УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОЧИСТНОГО КОМБАЙНА

Предложенное решение относится к средствам технического диагностирования электрических и электронных систем и может быть использовано для определения технического состояния электрооборудования и диагностики работоспособности электромеханических систем (ЭМС) горных машин, в частности к диагностике технического состояния очистного комбайна, путем применения нейронных сетей.
8
Известен прибор диагностирования системы электрического пуска (СЭП) (патент РФ №2297011, МПКG01R 31/02, опубл. 10.04.2007) содержащее блок коммутации и сопряжения, блок измерений, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), вторичный источник питания, блок формирования тестирующих сигналов, модуль обработки сигналов, блок ввода команд, блок управления, перезаписываемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ), модуль эталонных матриц, модуль сравнения, модуль поиска неисправности, модуль формирования сообщений, блок питания, блок визуализации, при этом первый и второй выходы блока ввода команд связаны соответственно с первым входом блока управления и входом блока питания, второй выход которого связан с блоком визуализации, а первый - с входом вторичного источника питания, причем его первый и второй выходы связаны соответственно со вторым входом блока управления и первым входом блока формирования тестового сигнала, выход которого связан со вторым входом блока коммутации и сопряжения, а его первый выход и первый вход связаны с разъемом Ш3 прибора автоматики согласующего проверяемой СЭП двигателя образца и второй выход - с первым входом блока измерений, выход которого связан с входом АЦП, а выход с него - через модуль обработки сигналов с первым входом ППЗУ, первый и второй выходы которого связаны с третьим входом блока управления и третьим входом модуля сравнения соответственно, первый и второй выходы модуля сравнения соответственно связаны со вторым входом модуля поиска неисправности и третьим входом модуля формирования сообщения, причем выход модуля поиска неисправности связан со вторым входом модуля формирования сообщения, а с его первым входом связан четвертый выход блока управления, выход модуля формирования сообщения связан со вторым входом блока визуализации, первый, второй, третий, пятый, седьмой и шестой выходы блока управления соответственно связаны со вторыми входами блока формирования тестового сигнала, блока измерений и ППЗУ, первым входом модуля поиска неисправности, вторым входом модуля сравнения и входом модуля эталонных матриц, выход которого связан с первым входом модуля сравнения.
Недостатком известного решения является сложность конструкции и недостаточные технические возможности.
8
Наиболее близким техническим решением является устройство диагностирования в реальном времени системы электродвижения судна (патент РФ №2451299, МПКG01R 31/34, опубл. 20.05.2012), содержащее объект диагностирования, датчики тока и напряжения, а также скорость вращения вала, аналого-цифровой преобразователь, пульт оператора, контроллер, на котором реализованы блок идентификации параметров объекта диагностирования (ОД), эталонная модель ОД, блок вычисления текущих параметров ОД, блок классификации состояния ОД, блок хранения текущих состояний ОД и блок прогнозирования.
Недостатком наиболее близкого технического решения является недостаточная эффективность и точность диагностирования.
Задачей предложенного технического решения является повышение эффективности и точности диагностирования систем контроля работоспособности и упрощение устройства.
Поставленная задача достигается таким образом, что устройство контроля работоспособности электромеханической системы очистного комбайна (ОК) содержит объект диагностирования, датчики тока и напряжения, устройство диагностирования, включающее аналого-цифровой преобразователь и контроллер, пульт оператора, дополнительно введены датчики скорости вращения вала электродвигателей (ЭД) подачи и резания ОК, температуры и расхода охлаждающей жидкости ЭД очистного комбайна, давления и расхода воды в системе орошения исполнительного органа (ИО) очистного комбайна, уровня шума, вибрации, местоположения ОК в лаве, а в устройство диагностирования дополнительно введен блок обработки информации, контроллер выполнен из блока диагностических признаков, блока нейронного классификатора и блока обучения нейронной сети, причем выход объекта диагностирования связан с входами всех датчиков, выходы которых связаны с входом АЦП устройства диагностирования, выход которого связан с первым входом блока нейронного классификатора посредством блока обработки информации, второй вход нейронного классификатора связан с блоком диагностических признаков, вход которого связан с выходом блока обучения нейронной сети, а выходы блока нейронного классификатора связаны с входами блока обучения нейронной сети и пультом оператора.
На Фиг. показана структурная схема устройство контроля работоспособности электромеханической системы очистного комбайна.
