Способы определения места дефекта.

Лекция №5

Тема: «Методы и способы поиска дефекта СЭО»

Методы поиска дефектов

Устранение неисправностей, возникающих в процессе экс­плуатации, как правило, связано с простоями судовых техни­ческих средств и вынужденным переходом к дистанционному или ручному управлению.

Большая часть времени, затрачиваемого обслуживающим персоналом на восстановление отказавшего СЭО и ЭСА, расхо­дуется на поиск дефектов, поэтому важно выбрать такие мето­ды и программы поиска дефекта, при которых обеспечиваются минимальные затраты и снижается физическая и умственная нагрузка обслуживающего персонала.

Программа поиска дефекта (последовательность выполнения проверок из заданного множества) зависит от при­нятого метода. На практике применяются формальные методы поиска дефекта (последовательных поэлементных проверок, последовательных групповых проверок, комбинационный), а также логический, при котором не задаются жесткие програм­мы поиска дефекта.

Метод последовательных поэлементных проверок. Поиск дефекта осуществляют проверкой функциональных элемен­тов системы по одному по определенной программе. При обна­ружении дефектного элемента его заменяют или восстанавли­вают, а затем проверяют работоспособность всей системы. Если система по-прежнему неработоспособна, ведут поиск следую­щего дефектного элемента, причем с той проверки, при которой был обнаружен первый дефектный элемент. После устранения второго дефекта вновь проверяют работоспособность системы и т. д.

Программу поиска дефекта можно оптимизировать для ми­нимизации среднего времени поиска, исходя из известных зна­чений среднего времени проверки элементов t₁, t₂,..., ti…,t_nи вероятности отказов системы за счет отказа любого из nэлементов: Q_1, Q₂,…,Q_i,…,Q_n. O значениях Qtпозволяют су­дить данные об относительных вероятностях отказов элементов ЭСА, где mc и mэ- число отказов системы общее и из-за отказа данного элемента соответственно. Элементы различных типов имеют следующие значения относи­тельной вероятности отказов, %: переключатель, реле4...12; резисторы непроволочные 13...23; конденсаторы 3...7; электро­двигатели, сельсины2...10; трансформаторы, дроссели катушки 2...7; полупроводниковые приборы 5.

Затраты времени на проверку элемента системы складыва­ются из двух составляющих: трудоемкость вспомогательных работ (например, доступ к элементу или его контрольным точ­кам) и трудоемкость основных работ (собственно проверка эле­мента). Значение первой составляющей зависит от конструкции системы, второй -от конструкции системы, наличия контроль­но-измерительной аппаратуры и качества технической докумен­тации. Основные элементарные проверки и операции имеют следующую трудоемкость, чел.-ч:

 

При оптимизации программы возможны следующие случаи:

Внешний осмотр……………………………….. до 0,50

Вскрытие блоков…………………………………... 0,15…0,25

Измерение встроенным прибором………………...0,008

Измерение внешним прибором……………………0,010

Измерение ампервольтомметром………………….0,017

Прозвонка проводников……………………………0,010

Проверка предохранителя………………………….0,010

Постановка предохранителя……………………….0,010

Проверка электрического параметра………………0,10

Повторная проверка электрического параметра…..0,05

Прослеживание связи между элементами…………0,008

Отключение обмотки………………………………..0,015

Замена отказавшего элемента……………………….0,10

Восстановление поврежденных проводников……...0,02

 

1) В качестве критерия оптимизации программы поиска
дефекта берут отношение и очередность проверок элементов устанавливают из условия вероятность-время по убыванию отношения , где номера элементов соответствуют порядковому номеру очередности проверки;

2) При этом оптимальная программа последовательности проверок элементов систе­мы из условия максимальная вероятность по убыванию вероят­ности отказа элемента в системе выглядит следующим образом;

3) Оптимальную прог­рамму проверок выбирают из условия минимальное время по убыванию времени проверки элемента ;

4) Поиск дефекта ведется по принципу случайные пробы в случайной последовательно­сти проверок элементов.

Программу поиска дефекта можно оптимизировать из усло­вия минимума средних затрат на поиск дефекта с учетом стои­мости проверки каждого элемента С1, С₂,….С_n. В этом случае последовательность проверок для поиска дефекта устанавли­вают по уменьшению отношения

При учете стоимости формируется более рациональная прог­рамма последовательных поэлементных проверок, так как стои­мость проверки кроме времени поиска дефекта учитывает так­же стоимость применяемых технических средств, квалификацию специалистов и др.

