УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Предложенное техническое решение относится к области диагностики и оценке работоспособности электромеханического оборудования, применяемого в различных областях промышленности.
8
Известен способ для диагностики механизмов и систем с электрическим приводом (патент РФ №2431152, МПК G01R 31/34, опубл. 10.10.2011 г.) который реализуется с помощью устройства, содержащего блок управления электродвигателем, машинный агрегат, датчики тока и напряжения, аналого-цифровой преобразователь, персональный компьютер со специализированным программным обеспечением.
Недостатком этого устройства не высокая достоверность результатов. Наиболее близким техническим решением является устройство диагностики асинхронных электрических двигателей (патент РФ №2484490, МПК G01R 31/34, опубл. 10.06.2013 г.) содержащее источник питания, измерительное устройство, 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, микропроцессоры установлены относительно асинхронного электрического двигателя параллельно, а между собой последовательно, датчики тока, температуры изоляции, температуры окружающей среды связаны с микропроцессорами через аналого-цифровые преобразователи (АЦП).
Недостатком наиболее близкого технического решения является недостаточная точность результатов диагностирования и привязанность к электрооборудованию и возможность определять только неисправности электрической части двигателя, а значит отсутствие диагностики неэлектрических частей электромеханической системы (ЭМС).
Задачей предложенного технического решения является повышение достоверности и точности результатов диагностирования технического состояния ЭМС различного назначения и состава, путем измерения неограниченного количества контролируемых ее состояние параметров, расширение функций и углубление анализа диагностирования.
Поставленная задача достигается таким образом, что устройство диагностики работоспособности электромеханической системы, содержит объект диагностики, измерительный блок, аналого-цифровой преобразователь, приемное устройство, в него дополнительно введены коммутатор измерительных каналов, блок аппаратуры синхронизации, устройство первичной обработки сигналов, включающее блок нейросетевой селекции измерительных сигналов, блок формирователя временных сигналов, блок нейросетевой адаптации частоты опроса селектированных параметров, блок буферного запоминающего устройства, блок формирователя группового диагностического сигнала, устройство нейросетевого анализа, включающее блок селекции и декодирования группового сигнала, блок синхронизации, блок обработки и формирования абсолютных значений, блок формирования обучающей выборки нейронной сети, блок базы данных, блок нейросетевой диагностики, пульт оператора, измерительный блок выполнен из N - количество датчиков, установленных в различных точках объекта диагностики, коммутатор измерительных каналов выполнен из распределителя импульсов, связанных с каждым канальным элементом, причем в качестве объекта диагностики взята электромеханическая система, выходы которой связаны с входами всех датчиков, выходы каждого датчика связаны с канальным элементом, выходы, которых соединены с аналого-цифровым преобразователем, первый выход блока аппаратуры синхронизации связан с блоком распределителем импульсов, а второй выход связан с входом блока формирователя временных сигналов, первый выход которого связан со вторым входом блока нейросетевой селекции измерительных сигналов, а второй с первым входом блока буферного запоминающего устройства, второй вход буферного запоминающего устройства связан с выходом блока нейросетевой адаптации частоты опроса селектированных параметров, вход которого связан с выходом аналого-цифрового преобразователя, выход буферного запоминающего устройства связан с входом блока формирователя группового диагностического сигнала, выход которого связан с устройством нейросетевого анализа посредством приемного устройства, выход которого связан с первым входом блока нейросетевой диагностики посредством последовательно соединенных блока селекции и декодирования группового сигнала, блока обработки и формирования абсолютных значений, блока формирования обучающей выборки нейронной сети, второй вход блока селекции и декодирования группового сигнала связан с выходом блока синхронизации, второй вход блока нейросетевой диагностики связан с выходом блока базы данных, а выход его связан с входом пульта оператора.
На Фиг. 1 изображена функциональная схема устройства диагностики работоспособности электромеханической системы с устройством первичной обработки сигналов. На Фиг. 2 изображена функциональная схема блока устройства нейросетевого анализа.
Устройство диагностики работоспособности электромеханической системы содержит объект диагностики, в качестве которого взята электромеханическая система 1, выходы которой связаны с измерительным блоком 2, включающим N - количество датчиков, выходы каждого датчика измерительного блока 2 связаны с канальным элементом коммутатора 3 измерительных каналов, входы канальных элементов соединены с выходами распределителя импульсов 4 коммутатора 3 измерительных каналов, первый выход блока аппаратуры синхронизации 5 связан с входом распределителя импульсов 4. Выходы каждого канального элемента коммутатора 3 соединены с входами аналого-цифрового преобразователя 6. Второй выход блока аппаратуры синхронизации 5 связан с входом блока формирователя временных сигналов 7 устройства первичной обработки сигналов 8, первый выход блока формирователя временных сигналов 7 связан со вторым входом блока нейросетевой селекции измерительных сигналов 9, а второй с первым входом блока буферного запоминающего устройства 10, второй вход буферного запоминающего устройства 10 связан с выходом блока нейросетевой адаптации частоты опроса селектированных параметров 11, вход, которого связан с выходом аналого-цифрового преобразователя 6 посредством блока нейросетевой селекции измерительных сигналов 9, выход буферного запоминающего устройства 10 связан с входом блока формирователя группового диагностического сигнала 12, выход которого связан с устройством нейросетевого анализа 13 посредством приемного устройства 14, выход которого связан с первым входом блока нейросетевой диагностики 15 посредством последовательно соединенных блока селекции и декодирования группового сигнала 16, блока обработки и формирования, абсолютных значений 17, блока формирования обучающей выборки нейронной сети 18, второй вход блока нейросетевой диагностики 15 связан с выходом блока базы данных 19, второй вход блока селекции и декодирования группового сигнала 16 связан с выходом блока синхронизации 20, выход блока нейросетевой диагностики 15 связан с входом пульта оператора 21.
