Алгоритмы диагностирования преобразователей частоты Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 63-83-52:519.768.2

АЛГОРИТМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ

© М.П. Дунаев1, А.М. Дунаев2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Рассмотрены основные логические алгоритмы технического диагностирования для наладки преобразователя частоты. Описаны два новых логических алгоритма диагностирования для наладки преобразователя частоты и построены их графы. Определена структура базы знаний диагностического экспертного комплекса для наладки преобразователей частоты.

Ключевые слова: диагностика; алгоритм; наладка; преобразователь частоты.

FREQUENCY CONVERTER DIAGNOSTIC ALGORITHMS M.P. Dunaev, A.M. Dunaev

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

Having discussed basic logical algorithms of technical diagnosis for frequency converter debugging, the paper describes two new logical diagnostic algorithms used for this purpose. The graphs of technical diagnostic algorithms for frequency converter debugging are built and the knowledge base structure of the diagnostic expert complex for frequency converter debugging is determined.

Keywords: diagnosis; algorithm; debugging; frequency converter.

Введение. Эффективность наладки преобразователей частоты (ПЧ) во многом зависит от качества методов диагностирования. Существующие алгоритмы диагностирования [1, 2], на которых основаны методы половинного деления в известных модификациях, а также времявероятностный метод, не являются оптимальными. Эффективность их применения в значительной степени зависит от разных факторов. Вследствие этого представляется важным модифицирование известных алгоритмов диагностирования, позволяющих повысить эффективность наладки ПЧ.

Алгоритмы диагностирования. Рассмотрим новые алгоритмы диагностирования на примере преобразователя частоты.

Функциональная схема ПЧ представлена на рис.1, где обозначено: ВА - вводной автоматический выключатель; ВФ - входной фильтр; НВ - неуправляемый выпрямитель; СФ - сглаживающий фильтр; АИ - автономный инвертор; Н - нагрузка преобразователя; БП - блок питания системы управления; СУ - система управления; ПУ - панель управления; ~ис - напряжение питающей сети переменного тока; ивх - входное напряжение силовой схемы преобразователя; ивых -выходное напряжение преобразователя; ибп - выходное напряжение блока питания; иу - сигнал задания выходной частоты.

На рис. 2 показана логическая модель ПЧ, построенная по функциональной схеме рис. 1 в соответствии с принятыми допущениями [1]. Входные и выходные сигналы ПЧ представлены вершинами с символами X, и I,, где / - индекс элемента логической модели, на

вход (с выхода) которого поступают (выходят) сигналы. Элементы ПЧ представлены вершинами с индексами /, соответствующими номерам элементов на схеме рис. 1.

Входные внешние сигналы Х1, Х2 соответствуют сигналам ис, иу на рис. 1. Внешний выходной сигнал (рис. 2) соответствует выходному сигналу 1н (см. рис. 1).

Представим модель ПЧ (рис. 2) в виде системы логических уравнений:

Z, = e1 A х1 Z2 = e2 A Zi

Z3 = eeA Z2 Z4 = e4 A Z3 Z5 = e5A Z4A Z8 j- (1)

Z6 = e6 A Z5 Z7 = e7 A Zi Z8 = e8 A Z7A Z9 Z9 = e9 A Z7,

где е, - характеризует внутреннее состояние /-го функционального блока (е, = 0 - неисправен, е, = 1 - исправен).

Средние затраты диагностирования для определения одного технического состояния объекта диагностирования (ОД), обозначенные как С(10,ЕТ), могут быть найдены по выражению

1Дунаев Михаил Павлович, доктор технических наук, профессор кафедры электропривода и электрического транспорта, тел.: (3952) 405128, e-mail: [email protected]

Dunaev Mikhail, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Electric Drive and Electric Transport, tel.: (3952) 405128, e-mail: [email protected]

2Дунаев Андрей Михайлович, студент, тел.: (3952) 405128, e-mail: [email protected] Dunaev Andrei, Student, tel.: (3952) 405128, e-mail: [email protected]

Рис. 1. Функциональная схема ПЧ

Рис. 2. Логическая модель ПЧ

С (^0 , ЕТ )

N

Z:

= Х [Р(еЦ г(ек)],

(2)

г=1

Zo

где 10 - первая проверка алгоритма диагностирования; р(е) - вес /-го технического состояния среди других технических состояний; 1(е) - время проверки /-го блока; е, - техническое состояние /-го функционального блока; Е - множество технических состояний Т

Z¡

объекта диагностирования; ^ Е ; ^^ £(еЛ ) -

г Т 7

Zo

сумма времен проверок алгоритма диагностирования от проверки 10 до проверки I,.

Выражение (2) позволяет определить качество любого алгоритма диагностирования при различных временах элементарных проверок и весах технических состояний ОД и может быть использовано как целевая функция оптимизации алгоритмов диагностирования.

