Диагностика отказов системы регулирования уровня в баке (стр. 14 из 18)

Таблица 3.6.

Обучение сети

Отказы	выход 1	выход 2	выход 3
утечка в баке 1, fc1	1	0	0
отказ задвижки, fc2	0	1	1
отказ исполнительного механизма	0	0	1

На рисунках 3.30 – 3.35 представлены выходы нейронной сети при рассматриваемых отказах.

Рис. 3.30. Реакция выходов сети на утечку в баке

Рис.3.31. Реакция выходов сети на отказ задвижки

Рис. 3.32. Реакция выходов сети на отказ исполнительного механизма

Рис. 3.33. Реакция выходов сети на отказ утечку в баке (зарождающийся отказ)

Рис. 3.34. Реакция выходов сети на отказ задвижки (зарождающийся отказ)

3.5. Основные выводы и результаты

В результате работы был разработан алгоритм диагностики отказов элементов системы управления, основный на использовании математических моделей.

Была разработана методика диагностики отказов с использованием наблюдателей состояния и наблюдателей при неизвестном входе.

Данная методика позволяет:

- выявлять отказы всех элементов системы;

- выявлять как внезапные, так и зарождающиеся отказы с минимальной задержкой выявления;

- изолировать отказы датчиков и исполнительных механизмов путем построения схем изоляции Франка или Кларка.

Наблюдатели неизвестного входа позволяют создать надежные алгоритмы диагностики отказов. Такие алгоритмы позволяют создать систему диагностики отказов чувствительную только отказам, при наличии отличия модели от реальной системы управления. Данный метод позволяет минимизировать возможность возникновения ложных сигналов отказов. Однако создание такой системы диагностики является достаточно сложной задачей, так как воздействие на систему моделируемых неопределенностей (возмущения и ошибки моделирования) не известно. Проектирование схем диагностики с помощью наблюдателей при неизвестном входе возможно в случае, если моделируемые неопределенности могут быть представлены как неизвестный вход системы с известной матрицей распределения.

Метод диагностики, основанный на использовании наблюдателей позволяет выполнить диагностику отказов датчиков и исполнительных механизмов. Задача изоляции отказов объекта управления в этом методе не рассматривается. Для решения этой задачи было предложено использовать классификационные нейронные сети.

Для исследования методики диагностики, в качестве тестового примера, была рассмотрена система регулирования уровня жидкости в баке, являющаяся упрощенным вариантом типового объекта автоматизации радиохимических производств – смесителя-отстойника.

В целях исследования была создана модель системы регулирования, содержащая модели отказов элементов системы регулирования.

Было предложено два варианта решения задачи диагностики. Первый основан на принципе формирования рассогласований с помощью наблюдателей состояния, второй на наблюдателях при неизвестном входе. Было выполнено проектирование системы диагностики и имитационное моделирование.

Метод диагностики с помощью наблюдателей состояния отличается простой процедурой проектирования и легким для использования алгоритмом, что является его неоспоримым преимуществом.

Метод диагностики с помощью наблюдателей при неизвестном входе, хотя и обладает легким для использования алгоритмом диагностики, отличается не - простой процедурой проектирования.

Метод, основанный на использовании наблюдателей позволяет выявлять и изолировать отказы датчиков и исполнительных механизмов с минимальной задержкой; выявление внезапных отказов осуществляется так же быстро, как и зарождающихся.

Изоляция отказов объекта управления может быть выполнена с помощью нейронной сети. Сеть классифицирует образцы рассогласований для различных отказов, тем самым позволяя изолировать отказы. Данный метод выявляет как внезапные, так и зарождающиеся отказы. Однако выявление последних происходит со значительной задержкой.

4. Безопасность жизнедеятельности

В данной дипломной работе осуществляется исследование алгоритмов управления и методов диагностики отказов элементов АСУТП. Данная работа носит научно-исследовательский характер и, следовательно, в данном разделе будет выполнен анализ опасных и вредных производственных факторов, воздействию которых может подвергаться исследователь, и описаны мероприятия, снижающих их воздействие на человека и окружающую среду.

4.1. Анализ опасных и вредных производственных факторов

При работе с ПЭВМ на человека оказывают воздействие следующие опасные и вредные производственные факторы (ОВПФ) (ГОСТ 12.0.003-80):

1. ОВПФ физической группы:

повышенный уровень шума на рабочем месте;

повышена или пониженная температура окружающей среды;

статическое электричество;

электромагнитное излучение;

недостаточная освещенность рабочей зоны.

