. ние В". закончен. .- 10

После окончания этапа "Разрешение

В" содержимые регистров 52 и 53 сравниваются в компараторе 22 знака при поступлении синхросигнала (выход 21 блока 7). Т-триггер блока 23 находит- 15 ся в нулевом состоянии.

Если А больше В (т.е. содержимое регистра 52 д акс больше содержимоаА го регистра 53 („ак блока 21), то логическая "1" на вьыоде " " компа- 20 ратора 22 знака установит триггер 23 также в состояние. "1". Если А меньше

В, то логический "0" на выходе коипа— ратора 22 знака не изменит первоначального (нулевого) состояния триг- 25 гера.

Следующее включение устройства производится через время Т в момент времени Т = T = Т . Устройство последовательно отрабатывает весь этап "Диаг-30 ностнрование". Матрица обобщенного параметра формируется в первом блоке

17 памяти обобщенного параметра, стирая предыдущее содержание. Затем выполняется этап "Разрешение С" совер,шенно аналогично выполнению подэтапа

"Разрешение А".. После его окончания Р е максимальное значение p yegg из матрицы // g fj, хранящейся в блоке 17, будет записано в регистре А (52} бло- 40 ка 21. После поступления синхросигнала (выход 21 блока 7) на компаратор

С

22 знака происходит сравнение g ака

Ц из регистра A (52) с ак из регистра В (53) блока 21. 45 1

Если предьдущее состояние триггера 23 было "1", то логический "0" на выходе блока 22 не изменит состояния триггера 23, т.е. условие (8) выпол- няется и процесс признается монотонНо убы-ющим (t Ì êñ 0 (факс Ма кс )

Если предыцущее состояйие триггера было "1", то логическая "1" на выходе йС 6 блока 22 () qq ) ) „а к ) перебросит

Т-триггер в "0". Процесс изменения

55 обобщенного параметра не монотонный, горит индикатор "Запрет прогноза" в блоке 7.

Если предыдущее состояние триггера 23 было "0", то логическая "1" на

О -6 выходе блока 22 ((

Условие (8) выполняется и процесс признается монотонно возрастающим вВ о (у макс уако (йакс ) .Если при предьдущем состоянии "0" на выходе блока 22 будет логический "0" („ака ( („„„, ), то триггер не монотонный, Ы горйт иццикатор "Запрет прогноза" в блоке 7. Таблица состояния Т-триггера 23 следующая

Т" 0 о-Г -а

0" qn qn ОЬ qn где Т вЂ” вход триггера и+,(9

Я "+ — выход триггера.

Этап "Разрешение" закончен полностью. Если горит индикатор "Запрет прогноза" в блоке 7, то, переключив переключатель 74 позицию "Д" и включив переключатель 72, запускают режим "Иццикация". В этом режиме на индикацию последовательно выводятся за i шагов содержимое блоков 17 и

18 и соответствующие им номера неисправностей.

Если после окончания этапа "Разре-. шение" индикатор "Запрет" прогноза не горит, то начинается процесс прогнозирования, который выполняется за шагов этапа "Экстраполяция".

В блоке 24 вычисляется величина приращения по формуле (14). В первом mare на вход А блока 24 приращения подается информация из 1-ro регистраблока 17 по управляющему сигналу 17к на мультиплексор блока 17. Одновременно на вход В блока 24 подается информация из 1-ro регистра блока 18 по управляющему сигналу 19к на мультиплексор блока 18. Вычитание в субтракторе 24 происходит при подаче синхросигнала 22 блока 7, который формируется при наличии на выходе блока 23 логической "1". Если уменьшаемое (вход А) больше вычитаемого (вход В), то выходной сигнал блока

24 представлен в обычном коде. Если уменьшаемое (вход А) меньше вычитаемого (вход В), то выходной сигнал субтрактора представлен в обратном коде. Результат вычитания поступает в блок 25 умножения. По выходу 28 блока 7 в блок 25 .умножения в двоичном коде поступает также величина

22

21

16?9898 параметров контролируются и срявниЪ ваются визуальна с заранее и BE ñòíûì значением др, харяктеризуюннм на5 ступление отказа в объекте или системе, Ксли любое из инцпцируемгх значений превышает значение дрп, эта означает возможный отказ в аГ>ъекте через время QТ bio причине тай неисправности, номер i которой индицируется вместе с,, большей 7 дрп.

Время ДТ будет рявна (саглясна (12) !

Дт Qp ° ш

45 шага прогнозирования, установленная предварительно с помощью переключателя 74 блока 7 управления.

Результат умножения поступает в блок 26 экстраполяции. В этот же блок поступает содержимое первого регистра блока 17 по управляющему сигналу

17к на мультиплексор блока 17. В блоке 26 вычисляется прогнозное значение среднего коэффициента надежности распознавания для 1-й неисправности по формуле (13) . Результат сложения поступает в блок 27 памяти прогнозируемого параметра и запоминается в 1-м регистре по управля|рщему сигналу 24 блока 7. Блок 24 включает регистров 56 памяти по числу неисправностей и мультиплексор 57. На этом 1-й шаг этапа "Экстраполяция" закончен.