Устройство контроля работоспособности электромеханической системы очистного комбайна состоит из объекта диагностирования 1, датчиков 2, устройства диагностирования 3, включающего аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, блок обработки информации 5 и контроллер 6, в который входят блок обучения нейронной сети 7, блок диагностических признаков 8, блок нейросетевого классификатора 9 и пульт оператора 10. Выходы объекта диагностирования 1 соединены с входами датчиков 2, т.е. датчиков фазных токов и напряжений электродвигателя подачи и резания ОК, скорости вращения вала ЭД подачи и резания ОК, температуры и расхода охлаждающей жидкости ЭД очистного комбайна, давления и расхода воды в системе орошения исполнительного органа очистного комбайна, уровня шума, вибрации и датчиков, определяющих местоположение очистного комбайна в лаве, выходы всех датчиков 2 связаны с входом АЦП 4, выход АЦП 4 связан с входом блока обработки информации 5, выход которого связан с нейросетевым классификатором 9, второй вход нейросетевого классификатора 9 связан выходом блока диагностических признаков 8, вход которого связан с выходом блока обучения нейронной сети 7, а выходы блока нейросетевого классификатора 9 связаны с входами блока обучения нейронной сети 7 и пультом оператора 10.
Работает устройство контроля работоспособности ЭМС очистного комбайна следующим образом.
A
B
C
A
B
C
вр
охл
ор
ор
На вход устройства диагностирования 3 с датчиков 2 подают сигналы пропорциональные токам (I, I, I), напряжениям (U, U, U) обмоток статора ЭД подачи и резания ОК, скорости вращения вала ЭД подачи и резания ОК (n), температуры  и расхода Q охлаждающей жидкости ЭД очистного комбайна, давления P и расхода воды Q в системе орошения ИО очистного комбайна, местоположению ОК в лаве L, уровней шума, вибрации. АЦП 4 преобразует входные параметры к необходимому для обработки цифровому виду. Блок обработки информации 5 осуществляет нормировку данных. Это связано с тем, что измеряемые параметры имеют разную физическую размерность, поэтому для того, чтобы нейронная сеть могла производить над ними арифметические и логические действия, их нормируют, переходя к безразмерным величинам, представленными числами в диапазоне 0…1.
Контроллер 6 состоит из блока обучения нейронной сети - 7, блок диагностических признаков 8, блок нейросетевого классификатора 9
В блоке обучения нейронной сети 7 собирают статистические данные о состоянии объекта диагностирования и формируют обучающую выборку. Обучающую выборку разбивают на два множества обучающее и тестовое. Обучающее множество включает записи (примеры), набранные по однотипным или подобным ЭМС при наличии в них возможных неисправностей, которые будут использоваться непосредственно для обучения сети, т.е. будут содержать входные и желаемые выходные значения. Тестовое множество также включает записи (примеры), содержащие входные и желаемые выходные целевые значения, но используемое не для обучения сети, а для проверки результатов обучения.
Обучение может с большой долей вероятности считаться успешным, если процент распознанных примеров на обучающем и тестовом множествах достаточно велик (близок к 100%).
В блоке диагностических признаков 8 собраны все виды повреждений ЭМС, которым соответствуют образы в бинарном коде. В последующем априорный алфавит классов повреждений уточняют в ходе процесса контроля работоспособности за счет введения обратной связи между выходом нейросетевого классификатора 9 и блоками обучения нейронной сети 7 и диагностических признаков 8. Если класс технического состояния на выходе нейросетевого классификатора 9 окажется ему неизвестен, то эти данные поступают на вход блока обучения нейронной сети 7, нейронная сеть добавляет новый вид технического состояния в блок диагностических признаков 8.
Сам нейросетевой классификатор 9 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.
Таким образом, в обученном нейросетевом классификаторе 9 хранят множество возможных наиболее часто встречающихся неисправностей ЭМС и их связь с определяющими параметрами (измеряемыми или вычисляемыми величинами) для обнаружения этих неисправностей, а также значения номинальных параметров ЭМС, соответствующие нормальному режиму работы ОК. На первый вход нейросетевого классификатора 9 поступают текущие нормированные данные из блока обработки информации 5.
На основе данной информации о текущем состоянии объекта диагностирования с использованием программного продукта, разработанного автором, на выходе нейросетевого классификатора 9 формируют бинарный код, соответствующий тому или иному техническому состоянию ЭМС. Количество цифр в коде равно количеству возможных неисправностей ЭМС плюс исправное состояние. Данный результат выводится на пульт оператора.
Предложенное устройство контроля работоспособности электромеханической системы очистного комбайна позволяет повысить эффективность и точность диагностирования системы контроля работоспособности, упростить структуру и топологию устройства за счет корректировки обучаемости нейронной сети в процессе эксплуатации электромеханической системы, возможности наращивания числа контролируемых параметров и за счет применения дополнительных датчиков скорости вращения вала ЭД подачи и резания ОК, температуры и расхода охлаждающей жидкости ЭД очистного комбайна, давления и расхода воды в системе орошения ИО очистного комбайна, определения местоположения ОК в лаве, шума и вибрации, позволяющих увеличить объем информации о диагностируемом объекте и более точно определить место неисправности по элементам объекта диагностирования.