Рассмотрим новый алгоритм диагностирования по критериям минимума времени первой проверки ^ и с учетом неравных вероятностей технических состояний (МР-алгоритм) на примере поиска неисправностей в схеме ПЧ (рис. 1). Этот алгоритм отличается от известного 1М^-алгоритма (алгоритма диагностирования по критериям минимума времени первой проверки и с учетом характеристик относительной вероятности) стратегией выбора проверок после первой элементарной проверки Z0. По данному алгоритму последующие после Z0 проверки выбираются с учетом характеристик относительной вероятности. Первая проверка при построении МР-алгоритма должна обладать наименьшим значением времени проверки 1(е), а при равенстве времен элементарных проверок 1(е) в качестве первой следует выбирать такую, которая контролирует функциональный элемент, расположенный ближе к центральной части функцио-

нальной схемы ОД. Порядок остальных элементарных проверок данного алгоритма соответствует Р-алгоритму [1].

Граф алгоритма, построенный по этому методу (МР-алгоритм), показан на рис. 3.

Кружками с цифрами внутри обозначены элементарные проверки I ^=1, 2..М); цифрами 1 и 0 - результаты проверок блоков (исправен - неисправен); прямоугольниками - итоги диагностирования (цифра внутри прямоугольника означает номер неисправного блока).

Рассмотрим граф алгоритма, показанный на рис. 3, более детально. Исходя из вышеизложенного, в качестве первой элементарной проверки выбираем проверку четвертого блока 14 (рис. 2), т.к. она обладает минимальным временем проверки (14 = 0,02 из табл. 1). Если результат проверки будет положительным (14 =1), далее следует проверить пятый блок. В случае =1 определится, что неисправен шестой блок. В противном случае (15 = 0) необходимо проверить девятый блок. Если результат проверки будет положительным (19 =1), далее следует проверить восьмой блок. В противном случае (19 = 0) необходимо проверить седьмой блок. В случае 18 =1 определится, что неисправен пятый блок, а если 18 = 0, то неисправен восьмой блок. Аналогично результат проверки 17 = 1 даст неисправность девятого блока, а при 17 = 0 будет неисправным седьмой блок.

Если же результат проверки четвертого блока будет отрицательным (14 = 0), далее следует проверить второй блок. Если результат проверки второго блока будет положительным (12 = 1), далее следует проверить третий блок. В противном случае (12 = 0) необходимо проверить первый блок. В случае 13 = 1 определится, что неисправен четвертый блок, а если 13 = 0, то неисправен третий блок. Аналогично результат проверки первого блока 11 = 1 даст неисправность второго блока, а при 11 = 0 будет неисправным первый блок.

Рис. 3. Граф МР-алгоритма диагностирования ПЧ

В зависимости от исходов промежуточных проверок алгоритм диагностирования может составлять от 2 до 4 шагов.

Номер блока / в функциональной схеме ПЧ, вес технического состояния р(е), время доступа (цена проверки) 1(е) и значение р(е)Л(е) для элементов ПЧ указаны в табл.1.

ОД. Порядок остальных элементарных проверок данного алгоритма соответствует РТ-алгоритму [1].

Граф алгоритма, построенный по этому методу (МРТ-алгоритм), показан на рис. 4.

Рассмотрим граф алгоритма, показанный на рис. 4, более детально.

Исходя из вышеизложенного, в качестве первой

Таблица 1

Характеристики технического состояния ПЧ

/ 1 2 3 4 5 6 7 8 9

р(е) 0,01 0,04 0,05 0,02 0,4 0,1 0,14 0,2 0,04

Не) 0,05 0,05 0,1 0,02 0,07 0,06 0,05 0,5 0,1

р(е)Л(е) 0,2 0,8 0,5 1 5,71 1,67 2,8 0,4 0,4

Средние затраты диагностирования для МР-алгоритма диагностирования ПЧ могут быть найдены по выражению (2):

С(2о,ЕТ)=Р(е4Ще4) +р(е)((е4) +^е2)]+р(е3)Р(е4) +№2)+ +1(еэ)]+р(е1)[!(е4)+1(е2) +Це1)]+р(е5)[1(е4)+1(е5)]+р(е9)[1(е4)+ +1(е5)+1(е9)]+р(е7)[!(е4)+Це*) +1(е9) +1(е7)]+р(е8)[!(е4) +Це*)+ +1(е9)+1(е7)]=0,2281.

Рассмотрим другой новый алгоритм диагностирования по критериям минимума времени первой проверки t1 и с учетом времявероятностных характеристик технических состояний (МРТ-алгоритм) на примере поиска неисправностей в схеме ПЧ (см. рис. 1).

