Вычислительное устройство выявления неисправностей напольного технологического оборудования

Описание полезной модели
Полезная модель относится к области технической кибернетики и может быть использована для определения состояний напольного технологического оборудования при техническом обслуживании.
Известно устройство, содержащее пьезокерамический преобразователь, установленный на основных узлах и деталях стрелочного электропривода, для регистрации сигналов акустической эмиссии, блоки усиления и фильтрации сигналов акустической эмиссии и персонального компьютера для отображения графических и числовых параметров акустической эмиссии на его дисплеи, и которое в качестве параметра сигналов акустической эмиссии, определяющего рабочее состояние основных узлов и деталей стрелочного электропривода, выбирает интегральную энергию от каждого узла и детали в отдельности за определенный период времени, причем состояние отдельного узла и детали стрелочного электропривода, требующего замены или ремонта, контролируют по значению интегральной энергии, более чем в два раза превышающему среднее значение интегральной энергии последних пяти периодов измерения (G01R 31/34, RU №2486533 от 2013 г).
Недостатки данного устройства заключаются в:
- необходимости установки аппаратуры контроля в каждый стрелочный электропривод;
- ограниченном контроле только механических повреждений, которые относятся к подвижным узлам стрелочного электропривода.
Известно устройство, включающее в себя формирование распознающих эталонов с последующей коррекцией на основе обучающих сигналов о состоянии объекта, сравнение распознающих эталонов с анализируемым сигналом о состоянии объекта, формирование набора величин оценок принадлежности состояния объекта каждому из множества возможных состояний объекта, сравнение полученных величин оценок с заданным порогом распознавания состояния объекта, отличающийся тем, что все сигналы о состоянии объекта предварительно нормируют, затем на этапе обучения распознающие эталоны первого уровня формируют с учетом достоверности на основе нормированных известных сигналов, формируют оптимизирующий эталон первого уровня, на основе которого из распознающих эталонов первого уровня формируют оптимизированные распознающие эталоны второго уровня, а на этапе распознавания формируют оптимизированный сигнал о состоянии объекта аналогично оптимизации распознающих эталонов, сравнивают оптимизированный сигнал с каждым из оптимизированных распознающих эталонов соответствующего уровня, в результате чего и формируют величины оценок состояния объекта, сравнивают их с заданным порогом распознавания и выделяют подмножество величин оценок, превышающих порог распознавания, выделяют соответствующее выделенному подмножеству величин оценок подмножество распознающих эталонов, на основе которого повторяют процесс оптимизации распознающих эталонов и анализируемого сигнала с последующим распознаванием состояния объекта до тех пор, пока результат распознавания не удовлетворит заданному критерию достоверности или неудачи. Операции нормирования, формирования и коррекции распознающих эталонов, оптимизации и сравнения сигналов и эталонов осуществляются в Евклидовом векторном пространстве сигналов и эталонов. Формирование и коррекцию распознающих эталонов производят путем последовательного усреднения нормированных сигналов о состоянии объекта (G06K 9/00, G06K 9/62, G06K 9/66, №(RU) 2090928 от 1997).
Недостаток данного устройства заключается в том, что: - устройство не предусматривает функцию самообучаемости, т.е. для повышения достоверности распознавания необходимо пополнять обучающую выборку устройства;
- отсутствует стыковка с существующими системами технической диагностики и мониторинга.
Наиболее близким техническим решением к заявленному вычислительному устройству является устройство диагностики асинхронных электрических двигателей, состоящее из источников питания, измерительных устройств, отличающееся тем, что дополнительно включен блок памяти номинальных величин двигателя, бортовой накопитель, дисплей, микропроцессор для определения реальной длительности пуска, микропроцессор для оценки перегрева и состояния изоляции, а измерительные устройства содержат датчик тока, связанный с обоими микропроцессорами, датчик температуры изоляции и датчик температуры окружающей среды, которые связанны с микропроцессором, предназначенным для определения перегрева и состояния изоляции (G01R 31/34 №2484490 от 2013 г.).
Недостаток данного устройства заключается в том, что основной акцент сделан на электродвигатели, которые эксплуатируются в электровозах.
Задача вычислительного устройства - выявление электрических и механических неисправностей напольного технологического оборудования для сокращения времени восстановления их работоспособности за счет применения нейропроцессор, методов и алгоритмов, основанных на построении графов и моделей напольного технологического оборудования автоматики, и телемеханики, обеспечивающие полную автоматизацию выявления неисправностей при реализации стыковки с системой технической диагностики и мониторинга.
Технический результат достигается тем, что вычислительное устройство выявления неисправностей напольного технологического оборудования, содержащее блок памяти, два микропроцессора, источник питания, дополнительно содержит нейропроцессор, блок увязки с системой технической диагностики и мониторинга, коммутатор, причем блок увязки с системой технической диагностики и мониторинга подключен к этой системе интерфейсным соединением, блок увязки с системой технической диагностики и мониторинга соединен с первым микропроцессором, блок увязки с системой технической диагностики и мониторинга подключен к источнику питания, к которому подведено общее напряжение питания, первый микропроцессор в свою очередь связан с коммутатором, который содержит четыре вывода, прямое и обратное соединение с ISA - шиной, a ISA - шина также имеет соединение в прямом и обратном направлении с персональным компьютером, общее напряжение питания подключено к первому микропроцессоруи коммутатору, один из выводов коммутатора подключен к блоку памяти, блок памяти соединен с нейропроцессором, другой из выводов коммутатора подключен к второму микропроцессору, второй микропроцессор соединен с нейропроцессор, организована обратная связь от нейропроцессора к персональному компьютеру по цепи: второй микропроцессор, коммутатор, ISA - шина и персональный компьютер, блок памяти, второй микропроцессор и нейропроцессор подключены к общему напряжению питания.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена структурная схема вычислительного устройства выявления неисправностей напольного технологического оборудования (фиг.1).