Достоинством метода последовательных поэлементных про­верок является его применимость при любых функциональных схемах систем, а недостатком- относительно большое число проверок и при оптимальных программах поиска дефекта, так как при поиске отказавшего элемента последовательно прове­ряются все предшествующие ему в программе элементы в от­дельности.

Метод последовательных групповых проверок. В СЭО и ЭСА, как правило, имеется возможность одной проверкой опре­делять наличие дефекта в группе элементов. Тогда для поис­ка дефекта применяется метод последовательных группо­вых проверок, при котором электрическая система (объект) разделяется на отдельные группы элементов (блоки, узлы и т. д.), обычно исходя из конструктивных особенностей систе­мы. Поиск дефекта начинается с определения группы элемен­тов, в которой имеется дефект, а затем последовательным деле­нием этой группы на подгруппы выявляется дефектный эле­мент.

Когда вероятности безотказной работы всех элементов электрической системы одинаковы следует, что одинаковая информация о состоянии двух групп элементов системы может быть получена при одинаковом количестве элементов в группах

(4.24)

Способ (4.24) называется способом средней точки и заклю­чается в том, что электрическую систему разделяют на две равные группы элементов и в средней точке производят проверку, но которой определяют группу, содержащую дефектный эле­мент. Затем группу с дефектным элементом разделяют на две равные части и т. д. до определения дефектного элемента. При этом способе оптимальная программа реализуется, если эле­менты системы равнонадежны и среднее время проверок групп элементов примерно одинаково. В других случаях способ ми­нимизирует число проверок для отыскания дефектного эле­мента.

Среднее число проверок , которое требуется для выявле­ния одного дефекта, рассчитывают по формуле

(4.25)

где -общее число проверок, которое нужно выполнить для выявления всех дефектов в системе.

Теоретически минимальное среднее число проверок для ЭС с равновероятностными дефектами элементов определя­ется величиной

Согласно этой формуле минимальное число проверок связа­но с количеством дефектов в системе следующим образом:

K_д ………2-4 4-8 8-16 16-32 32-64

…….1-2 2-3 3-4 4-5 5-6

Если время проверки элементов системы разное, то электри­ческая система последовательно разделяется на две части эле­ментов с примерно одинаковым временем проверок. Такой спо­соб разделения элементов на группы называется способом половинного времени.

Пример. Составить программу поиска дефекта для электрической системы из восьми функциональных элементов, функционально-структурная модель ко­торой показана на рис. 4.16. Время проверки и вероятность безотказной ра­боты для всех элементов одинаковы.

 

 

Рис. 4.16. Схема функционально-структурной модели электрической системы

 

 

Рис. 4.17. Программа поиска дефекта

При заданных условиях следует воспользоваться методом последователь­ных групповых проверок и способом средней точки [см. (4.24)]. Программа поиска дефекта представлена графом на рис. 4.17. Ребра графа в виде сплош­ных линий указывают очередную проверку при положительном результате предыдущей проверки, в виде штриховых линий- при отрицательном резуль­тате.

При составлении программы предполагается, что в системе есть один от­казавший элемент. Первая проверка Z₈ дает информацию о наличии дефекта в группе элементов 1,2,7,8 или 3,4,5,6; при Z₈=1 (работоспособны эле­менты 1;2,7,8) проверяется Z₅(информация о состоянии элементов 4,5); при z₅=l проверяется Z₆ (информация об элементе 6); при г₆=1 дефект в элементе 3 и т. д.

Среднее число проверок [см. (4.25)] определяется по рис. 4.17, из кото­рого видно, что дефект любого элемента выявляется за три проверки:

Сравнив с теоретически минимальным числом проверок , можно сказать, что разработанная программа оптимальна.

Комбинационный метод. Поиск дефекта проводят из­мерением определенной совокупности параметров и на основе их анализа дают заключение о дефектном элементе. Выбор ми­нимальной совокупности контролируемых параметров рассмот­рен выше (см. п. 4.5). Программа поиска дефекта не оптими­зируется. Последовательность проверок значения не имеет, по­скольку для поиска дефекта контролируют (в любом порядке) полную совокупность определяющих параметров, устанавлива­ют параметры, находящиеся вне допустимых пределов, и по ко­довому числу (двузначный код состояния) определяют дефект­ный элемент.

Комбинационный метод эффективен при поиске дефекта (или одновременно нескольких дефектов) в электрических си­стемах, в которых тесно взаимосвязаны отдельные элементы.