Этот алгоритм отличается от известного МV-алгоритма (алгоритма диагностирования по критериям минимума времени первой проверки ^ и с учетом характеристик относительной вероятности) стратегией выбора проверок после первой элементарной проверки Z0. По данному алгоритму последующие после Zo проверки выбираются с учетом времявероятностных характеристик технических состояний. Первая проверка при построении МРТ-алгоритма должна обладать наименьшим значением времени проверки 1(е), а при равенстве времен элементарных проверок 1(е) в качестве первой следует выбирать такую, которая контролирует функциональный элемент, расположенный ближе к центральной части функциональной схемы

элементарной проверки выбираем проверку четвертого блока 14 (рис. 2), т.к. она обладает минимальным временем проверки (14 = 0,02 из табл. 1). Если результат проверки будет положительным (14 = 1), далее следует проверить пятый блок. В случае 15 = 1 определится, что неисправен шестой блок. В противном случае (15 = 0) необходимо проверить седьмой блок. Если результат проверки окажется положительным (17 = 1), далее следует проверить девятый блок. В противном случае (17 = 0) неисправным будет седьмой блок. При проверке девятого блока в случае 19 = 0 определится, что неисправен девятый блок, а если 19 = 1, то необходимо проверить восьмой блок. Результат проверки 18 = 1 даст неисправность пятого блока, а при 18 = 0 будет неисправным седьмой блок. Если же результат проверки четвертого блока окажется отрицательным (14 = 0), далее следует проверить второй блок. Если результат проверки второго блока будет положительным (22 = 1), далее следует проверить третий блок. В противном случае (22 = 0) необходимо проверить первый блок. В случае 13 = 1 определится, что неисправен четвертый блок, а если 13 = 0, то неисправен третий блок. Аналогично результат проверки первого блока 11 = 1 даст неисправность второго блока, а при 11 = окажется неисправным первый блок.

Рис. 4. Граф МРТ-алгоритма диагностирования ПЧ

Сравнение алгоритмов диагностирования

Таблица 2

Название алгоритма Средние затраты C(Z0,EТ) Место алгоритма

МРТ-алгоритм 0,2261 1

МР-алгоритм 0,2281 2

РТТ-алгоритм [6] 0,2285 3

РТБ-алгоритм [4] 0,229 4

РТ-алгоритм [5] 0,254 5

РТР-алгоритм [5] 0,2879 6

РТУ-алгоритм [3] 0,3387 7

ПИ-алгоритм [7] 0,4415 8

Ы-алгоритм [1] 0,4595 9

МУ-алгоритм [2] 0,462 10

Р-алгоритм [1] 0,5141 11

Т-алгоритм [1] 0,5598 12

В зависимости от исходов промежуточных проверок алгоритм диагностирования может составлять от 2 до 5 шагов.

Средние затраты диагностирования для МРТ-алгоритма диагностирования ПЧ находятся по выражению (2)

C(Zo,Eт)=p(e4)t(e4)+p(e2)[t(e4)+t(e2)]+p(e3)[t(e4)+t(e2)+ +t(e3)]+p(e1)[t(e4)+t(e2)+t(e1)]+p(e5)[t(e4)+t(e5)]+p(e7)[t(e4)+ +t(e5)+t(e7)]+p(e9)[t(e4)+t(e5)+t(e7)+t(e9)]+p(e8)[t(e4)+t(e5)+ +Не7)+Не9)+Не8)] = 0,2261.

Проведем сравнение двух предложенных алгоритмов диагностирования (МР-алгоритма и МРТ-алгоритма) с известными алгоритмами диагностиро-

вания. Результаты сравнения представлены в табл. 2.

Выводы. Исходя из результатов сравнения алгоритмов диагностирования преобразователя частоты (табл. 2), наиболее эффективными оказались два предложенных алгоритма (МР-алгоритм и МРТ-алгоритм), при этом МРТ-алгоритм занял первое место, а МР-алгоритм - второе.

Таким образом, в качестве основы для построения структуры базы знаний программного комплекса для наладки преобразователей частоты был принят МРТ-алгоритм, имеющий наименьшие средние затраты ^0,Eт).

Статья поступила 02.12.2014 г.

1. Осипов О.И., Усынин Ю.С. Техническая диагностика автоматизированных электроприводов. М.: Энергоатомиз-дат, 1991. 160 с.

2. Дунаев М.П. Экспертные системы для наладки электропривода. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004. 138 с.

3. Дунаев М.П. Многокритериальный логический метод диагностирования // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. ИрГУПС. 2011. Спецвыпуск. С. 179-182.

4. Дунаев М.П., Ушаков К.Ю. Времявероятностный метод для диагностирования электрооборудования электровоза // Вестник ИрГТУ. 2012. № 10 (69). С. 224-232.

ский список

5. Мытник И.А. Разработка РТР-алгоритма для диагностирования электрооборудования // Вестник ИрГТУ. 2013. № 6. С. 166-169.