2. ОВПФ психофизиологической группы:

физические перегрузки (статические);

нервно-психические перегрузки: (умственное перенапряжение; перенапряжение анализаторов; монотонность труда; эмоциональные перегрузки),

Источником шума в офисных помещениях часто являются механические устройства ЭВМ. Человек, работая при шуме, привыкает к нему, но продолжительное действие сильного шума вызывает общее утомление, может привести к ухудшению слуха, а иногда и к глухоте. Эти вредные последствия проявляются тем больше, чем сильнее шум и продолжительнее его воздействие.

Повышенная температура окружающего воздуха обусловлена нагревом вычислительной техники, другими долго работающими устройствами, что создает дискомфортную среду, вызывает нервное раздражение человека.

Основной причиной плохой освещенности рабочего места является недостаточное количество осветительных приборов, неправильная их ориентация и расположение.

Устройства визуального отображения информации (экраны дисплеев ПЭВМ, ВДТ) выделяют рентгеновское, радиочастотное, видимое, ультрафиолетовое излучения, величина которых ниже безопасного уровня, но они являются вредными и опасными видами излучения для профессиональных программистов, операторов ПЭВМ.

Нервные перегрузки и быстрое утомление возникают из-за монотонного труда оператора, длительного сохранения статического напряжения мышц спины, рук, ног.

4.2. Мероприятия по производственной санитарии

Мероприятия по производственной санитарии направлены на предотвращение неблагоприятного влияния на здоровье человека вредных факторов производственной среды и трудового процесса при работе с ПЭВМ.

4.2.1. Требования к ПЭВМ

ПЭВМ должны соответствовать требованиям, содержащихся в СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. В соответствии с этим нормативным документом:

допустимые уровни звукового давления и уровней звука, создаваемых ПЭВМ, не должны превышать значений, представленных в таблице 4.1;

временные допустимые уровни электромагнитных полей (ЭМП), создаваемых ПЭВМ, не должны превышать значений, представленных в таблице 4.2;

допустимые визуальные параметры устройств отображения информации представлены в таблице 4.3. Для дисплеев на ЭЛТ частота обновления изображения должна быть не менее 75 Гц при всех режимах разрешения экрана, гарантируемых нормативной документацией на конкретный тип дисплея, и не менее 60 Гц для дисплеев на плоских дискретных экранах (жидкокристаллических, плазменных и т.п.);

концентрации вредных веществ, выделяемых ПЭВМ в воздух помещений, не должны превышать предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных для атмосферного воздуха;

мощность экспозиционной дозы мягкого рентгеновского излучения в любой точке на расстоянии 0,05 м от экрана и корпуса ВДТ (на электронно-лучевой трубке) при любых положениях регулировочных устройств не должна превышать 1 мкЗв/час (100 мкР/час);

конструкция ПЭВМ должна обеспечивать возможность поворота корпуса в горизонтальной и вертикальной плоскости с фиксацией в заданном положении для обеспечения фронтального наблюдения экрана ВДТ; дизайн ПЭВМ должен предусматривать окраску корпуса в спокойные мягкие тона с диффузным рассеиванием света; корпус ПЭВМ, клавиатура и другие блоки и устройства ПЭВМ должны иметь матовую поверхность с коэффициентом отражения 0,4-0,6 и не иметь блестящих деталей, способных создавать блики;

конструкция ВДТ должна предусматривать регулирование яркости и контрастности;

документация на проектирование, изготовление и эксплуатацию ПЭВМ не должна противоречить требованиям СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03.

Таблица 4.1.

Допустимые значения уровней звукового давления в октавных полосах частот и уровня звука, создаваемого ПЭВМ

Уровни звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими частотами									Уровни звука в
31,5 Гц	63 Гц	125 Гц	250 Гц	500 Гц	1000 Гц	2000 Гц	4000 Гц	8000 Гц	дБА
86 дБ	71 дБ	61 ДБ	54 дБ	49 дБ	45 дБ	42 дБ	40 дБ	38 дБ	50

Таблица 4.2.

Временные допустимые уровни ЭМП, создаваемых ПЭВМ

Наименование параметров		ВДУ ЭМП
напряженность	в диапазоне частот 5 Гц-2 кГц	25 В/м
электрического поля	в диапазоне частот 2 кГц-400 кГц	2,5 В/м
плотность магнитного	в диапазоне частот 5 Гц-2 кГц	250 нТл
потока	в диапазоне частот 2 кГц-400 кГц	25 нТл
электростатический потенциал экрана видеомонитора		500 В

Таблица 4.3.