Минимизированную совокупность диагностических парамет­ров выявляют при рассмотрении одиночных дефектов. В определенных пределах данная совокупность может быть использована и при возникновении кратных (одновременных) дефектов. При кратных дефектах в системе двоичные коды соответствующих строк таблицы функций неисправности логически поразрядно умножаются. Получаемый при этом код для одновременно от­казавших двух взаимозависимых функциональных элементов системы будет совпадать с кодом одного из этих элементов.

После устранения дефекта в этом элементе обнаруживается второй дефектный элемент.

Для одновременно отказавших двух взаимонезависимых функциональных элементов системы получаемый код может совпадать с кодом одного из этих элементов, а в отдельных случаях может быть ошибочным. В последнем случае дефект­ный элемент может быть обнаружен только при усложнении структуры дешифратора.

Если в системе имеются обратные связи, то при поиске де­фекта комбинационным методом цели обратных связей либо разрывают посредством специальных коммутационных уст­ройств, либо объединяют элементы с обратной связью в один элемент. В последнем случае дефекты отдельных объединенных элементов не различаются, т.е. глубина поиска дефекта в си­стеме снижается.

В сложных электрических системах для поиска дефекта оп­тимальная программа поиска может быть реализована путем комплексного использования рассмотренных методов. Комбина­ционный метод используют для поиска неисправного функцио­нального блока; метод групповых проверок -для поиска не­исправного узла, каскада; метод поэлементных проверок -для поиска неисправных элементов (деталей в узлах, каскадах).

При большом числе элементов в электрической системе син­тез оптимальной программы является достаточно сложным процессом, поэтому, если требования к быстродействию поиска дефекта не очень жесткие, используют квазиоптимальную прог­рамму, обеспечивающую среднее время поиска дефекта, незна­чительно отличающееся от минимального.

Рассмотренные выше так называемые формальные методы поиска дефекта позволяют разрабатывать оптимальные и ква­зиоптимальные программы поиска, для реализации которых не требуется высокая квалификация обслуживающего персонала и с помощью которых процесс поиска может быть автоматизи­рован. Так, автоматизация процесса поиска дефекта с исполь­зованием микропроцессорной техники в судовых системах автоматизированного управления и контроля позволяет сократить время поиска дефекта примерно в 10 раз.

Вместе с тем формальные методы имеют и недостатки, обус­ловленные прежде всего практической невозможностью учета множества дефектов, которые могут появиться в процессе экс­плуатации СЭО и ЭСА, а следовательно, невозможностью по­строения диагностических моделей, в полной мере отражающих реальные дефекты. Кроме того, имеются трудности с получени­ем исходной информации о показателях надежности элементов, и используемая среднестатистическая информация по надеж­ности может отличаться для конкретных СЭО и ЭСА от извест­ной ранее.

Логический метод. В практике ТО и ремонта применяют также логический метод поиска дефекта, при котором не зада­ются жесткие программы поиска дефекта и для оптимизации процесса поиска учитывается дополнительная информация, по­лучаемая при выполнении проверок. Логический метод назы­вают иногда методом гипотез, так как поиск дефекта ведется путем проверки выдвинутых при анализе проявлений дефекта гипотез о возможных причинах дефекта. В процессе проверок гипотез выдвигаются уточняющие гипотезы о причине дефекта, которые также проверяются, и так далее до обнаружения де­фекта. Логический метод не исключает одновременное приме­нение формальных методов на отдельных этапах поиска де­фекта.

Поиск дефекта логическим методом требует более высокой квалификации обслуживающего персонала и затрудняет авто­матизацию процесса поиска, так как при этом необходимо про­водить анализ информации о признаках дефекта в целях ограничения области поиска, анализ электрических схем для выдвижения ги­потез о причинах дефекта, выбирать совокупность проверок и анализиро­вать их результаты для уточнения ги­потез и заключения о причинах де­фекта.

Наиболее часто логический метод поиска дефекта, в том числе и в соче­тании с формальными методами, при­меняют при настройке судового элек­трооборудования и средств автомати­зации, поскольку в период настройки поиск дефектов ведется, как правило, без использования автоматических устройств.

Поиск дефекта логическим мето­дом в общем случае производится в соответствии с алгоритмом, представ­ленным на рис.4.18, где введены следующие обозначения:Sн-начало; А1-опредление работоспособности системы; Pi- работоспособна ли си­стема? А2- анализ имеющейся ин­формации о дефекте; Р2— есть ли ги­потеза о дефекте? А3— выбор, реали­зация и анализ проверок для выдви­жения гипотезы о дефекте (ГД); Р_3-необходимо ли уточнение ГД? А4-выбор, реализация и анализ проверок для подтверждения ГД; Р₄—подтвердилась ли гипотеза о де­фекте? А₅— анализ имеющейся информации для принятия дру­гой ГД; А6-иключение о причине и месте дефекта в системе; S_K — конец.

