بخشی از مقاله
چکیده
امروزه با توجه به اهمیت سیستم هایی ریلی در جابجایی مسافر، دارا بودن شرایطی چون ایمنی در حمل و نقل، هزینه کم و سرعت درپروسه تعمیرات و نگهداری ضروری به نظر می رسد. در واقع مسئله اصلی، تشخیص به موقع خطاهای به وجود آمده و اجرای روشهای مختلف جبران خطا، قبل از این که خسارت سنگینی به سیستم تحمیل شود، میباشد. در گذشته در بسیاری از شبکه های ریلی بازدید از ناوگان و زیر بنا به صورت دستی انجام می گرفت، که این روش از یک سو به علت خطا و عدم بازدید صحیح عامل انسانی باعث بروز سوانح وخسارات سنگین می گردید و از سوی دیگر کند بودن پروسه بازدید دستی، کاهش بهره وری و افزایش هزینه را دربر داشت.
در حال حاضر در پی توسعه روز افزون صنعت ریلی و تولید قطار های با سرعت بالا، مسئله تامین ایمنی و به طور کلی تشخیص و شناسایی عیوب و بر طرف کردن آنها پر رنگ تر شده است. در این مقاله ابتدا سیستم های تشخیص وشناسایی خطا معرفی شده، در ادامه خطا های رایج درسیستم های ریلی و روش های نوین برای تشخیص و شناسایی خطا مورد بررسی قرار می گیرد, درنهایت مقایسه میان این روشها از مناظر گوناگون انجام می گیرد.
مقدمه
مانیتورینگ وضعیت برای سیستم های ریلی در سالهای اخیر در مراکز دانشگاهی و صنایع ریلی روز به روز در حال گسترش می باشد افزایش تحقق پذیری این سیستم ها و همچنین خواسته هایی چون ایمنی و افزایش قابلیت ها و بازده سیستم با اعمال روشهای مختلف تشخیص و شناسایی خطا امکان پذیر خواهد شد. هم زمان با توسعه بیشتردینامیک سیستم های ریلی توسعه های بسیاری در سیستم پایش وضعیت فراهم شده و انواع مختلف این روشها به منظور دست یابی به نظارت بیشتر در این سیستم ها به آنها اعمال شده است. روشهای شناسایی خطا به سه دسته عمده تقسیم بندی می شوند.
بخش اول روشهای مبتنی بر دانش 1 به این ترتیب که امکان استفاده ازاطلاعات کیفی و نتایج تجربی برای اعمال این روش های وجود داردو بخش دوم روشهای بر مبنای سیگنال که بطور عمده در ماشینهای گردان و سیستم های مکانیکی کاربرد دارد با توجه به ماهیت ویژه هر سیگنال به عنوان مثال سیگنال جریان استاتوردر موتور های الکتریکی ویا سیگنال ارتعاش بدنه موتور, در هنگام گرفتن تبدیل فوریه خطاهای موجود در سیستم شناسایی می شوندتا به کمک آن امکان تشخیص و شناسایی خطا در سیستم فراهم شود.
بخش سوم از این روشها به روشهای بر مبنای مدل تقسیم بندی می شوند. در مورد روشهای بر مبنای مدل2 همیشه یک مدل مشخص ویا تخمین زده شده از سیستم درحال کار وجود دارد. این روشها که بدلیل ماهیت سیستمی و ریاضی بیشتر مورد توجه مهندسین کنترل قرار می گیرند بر این اساس هستند که با توجه اختلافی که پارامترها و یا متغیرها در دو سیستم مورد مقایسه نشان می دهند اندازه و نوع خطاهای موجود شناسایی می شوند. این روشها شامل سه رهیافت جداگانه ی, تخمین پارامتری,روشهای بر مبنای مشاهده گروروش روابط تعادلی می باشند.
-1سیستمهای مونیتورینگ و تشخیص عیب
ازآنجا که یک عیب آشکار نشده در سیستم میتواند خسارات قابل توجهی ایجاد کند. تقاضاهای قابل ملاحظهای برای کاهش این هزینهها و تامین ایمنی در سیستمها وجود دارد. چنانچه بتوان روند پیشرفت عیب را بدست آورده و قطعه معیوب را قبل ازاینکه سیستم از کار بیفتد، با یک قطعه جدید جایگزین نمود، که این امر باعث کاهش هزینهها وافزایش درآمد و همچنین افزایش عمر مفید دستگاهها میشود. استفاده از این سیستمهای عیبیابی هم اکنون در کشورهای صنعتی دنیا فراگیر شده و شاخه جداگانهای از علوم به نام مهندسی تعمیرات3 را بوجود آورده است.[1]
-2-1 تاریخچه
تعمیرات و عیبیابی سیستمها از زمان استفاده از سیستمهای خیلی ساده در صنعت تاکنون که عصر اتوماسیون کامل صنایع است همواره وجود داشته است. در ابتدا تعمیر و نگهداری سیستمها بر عهده افراد با تجربهای بود که شرایط کار سیستم را از روی مشخصههای آن مثل صدای آن حدس میزدند و عیوب احتمالی ایجاد شده در سیستم را تشخیص میدادند. اگرچه استفاده از این روش بسیار محدودتر شده است اما هنوز برای عیبیابی سیستمهای ساده مورد استفاده قرار میگیرد. با پیشرفت سریع تکنولوژی، نیاز به سیستمهای جانبی که بصورت خودکار شرایط کاری سیستم را گزارش کنند، پدید آمد.