Вычислительное устройство выявления неисправностей напольного технологического оборудования подключается к персональному компьютеру (4) для подсчета диагностических критериев по диагностическим параметрам напольного технологического оборудования автоматики и телемеханики, а также для отображения результатов диагностирования, содержит блок памяти (7) для хранения диагностических критериев, два микропроцессора (2, 6): один (2) - для предварительной обработки диагностических параметров от системы технической диагностики и мониторинга, второй - для кодирования результатов распознавания, источник питания (5) для организации питания блока увязки с системой технической диагностики и мониторинга (1), нейро-нейропроцессор (8) для обучения сети диагностическими критериями и распознавания технического состояния напольного технологического оборудования автоматики и телемеханики по диагностическим критериям, блок увязки с системой технической диагностики и мониторинга (1) для приема диагностических данных в режиме online, коммутатора (3) для разграничения потока данных, причем вывод 1 блока увязки с системой технической диагностики и мониторинга подключен к этой системе интерфейсным соединением, вывод 2 блока увязки с системой технической диагностики и мониторинга соединен с первым микропроцессором (2), для предварительной обработки диагностических данных, вывод 3 блока увязки с системой технической диагностики и мониторинга подключен к источнику питания (вывод 1 блока 5), к которому на вывод 2 подведено общее напряжение питания, первый микропроцессор (2), в свою очередь, связан с выводом 1 коммутатора (3), который содержит четыре вывода, прямое и обратное соединение с ISA - шиной, a ISA - шина также имеет соединение в прямом и обратном направлении с персональным компьютером (4), общее напряжение питания подключено к выводу 3 первого микропроцессора (2) и выводу 4 коммутатора (3), вывод 3 коммутатора (3) подключен к выводу 1 блока памяти (7), вывод 2 блока памяти соединен с выводом 2 нейропроцессора (8), вывод 2 коммутатора (3) подключен к выводу 2 второго микропроцессора (6), вывод 1 второго микропроцессора (6) соединен с выводом 1 нейропроцессора (8), организована обратная связь от нейропроцессора (8) к персональному компьютеру по цепи: второй микропроцессор (6), коммутатор (3), ISA - шина и персональный компьютер; вывод 3 блока памяти (7), второго микропроцессора (6) и нейропроцессора (8) подключен к общему напряжению питания.
Вычислительное устройство выявления неисправностей напольного технологического оборудования работает следующим образом: передача информации между системой технической диагностики и вычислительным устройством выявления неисправностей напольного технологического оборудования осуществляется по последовательному каналу связи с интерфейсом RS-422 в асинхронном режиме со следующими параметрами:
- скорость передачи 38400 бод и выше (по согласованию);
- 8 бит данных;
- контроля четности нет;
- 1 стоп-бит.
Данные передаются в канал побайтно, с использованием дополнительного кодирования (ASCII).
Обмен данными осуществляется периодически, по принципу «запрос - ответ». Инициатором обмена выступает вычислительное устройство выявления неисправностей напольного технологического.
При передаче кадра из системы технической диагностики и мониторинга в вычислительное устройство выявления неисправностей напольного технологического оборудования данные пакета состоят из блока информации о состоянии стрелочного переводного устройства и блока информации о состоянии устройства контроля занятости пути. Размер блока передачи информации о состоянии стрелочного переводного устройства передается в заголовке пакета данных. Объем блоков определяется проектом конкретной станции. Размер блока информации о состоянии устройства контроля занятости пути при чтении получается вычитанием из размера пакета размера блока передачи информации о состоянии стрелочного переводного устройства.
Перечень сигналов, передаваемых от системы технической диагностики и мониторинга, представлен в таблице 1.
Модель биологических сетей нервных клеток живого организма состоит из трех слоев: входной, промежуточный и выходной.
w
Размерность входного массива для модели биологических сетей нервных клеток живого организма задается количеством выделенных диагностических критериев параметра объекта контроля, следовательно, число нейронов во входном слое будет равно количеству диагностических критериев. На выходе модели биологических сетей нервных клеток живого организма получаем результат диагностирования объекта контроля: дается заключение об исправности или указывается список неисправностей, поэтому число нейронов в выходном слое будет равно количеству выявляемых неисправностей. Для классификации графиков диагностических параметров объектов контроля используется однослойная биологическая сеть нервных клеток живого организма. Число нейронов в промежуточном слое выбиралось экспериментальным путем и составило 10. При такой структуре модель биологических сетей нервных клеток живого организма обучается наилучшим образом. Обучение однослойной сети производится методом RProp, ускоряющим этот процесс. Для определения количества синоптических весов L используется формула:
Состояние нейронов промежуточного и выходных слоев сети определяется как сумма состояний его входов:
1
n
1
n
В выходном слое D-D - результат диагностирования соответствующих неисправностей DN-DN. Для передачи результатов диагностирования на персональный компьютер происходит их кодирование в бинарном виде, например:
- {1, 0, 0, 0, 0, 0} - исправное состояние объекта контроля;
- {0, 1, 0, 0, 0, 0} - неисправное состояние объекта контроля.
Доказательство достижения технического результата, записанного в задаче полезной модели, является:
- выявление как механических, так и электрических неисправностей напольного технологического оборудования в режиме online за счет организации увязки с системой технической диагностики и мониторинга;
- способность вычислительного устройства к самообучаемости, для повышения достоверности выявления неисправностей напольного технологического оборудования и сокращения времени восстановления их работоспособности;
- возможность выявления неисправностей напольного технологического оборудования разного по назначению и применению, не устанавливая на каждое оборудование.