 

Рис. 4.18. Схема алгоритма при логическом методе поиска дефекта

При логическом методе поиска дефекта последовательным выдвижением и проверкой гипотез об отказе элементов систе­мы и проверкой можно определить отказ любого элемента си­стемы.

Пример. Рассмотрим в качестве примера применение логического метода для поиска дефекта в асинхронном нереверсивном электроприводе (ЭП) (рис. 4.19).

Пусть в ЭП возник дефект, который проявляется в том, что после нажа­тия S2 пуска электродвигателя (ЭД) М не происходит. Анализ имеющейся информации (ЭД не запускается кнопкой S2) показывает, что неработоспо­собность ЭП может быть в результате отказа любого элемента ЭП или в ре­зультате срабатывания какого-либо аппарата защиты.

При такой исходной информации не представляется возможным выдви­нуть достаточно достоверную гипотезу, ограничивающую область дефекта до конкретного элемента. В таком случае выдвигаются и проверяются гипотезы о наличии дефекта в группе элементов системы, объединенных, например, функциональным назначением.

Рассматриваемый ЭП функционально может включать в себя три части, а именно: цепь питания, основным элементом которой является автомат OF; главную цепь, в которую входят главные контактыК:1контактора К, глав­ная цепь электротепловых реле КК1 и КК2 и электродвигатель М; цепь управления с остальными элементами схемы.

После нажатия S2 замыкается цепь управления и подается питание на катушку контактораК, который шунтирует контактом К: 2 кнопку S2 и за­мыкает свои контакты К:1 в главной цепи, подавая напряжение на обмотки статора ЭД М. Отсюда следует, что исходным условием работы схемы явля­ется наличие напряжения как в главной цепи, так и в цепи управления. В связи с этим первой может быть принята гипотеза об отказе в цепи пи­тания. Если эта гипотеза не подтверждается, то выдвигается гипотеза об от­казе в цепи управления, а затем- об отказе в главной цепи ЭП.

Схема соответствующего алгоритма поиска дефекта приведена на рис. 4.20, где введены следующие обозначения:S_H-начало поиска; S_K-конец поиска;A_i-проверка работоспособности ЭП нажатием кнопки S₂; Pi-работоспособен ли ЭП? А₂-анализ информации о неработоспособности ЭП; Р₂-гипотеза 1(есть ли отказ в цепи питания?); A₃-проверка (изме­рение) напряжения в точках 1и 2; Р₃-есть ли напряжение в точках 1 и 2? A₄-проверка (визуальный контроль) автомата OF; Р₄-включен ли авто­мат OF?A₅-сработал автомат OF(отключился); A_6-обрыв в цепи OF;Р₅ гипотеза 2(есть ли отказ в цепи управления); А₇проверка (измере­ние) напряжения в точках 3 и 4(или визуальная проверка предохранителей F1и F2); Р₆-есть ли напряжение в точках 3 и 4? A₈- перегорел предохра­нитель F₁или F₂; А₉-проверка катушки контактора К; Р₇- работоспособ­на ли катушка К?А₁₀обрыв катушки К;А₁₁-проверка электрической цепи контактов (прозвонка) электрических тепловых реле КК1: 1 и КК2: 2; Р_8-есть ли электрическая цепь контактов КК1:1и КК2:1? А₁₂ -обрыв в цепи контактов КК1:1и (или) КК2: 1; А₁₃-проверка (прозвонка) электри­ческой цепи кнопки стоп S₁;Р₉-есть ли электрическая цепь кнопки S₁? А₁₄ обрыв в цепи кнопки S₁;A₁₅-проверка электрической цепи кнопки S₂; Р₁₀есть ли электрическая цепь кнопки S₂? А₁₆ обрыв в цепи кнопки S₂; Р₁₁ гипотеза 3 (есть ли отказ в главной цепи ЭП?); A₁₇ проверка (визу­альный контроль, прозвонка) цепи главных контактовК: 1 контактора К; P₁₈-есть ли электрическая цепь кон­тактов К: 1?A₁₈-обрыв в цепи кон­тактов К:1; А₁₉-проверка (измере­ние) напряжения в точках 5 и 6 при включенном контакторе К; P₁₃-есть ли напряжение в точках 5 и б? A20-ко­роткое замыкание в электродвигателе М; А₂₁-проверка (прозвонка) главной цепи электротепловых реле КК1 и КК2; P₁₄-есть ли цепь реле КК1 и КК2? А₂₂-обрыв в главной цепи реле КК1и (или) КК2; А_23-обрыв в электро­двигателе М.