Затем подобным образом выполняются остальные шаги этапа Экстраполяция".

Номер регистров из блоков 17 и 18, из которых считывается информация 25 для вычислений по формулам (14) и (13), соответствует номеру выполняемого шага i. Таким образом, после выполнения i нагов этапа Экстраполяция" все i регистров блока 27 будут заполнены прогнозными значениями среднего коэффициента надежности распознавания. Таким образом, в блоке 27 будет сформирована матрица прогнозируемых значений обобщенного параметра

//f n+i //

Результат прогнозирования выводится на индикацию зя i шагов этапа "Индикация" (пр еключат ель 74 в положении "II ) . .Блок 8 индикации включает 40 в себя мультиплексор 58, который каммутирует информацию из блоков 17, 18, 27 в зависимости от положения пере ключателя 74, дешифратор 59, выходы которого подключены к индикатору 60 среднего коэффициента надежности распознавания. На дешифратор 61 поступает код номера неисправности i (по выхбду 26к блока 7) . Выходы дешифратора 61 подключены к индикатору 62 номера неисправности i ° Индикаторы.высоковольтные индикаторы типа ИН. В каждом шаге этапа "Индикация" на индикацию выводится информация из i-го регистра блока 27 памяти обобщенного параметра и номер этого регистра (т.е.

1 l номер неисправности, значечие прогнозируемого параметра для которой индицируется) . Значения индицируемых где pl — численное значение шягя прогнозирования; с — длительность одной смены работы оборудования.

Работа устройства закончена, Блок 7 управления включает регистр 63 установки нага прогнозирования (ш = 1-9), элемент ИПИ 64, промежуточный регистр 65, тактовый генератор 66 для сипхранизяции работы устройства прагназиравяния и блоков деления, 3-нхадоной элемент И 67 для разрешения прохождения тактовых импульсов с генератора ня двоична-десятичный мнагадекядный счетчик 68, выходы которого подекадно подключены к входам перепрограммируемого узла постоянной памяти. Ключ ня элементе

И 70 разрешает сабсч венка процесс прогнозирования. ППЗУ блока управления режимом программируется B соответствии с временными диаграммами (фиг. 2, 3).

На фиг.? условно обозначено.

Т вЂ” длительность падэтяпа "Запись";

Т + ?p — длительность падэтяпя

"Запись" и "Расчет"; .. в †длительность подэтапов "3aпись" и "Вычисление";

Т . — длительность этапа "Диагностирование".

Ня фиг.3 условно обозначено:

Т вЂ” длительность этапа Запись

T — длительность этапа "Диагностирование";

Тр — длительность этапов "Диагностирование" и "Разрешение";

Т вЂ” длительность этапов "Диагнаll стирование" и "Прогнозирование";

Tu —. длительность предыдущих этапов и этапа "Индикация".

1629898 24

10

+ t tt)õj, где . t Э

1

t т =т +1,с о Г(50

55 плительность всего цикла работы устройства вычисляется следующим образом:

Т9*= j t3 где t@ - длительность одного шага

"Чапись",длительность одного шага

"Вычисление"; длительность одного шага

"Расчет"; длительность одного шага

"Суммир ование", где с — длительность одного шага

"Д ел ени е"

:где t — длительность одного шага

"Разрешение А", "Разрешение Б" или "Разрешение С" где t — длительность одного шага

"Экстраполяция", где t — длительность одного шага

"Индикация", 1

Длительность всего цикла диагностирования, учитьвая чистое время работы устройства,. будет равна Т = ЗТ

Поэтому время работы устройства по полному циклу (с учетом прогнозирования и индикации) вычисляется следующим образом: т = 3 к Т + Т + T . .При i 10и1 10 Т 1мин.

Формула изобретения

Устройство для диагностики и прогнозирования отказов, содержащее генератор тестов, блок аналого-цифрового преобразования, блок буферной памяти, блок вычисления текущей оценки достоверности диагностирования, мультиплексор, первый и второй буферные

