Technická diagnostika

Jednoduchý diagnostický systém signalizuje poruchu objektu ohrožující jeho provoz. Složitější diagnostické systémy zpravidla klasifikují stupeň nebezpečnosti poruchy, její příčinu a v případě hrozící havárie zastavují automaticky provoz sledovaného objektu. Nejčastěji jsou ve strojírenství využívány systémy pro trvalé sledování vibrací v ustálených i proměnných provozních režimech. V řadě případů je výhodné a postačí problém řešit ve zvolených časových intervalech pomocí přenosného měřicího přístroje, který disponuje potřebnými funkcemi, tzv. provozním vyvažováním.

Základní problémy diagnostiky

Základním problémem diagnostiky je stanovení kritických míst u objektu se sledovaným provozem, ve kterých je možné vhodným snímačem s elektrickým výstupem měřit změnu fyzikální veličiny charakterizující poruchu, resp. její vznik a vývoj. Podle měřené změny jedné nebo více fyzikálních veličin lze stanovit spolehlivé kritérium charakterizující vznik a vývoj poruchy až do mezního stavu hrozícího havárií, a tedy i dobu, po kterou bude možno objekt ještě používat, a termín, kdy bude třeba provést jeho demontáž a opravu. Vznik, vývoj poruchy a vzniklá havárie jsou zpravidla v diagnostickém zařízení doprovázeny výstražným akustickým či světelným signálem, který bezprostředně obdrží obsluha sledovaného objektu, případně ještě obsluha navazujících zařízení.V různých oborech jsou nároky na technickou diagnostiku rozdílné.

Značné nároky jsou na ni kladeny např. v dopravních a bojových letounech, v kosmických dopravních prostředcích, u rychlovlaků atd., kde je mezi vznikem některých poruch a havárií jen krátký časový úsek využitelný pro účinnou záchrannou akci iniciovanou moderním diagnostickým systémem. Velmi nebezpečné mohou být také nezvládnuté poruchy rozsáhlých elektrárenských turbosoustrojí, u komplikovaných výrobních zařízení, u výkonných pohonů lodí apod., kde se následky mohou projevit především značnými ekonomickými ztrátami. Proto i zde jsou nároky na technickou diagnostiku velmi přísné. Evidentní je důležitost technické diagnostiky pohonných jednotek automobilů, obráběcích strojů, zařízení pro různé výrobní procesy atd. Nejjednodušší technická diagnostika je naopak známá např. z hotelových místnosti vybavených snímači teploty ohlašujícími případné nebezpečí požáru.

Spolehlivost a testování diagnostiky

S rychlým vývojem elektroniky a informační techniky stoupá i účinnost technické diagnostiky běžně vybavované výpočetní technikou se softwarem zaměřeným na rychlost, spolehlivost a přehlednost funkce diagnostické činnosti. Kritickými prvky diagnostických systémů jsou snímače fyzikálních veličin z hlediska dlouhodobé přesnosti a spolehlivosti, i když se v posledních letech podařilo zdokonalit jejich funkci doplněním obvody mikroelektroniky umožňujícími nastavovat jejich metrologické charakteristiky.

Je důležité snímače ve vhodných časových intervalech kalibrovat. Nelze opomíjet, že jsou často umístěny v místě ovlivněném nepříznivým působením poruchy. Diagnostika není zaměřována jen na ustálené režimy provozu sledovaných objektů, ale též na přechodové režimy, např. při nastavování a vypínání sledovaného objektu. Naměřené hodnoty (často různých fyzikálních veličin) jsou v diagnostických systémech číslicově zpracovány a názorně graficky zobrazovány.

Počítačová technika umožňuje provádět on-line výpočty stupňů nebezpečnosti poruchy provázené výstražnými signály, případně vedoucí k automatickému zastavení provozu. K testování diagnostických funkcí jsou na vstupy sledovaného objektu přiváděny tzv. simulační signály. To umožňuje realizovat algoritmy pro detekci i lokalizaci poruch. Při funkční diagnostice jsou vyšetřovány měřicí signály senzorů při běžných či mezních provozních režimech. Funkční diagnostická technika je zpravidla vestavěna do sledovaného objektu (např. u automobilu). Diagnostická centra mimo sledované objekty (např. pro obráběcí stroje, soustrojí pro výrobu elektrické energie) jsou převážně dokonale automatizována a slouží k diagnostice většího počtu objektů či míst. Pro dopravní techniku a některá energetická soustrojí se k diagnostickým informacím využívá vedle měřeného kmitání a teploty i tribotechnické analýzy.