i
i
i
Работает предложенное устройство следующим образом. С помощью измерительного блока 2, содержащего N-ое количество датчиков D, i=1, …N, устанавливаемых в различных точках диагностируемого объекта - электромеханической системы 1 производят преобразование физических величин λ, i=1, …N подлежащих контролю в ЭМС, в электрические сигналы s, i=1, …N, которые подают на информационные входы коммутатора 3 измерительных каналов. При этом типовыми измеряемыми физическими величинами являются ток, напряжение, частота вращения вала, температура, давление, уровни шума, вибрации и т.д. Число измеряемых параметров неограниченно.
Для получения полного вектора измеряемых параметров одновременно - система является многоканальной. Количество каналов блока определяют числом независимых информационных входов.
Σ
Коммутатором 3 измерительных каналов производят циклический опрос всей совокупности контролируемых параметров с максимальной частотой опроса. Для этого, в соответствии с программой блока аппаратуры синхронизации 5, формируемой распределителем импульсов 4, каждый канальный элемент осуществляет выдачу через АЦП 6 цифрового отсчета каждого сигнала на блок нейросетевой селекции измерительных сигналов 9 устройства первичной обработки сигналов 8 ЭМС. Блок нейросетевой селекции измерительных сигналов 9 в реальном масштабе времени осуществляет выбор из перечня измеряемых параметров наиболее информативных - т.е. селекцию параметров. Далее, отсчеты из наиболее информативных параметров подвергают прореживанию в блоке нейросетевой адаптации частоты опроса 11. В блоке буферного запоминающего устройства 10 осуществляют адаптацию потока сообщений с ЭМС к состоянию канала связи (пропускной способности - загруженности). С выхода блока 12 снимают групповой сигнал - S(t) и передают в приемное устройство 14 для решения задач диагностики системы. Под групповым сигналом диагностики работоспособности ЭМС в данном случае подразумевают временную последовательность отсчетов измеряемых параметров, т.е. последовательность интервалов измерений следующих друг за другом за один цикл измерения, которые является исходным входным образом нейросетевых устройств контроля.
i
В состав группового сигнала в аппаратуре добавляют синхронизирующие сигналы блок аппаратуры синхронизации 5, необходимые для разделения каналов при приеме и для обработки информации. Для временного разделения каналов s, i=1, …N блок аппаратуры синхронизации 5 вставляет временные метки в групповой сигнал технологической системы, т.е. осуществляет привязку каждого отсчета по каждому параметру ко времени блоком формирователя временных сигналов 7.
Σ
С выхода устройства первичной обработки сигналов 8 исходный входной образ S(t) поступает на вход приемного устройства 14.
i
i
Периодически принимаемый групповой диагностический сигнал контроля технических состояний ЭМС после усиления, преобразования по частоте и детектирования в приемном устройстве 14 поступает на вход блока селекции и декодирования 16 устройства нейросетевого анализа 13, где производят очистку от шума и отбраковку аномальных измерений. Туда же поступают синхронизирующие сигналы временной привязки измерений из блока синхронизации 20. Разделенные в блоке селекции и декодирования 16 сигналы s(t), i=1, …N с выходов информационных каналов поступают на входы блока обработки и формирования абсолютных значений параметров контроля технических состояний 17 ЭМС. Откуда векторы λ(t), i=1, …N поступают на вход блока формирования обучающей выборки нейронной сети 18. Алгоритмы формирования данных выборок функционируют в соответствии с видом решаемой задачи - контроль и распознавание текущего технического состояния или прогнозирование параметров технических состояний ЭМС. В блоке формирования обучающей выборки нейронной сети 18 собирают статистические данные о состоянии объекта диагностирования, они и формируют обучающую выборку. В блоке базы данных 19 хранят априорную информацию о классах технических состояний, диагностических признаках, в нем собраны все виды повреждений ЭМС. Нейросетевой блок диагностики 15 представляет собой нейронную сеть на базе многослойного персептрона с одним скрытым слоем. Количество нейронов входного слоя равно количеству диагностических признаков (числу датчиков), выходного слоя - количеству диагностируемых технических состояний. На выходе блока нейросетевого блока диагностики 15 получаем информацию кода технического состояния ЭМС (нормальный режим или определенный тип повреждения), которая поступает на пульт оператора 21, где и визуализируется.
Предложенное техническое решение позволило повысить достоверность и точность результатов диагностирования технического состояния ЭМС различного назначения и состава, путем измерения неограниченного количества контролируемых ее состояний параметров, расширение функций и углубление анализа диагностирования.