6. Мытник И.А. Модернизированный метод поиска неисправностей для устройств плавного пуска // Вестник ИрГТУ. 2013. № 4. С. 163-167.

7. Лебедев Л.С. Модернизированный метод поиска неисправностей на основе П-алгоритма // Вестник ИрГТУ. 2014. № 1(84). С. 141-146.

УДК 536.24

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМ ПЫЛЕПРИГОТОВЛЕНИЯ КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ

© С.Д. Иванов1, А.Н. Кудряшов2, В.В. Ощепков3

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск ул. Лермонтова, 83.

Разработан алгоритм определения массовой концентрации пыли по экспериментальным данным. Проведен анализ экспериментальных и расчетных данных по концентрации пыли на ТЭЦ ОАО «Иркутскэнерго». Получены зависимости аэродинамических сопротивлений шаровой барабанной мельницы Ш-16, шаровой конической мельницы ШК-32 с центробежными сепараторами диаметром 3,42 и 4,25 м при размоле азейского бурого угля от плотности кинетической энергии потока, концентрации пыли и тонины помола пыли за сепаратором. Показано, что они существенно отличаются от нормативных рекомендаций.

Ключевые слова: массовая концентрация угольной пыли; тонина помола пыли; аэродинамическое сопротивление; шаровая барабанная мельница; центробежный сепаратор.

DETERMINATION OF AERODYNAMIC RESISTANCE PARAMETERS OF BOILER UNIT DUST PRODUCTION SYSTEM ELEMENTS BY EXPERIMENTAL DATA S.D. Ivanov, A.N. Kudryashov, V.V. Oshchepkov

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

An experiment data-based algorithm for determining mass concentration of dust is developed. Having analyzed the experimental and calculation data on dust concentration at heat power stations of JSC Irkutskenergo, the authors have obtained the dependences of aerodynamic resistances of a Ш-16 cylindrical ball mill, ШК-32 conical ball mill and centrifugal separators with diameters of 3.42 m and 4.25 m at grinding azeisky brown coal on the density of the flow kinetic energy, dust concentration and fineness. It is shown that they essentially differ from standard recommendations. 14 figures. 7 sources.

Keywords: mass concentration of carbon dust; dust fineness; aerodynamic resistance; cylindrical ball mill; centrifugal separator.

Нормативной литературой рекомендовано использование шаровых барабанных мельниц для размола антрацитов, полуантрацитов и каменных углей [1, 2]. На тепловых электростанциях ОАО «Иркутскэнерго» шаровые барабанные мельницы используются для размола бурых углей. Вследствие этого возникают некоторые трудности при анализе сопротивления пылеприготовительного тракта по нормативной методике [3, 4]. Стоит также отметить, что по условиям взрывобезопасности концентрация пыли бурых углей (для азейского угля ^=0,4+1,5 кг/м3) должна быть ниже, чем концентрация пыли антрацита (практически нет ограничений, в [1] используется ^=1,46 кг/кг). Реальные значения концентрации пыли изменяются в диапазоне 0,4+0,7 кг/кг. В этой области поведение аэродинамического сопротивления плохо изучено, что, по-видимому, связано с особенностями потока угольных частиц [5, 6].

Аэродинамическое сопротивление элементов оборудования систем пылеприготовления котельных агрегатов обычно определяется уравнением [1, 2, 5]

2

АР = 4(1 , (1)

где 4 - коэффициент аэродинамического сопротивления; К - экспериментальный коэффициент Гастер-штадта, отражающий влияние на сопротивление массовой концентрации ¡1 пыли в газе; р - плотность газовой фазы; ш - скорость газа на данном участке.

Сопротивление элементов оборудования пылеси-стем на незапыленном газе хорошо изучено. В то же время в вопросе учета концентрации пыли имеется много неясностей. В нормативной литературе [1] ^0,6+3 - в зависимости от конструктивного типа элемента пылесистемы. При испытаниях систем пыле-

1Иванов Сергей Дмитриевич, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теплоэнергетики, тел.: 89148947729, e-mail: [email protected]

Ivanov Sergei, Candidate of Physical and Mathematical sciences, Associate Professor of the Department of Heat Power Engineering, tel.: 89148947729, e-mail: [email protected]

2Кудряшов Александр Николаевич, кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой теплоэнергетики, тел.: 89086639363, e-mail: [email protected]

Kudryashov Alexander, Candidate of technical sciences, Associate Professor, Head of the Department of Heat Power Engineering, tel.: 89148947729, e-mail: [email protected]

3Ощепков Василий Владимирович, аспирант, тел.: 89501181935, e-mail: [email protected] Oshchepkov Vasily, Postgraduate, tel.: 89501181935, e-mail: [email protected]