Druhy diagnostiky

Jednotlivé druhy diagnostiky se rozlišují podle sledování různých fyzikálních veličin, které umožňují stanovit správná kritéria o provozním stavu sledovaného objektu:

vibrodiagnostika - v kritických bodech sledovaného objektu se měří a vyhodnocuje mechanické kmitání;

diagnostika modální analýzou - měří se a vyhodnocují vlastní frekvence mechanické konstrukce sledovaného objektu a jejich tlumení;

hluková diagnostika - v kritických místech sledovaného objektu se měří intenzita hluku a jeho frekvenční spektrum;

elektrodiagnostika - u sledovaného objektu se měří velikosti a změny elektrických veličin, změny ve funkci elektrických přístrojů, změny izolačních odporů elektrických vedení atd.;

teplotní diagnostika - v kritických místech sledovaného objektu se měří teplota a její změny;

termografická diagnostika - ve vybraných částech sledovaného objektu se měří a analyzuje teplotní pole;

tribodiagnostika - v kritických místech sledovaného objektu se provádí analýza aplikovaných maziv;

diagnostika statickým zatížením - v kritických místech sledovaného objektu se měří a analyzují statické síly, mechanické napjatosti a tlaky.

O rozsahu použité diagnostiky a jejím konkrétním provedení rozhodují výsledky úvah (podložené někdy i rozsáhlými výpočty) pokládající na jednu misku vah předpokládané výdaje na vybudování diagnostického systému, jeho provoz a obsluhu a výdaje spojené s přerušováním provozu sledovaného objektu. Na druhou misku vah patří hodnocení podstatně sníženého rizika ohrožení lidských životů, úspory vzniklé eliminací pravděpodobného počtu havárií, nová strategie údržby, snížení počtu náhradních dílů, prodloužení životnosti sledovaného objektu, zvýšení jeho prodejnosti atd. Praxe prokázala, že při seriózním zpracování této problematiky je téměř vždy převaha na straně diagnostiky. Kdyby tomu tak nebylo, ztratilo by zavádění diagnostiky smysl. Lze konstatovat, že ke zdokonalení a rychlému vývoji vestavěných diagnostických systémů podstatnou měrou přispěl rozvoj a miniaturizace elektroniky.

Vibrodiagnostika a provozní vyvažování strojů

Kromě systémů pro nepřetržitou vibrodiagnostiku je aktuální problém nadměrných vibrací řešen v některých případech také jejich občasným měřením. Jde převážně o vibrace způsobené nevývahou rotujících částí. Klasické metody vyvažování představují pro provozovatele stroje nutnost na delší dobu stroj odstavit, demontovat jeho rotor, dopravit jej na vyvažovací stroj a po ukončeném vyvažování jej vrátit zpět a provést jeho montáž. Tento problém lze řešit provozním vyvážením rotoru pomocí přenosného měřicího přístroje, který umožňuje vyvážit smontovaný stroj v provozu.

Od klasického vyvažování se tento způsob podstatně liší, protože předem neznáme vztah mezi velikostí vibrací a velikostí nevyvážené hmoty, která měřené vibrace způsobuje. Tento vztah je třeba nejprve zjistit. Prvním krokem při provozním vyvažování je zjištění výchozího vektoru vibrací vůči referenční značce libovolně umístěné na rotující části stroje. Následuje testovací běh, před kterým je nutno ve zvolené vyvažovací rovině přidat nebo ubrat vhodnou testovací hmotu, což má za následek změnu vektoru vibrací oproti výchozímu stavu. Z naměřených hodnot vibrací se vypočte velikost a úhlová poloha vyvažovací hmoty. Po provedení vlastního vyvažovacího zásahu se kontrolním během přesvědčíme, zda jsme dosáhli žádaného snížení vibrací. V negativním případě je nutno vypočíst další hodnotu vyvažovací hmoty a provést dodatečné vyvážení, v kladném případě je vyvažování ukončeno. U moderních přístrojů pro provozní vyvažování vybavených počítačem se postup vyvažování v jedné nebo ve dvou rovinách odvíjí v logickém sledu formou dialogu s numerickým nebo grafickým vyjádřením výsledků provozního vyvažování.

Na významu nabývá dálková i vestavěná diagnostika. Není třeba zvlášť zdůrazňovat, že technická zařízení opatřená vhodnou diagnostikou jsou pro zákazníky zajímavější a zejména v případě sofistikovaných drahých zařízení jsou velmi ceněna. Diagnostika v technických oborech se stává samozřejmým doplňkem většiny technických zařízení, jejichž funkce je provázena procesem měřitelného opotřebení, přičemž je zde stále prostor pro její další zdokonalování.

Jiří Černohorský

pc-hardware@seznam.cz