اهمیت اینگونه سیستمها اولین بار در جنگ جهانی دوم آشکار شد، زمانی که ماشینهای مورد استفاده در جنگ به سرعت معیوب میشدند در حالیکه تعداد استادکاران ماهر برای عیبیابی و تعمیرات آنها کافی نبود. این سیستمها که به سیستمهای مانیتورینگ و عیبیابی مشهورند در هر لحظه شرایط سیستم را بررسی کرده و عیوب احتمالی را گزارش میدهند. در ابتدا بدلیل محدودیتهای عملی تکنیکهای طراحی سیستمهای مانیتورینگ شامل الگوریتمهای ساده با محاسبات کم بود. در نتیجه گزارشات دریافتی از آنها اغلب با درصد زیادی خطا همراه بود. امروزه با پیشرفت سخت افزاری و نرمافزاری کامپیوترها قابلیت اجرای الگوریتمهای پیچیدهتر نیز فراهم آمده است بطوریکه الگوریتمهایی که قبلا به دلیل سرعت پایین پردازشگرها قابل اجرا نبودند امروزه میتوانند در مانیتورینگ سیستمها بصورت on-line مورد استفاده قرار گیرند.[2]
-3-1 ضرورت استفاده از سیستمهای مانیتورینگ و عیب یابی
ضرورت استفاده از اینگونه سیستمها در چهار عنوان زیر قابل بررسی است.[3]
الف - کاهش هزینههای تعمیر و نگهداری با استفاده از این سیستمها، میتوان قبل از اینکه خسارات زیادی به سیستم وارد شود، عیب را تشخیص داده و آن را برطرف کرد. اهمیت این موضوع برای صنایع مهمی نظیر صنایع حمل و نقل هوایی وریلی، نیروگاهها، خطوط انتقال و ... بیشتر احساس میشود.
ب - تنظیم بهینه جداول زمانبندی تعمیرات سیستم جدول زمانی تعمیرات سیستم بصورت پریودیک تنظیم میشود، در حالیکه ممکن است سیستم به تعمیر احتیاجی نداشته
باشد. با استفاده از سیستمهای مانیتورینگ میتوان جدول تعمیرات زمانی را به صورت بهینه تنظیم کرد.
ج - قابلیت اطمینان بالا و جلوگیری از بروز خطاهای نیروی انسانی از آنجا که در صنایع حساس نظیر صنایع ریلی و هوایی، صنایع شیمیایی، راکتورهای اتمی و... ریسک ناشی از خطاهای نیروی
انسانی پذیرفته شده نیست. بنابراین استفاده از این سیستمها امری اجتناب ناپذیر است.
د - عیب یابی سیستمهای پر کاربرد از این سیستمها میتوان برای عیبیابی سیستمهای پرکاربرد نظیر موتورهای الکتریکی، خطوط انتقال نیرو و...استفاده کرد.
-4-1معرفی کلی سیستمهای Fault Diagnosis
برای معرفی سیستمهای Fault Diagnosis ابتدا به چند تعریف اساسی در این زمینه میپردازیم. .[3]
تعریف Fault
Fault در لغت به معنی عیب و در اصل به معنی ایجاد یک تغییر ناخواسته در یک قسمت از سیستم به نحوی که رفتار آن را از حالت طبیعی و نرمال خارج میکند.
تعریف Failure
Failure به معنی خرابی کامل یک یا تعداد بیشتری از اجزاء سیستم است به نحویکه کار آن کاملاً متوقف می شود. بنابراین چنانچه Fault به موقع تشخیص داده نشود وجلوی پیشرفت آن گرفته نشود، منجر به Failure میشود که به معنی از کار افتادن سیستم میباشد. هدف استفاده از سیستمهای عیبیابی آشکارسازی عیب در مرحله Fault است.
-5-1وظایف یک سیستم تشخیص عیب
وظایف سیستمهای تشخیص عیب بصورت زیر دسته بندی میشود.[3]
Fault Detection:1
تصمیم در مورد اینکه در سیستم عیب رخ داده یا نه، اولین و کمترین انتظاری است که از این سیستمها میرود. Fault Detection شامل آشکارسازی همه انواع عیبها است ولی فقط وجود یا عدم وجود آن در سیستم را شامل میشود.
Fault Isolation:2
تشخیص محل وقوع عیب Fault Isolation نام دارد به عبارت دیگر قطعه معیوب در این مرحله شناسایی میشود
Fault Identification3
شناسایی خصوصیات عیب نظیر نوع و اندازه آن در این قسمت انجام میشود. با تکمیل اطلاعات مربوط به نوع و اندازه عیب بعد از آشکار سازی و تشخیص محل آن پروسه عیب یابی کامل میشود.