Если в ЭП одновременно имеется несколько дефектов, то они могут быть последовательно определены.

При наличии дополнительной ин­формации об отказе ЭП количество проверок и время поиска могут быть существенно сокращены. Так, если ЭД разгоняется до рабочего режима при удержании кнопки пуск S2 во включен­ном состоянии и останавливается при ее отпускании,то очевидной является гипотеза об отказе вспомогательного контактаК: 2 контактора К, шунти­рующего кнопку S2.

 

 

Рис. 4.19. Схема управления нереверсивным асинхронным электродвигателем

 

Рис. 4.20. Схема алгоритма при логи­ческом методе поиска дефекта в элек­троприводе с асинхронным двигателем.

 

Способы определения места дефекта.

После нахождения де­фектного функционального эле­мента (блока, узла) каким-либо методом (формальным, логиче­ским или их комбинацией) необходимо выбрать способ проверки для установления непосредственного места дефекта. В практике эксплуатации СЭО и ЭСА: зависимости от конкретных условий эксплуатации, конструктивных особенностей и элементной базы, квалификации обслуживающего персонала, признаков дефекта, наличия соответствующего комплекса ЗИП и других возможны следующие способы проверок: внешний осмотр; замена блока (или его элемента), исключение блока (илиего элемента) из схемы; введение дефекта; промежуточные измерения; способ характерной признака.

Внешним осмотром можно обнаружить отказ элементов по следующим признакам: механическое повреждение электрического монтажа, изоляции, конструктивных элементов плохое контактное соединение; необычный вид элементов (по чернение, следы нагара и др.); свечение ламп; искрение, дым степень нагрева элементов и т. л. Способ прост, но обычно при­меняется как вспомогательный, поскольку может быть использован только при наличии внешних признаков отказа, а большинство же отказов элементов СЭО и ЭСА не сопровождается явными внешними признаками.

Способ замены (элемент, блок, узел электрорадиодеталь, предполагаемые дефектными, заменяются исправными, и если при этом работоспособность системы восстанавливается, то де­лается заключение об отказе проверяемого элемента) позволя­ет одновременно обнаружить и устранить дефект. Способ прост в реализации и обычно обеспечивает быстроту проверки, но имеет и ряд недостатков: необходимо иметь в комплекте ЗИП большое количество разнообразных блоков, узлов, элементов; отсутствует возможность выявления причин отказа; возможен отказ вновь установленного элемента из-за нарушения режима работы. Обычно способ замены применяется, когда проверяе­мый элемент легкосъемный и недорогой.

Способ исключения элемента из схемы состоит в том, что проверяемый элемент отключается, т.е. шунтируется. Если при этом признак отказа системы устраняется, то дела­ется вывод об отказе отключаемого, или шунтированного, эле­мента. Этот способ позволяет быстро обнаружить дефектный элемент, особенно при отказе типа „короткое замыкание", но он может применяться только для тех элементов, отключение которых не вызывает других отказов в системе.

Способ введения дефекта реализуется отключением или шунтированием участка электрической цепи, отключением питания от какого-либо блока, т.е. введением дополнительно­го дефекта и наблюдением за признаками этого дефекта. По признакам дополнительного дефекта делают вывод о характе­ре основного дефекта. Способ чаще применяют при проверке элементов релейно-контактных схем, в которых для этого вводят искусственные перемычки или разрывы цепи. В качестве не­достатка способа следует отметить необходимость проведения анализа работы СЭО или ЭСА после введения дополнительного дефекта.

Промежуточными измерениями контрольно-из­мерительной аппаратурой определяют параметры блока или непосредственно его элементов. Результаты измерений сравни­вают с данными эксплуатационной документации и на основа­нии этого делают вывод о состоянии блока (элемента). Способ применим при наличии информации о параметрах проверяе­мого элемента и необходимой контрольно-измерительной аппа­ратуры, а также в случае доступности соответствующих точек для выполнения измерений.

Сущность способа характерного признака состоит в том, что на вход проверяемого блока подается тестовый сиг­нал с определенными, заранее заданными характеристиками. По характерным признакам выходного сигнала делают вывод о месте дефекта. Способ применяют при наличии устройств, вы­рабатывающих тестовый сигнал и анализирующих сигнал на выходе проверяемого блока.

Отметим, что необходимым условием поиска дефекта с ми­нимальными затратами является изучение обслуживающим персоналом характерных дефектов (неисправностей) СЭО и ЭСА и признаков их проявления.