45 регистры, компаратор, блок памяти словаря неисправностей, блок индикации и блок синхронизации, первый выхьд которого подключен к входу запуска генератора тестов, выходы которого являются выходами для подключения к входам объекта контроля, второй выход блока синхронизации подключен к стробирующему входу блока аналогоцифрового преобразования, третий выход подсоединен к входу запуска блока вычисления текущей оценки достоверности диагностирования, четвертый выход подключен к адресному входу мультиплексора, пятый выход подсоединен к первому информационному входу блока индикации, выход блока аналого-цифрового преобразования соединен с HHAopMBIJHQHHEIM входом блока буферной памяти, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства, в него введены блок вь-числения обратной величины параметра, блок хранения обратных величин параметров, сумматор, демультиплексор, блок накопления данных, блок деления, первый и второй блоки памяти обобщенного параметра, блок приращения параметров, блок умножения, блок экстраполяции, блок памяти прогнозируемого параметра, компаратор знака и блок вычитания, входом уменьшаемого подключенный к выходу блока буферной памяти, вход записи которого соединен с шестым выходом блока синхронизации, а входы считывания блока буферной памяти и блока памяти словаря неисправностей соединены с седьмым выходом блока синхронизации, восьмой выход которого соединен с адресным входом блока памяти словаря неисправностей, выход которого подключен к входу вы-, читаемого блока вычитания, выходом соединенного с информационным входом блока вычисления обратной величины параметра, запускающий вход которого соединен с девятым выходом блока синхронизации, десятый и один.надцатый выходы которого соответственно подсоединены к входам записи и считьв ания блока хранения обр атных величин параметров,информационный вход которого и информационный вход .сумматора подключены к выходу блока вычисления обратной величины, установочный вход сумматора соединен с двенадцатым выходом блока син25

162 хрониэации, а выход - с входом делителя блока вычисления текущей оценки достоверности диагностирования, соединенного входом делимого с выходом блока хранения обратных величин параметров,а выходом — с информационным входом демультиплексора, подключенного адресным входом к тринадцатому выходу блока синхронизации, а выходом — к информационным входам блока накопления данных, информационные выходы которого соединены с информационными входами мультиплексора, выход которого соединен с входом делимого блока деления, вход делителя которого подключен к четырнадцатому выходу блока синхронизации, пятнадцатый выход которого соединен с входом запуска блока деления,выходом соединенного к информационному входу первого блока памяти обобщенного параметра и к информационному входу второго блока памяти обобщенного параметра; входы записи и считывания которого подключены к шестнадцатому и семнадцатому выходам блока синхронизации соответственно, восемнадцатый и девятнадцатый выходы которого соответственно подключены к входам записи и считывания первого олока памяти обобщенного параметра, выход которого соединен с вторым информационным входом блока экстраполяции, с первым входом данных блока синхронизации и с входом уменьшаемого блока приращения параметров, подсоединенного входом вычитаемого к выходу второго бло- ка памяти обобщенного параметра, который подключен к второму входу данных блока синхронизации, двадцатый выход которого соединен с входом стробирования блока приращения параметров, выходом подключенного к входу множимо9898 26 го блока умножения, вход множителя которого подключен к двадцать первому выходу блока синхронизации, а выход— к первому информационному входу бло5 ка экстраполяции, подключенного входом стробирования к двадцать второму выходу блока синхронизации, а выходом — к информационному входу блока памяти прогнозируемого параметра, выход которого соединен с вторым информационным входом блока индикации, третий информационнЫй вход которого и информационный вход первого буферного регистра подключены к двадцать третьему выходу блока синхронизации, вход стробнрования первого буферного регистра соединен с выходом компаратора,,информационный вход которого и инфор20 мационный вход второго буферного регистра подключены к выходу первого буферного регистра, вход управления записью второго буферного регистра соединен с двадцать четвертым выходом

25 блока синхронизации, двадцать пятый выход которого подключен к входу записи блока памяти прогнозируемого параметра, вход считывания которого соединен с двадцать шестым выходом блока

3р синхронизации, двадцать седьмой выход которого подключен к стробирующему входу второго буферного регистра, выходом соединенного с информационным входом компаратора знака, стробирую35 щий вход которого подключен к двадцать восьмому выходу блока синхронизации, а выход — к входу данных триггера, выходом соединенного с входом логического условия блока синхронизации, 40 вход устройства для подключения к выходу объекта контроля подсоединен к информационному входу блока аналого-цифрового преобразования.

1 629898 дяде 3

Выход 7

8ьаад2 йапУЛ гыхоо Ь

Ввода

Вилодб

Ьаад 7 дыход88

Bsorad У

BbiXOd N

Выход 11

aber Ь й/ЯРУ Ек

9цхИ 1Ф

Bbaod15 . блпк5 бЛО/F б

Блб/(9

&7 70

Ням 11

Йюк Ю

ЕЛА 1Ю

Ьв(8

5wz 5

Мог 18

I 629898 благ 7

Ebg од 17к выход М", дьювд 191 дыхИ ®

Выход 2Х дыХОО 22

УихОО D

ВЫМОЮ 2

BblxOB ®

Выход 2&1

Зыход 2Ъ выход 28к

ЕлоК 17 браг 18 йроК 19 блок 20 блОК 21.

Блон 22 флОК 23 блок 24

ЯЯОК 25

° Блж 2а блж 27 бдОК 8(с)

Благ E(f) ФигЗ

1 6 29898

1629898

Составитель Л.Алексеев

Техред Jf. 1лийнык Корректор Б. Гирняк

Редактор В.Данко

Заказ 439 Тираж 473 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открь1тиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101