Программное обеспечение современных АЭ систем

ВОЗМОЖНОСТИ, РЕГИСТРИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ И СОВМЕСТНАЯ РАБОТА

А.Г. Комаров
ОАО «ВНИКТИнефтехимобоpудование»

1. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАК ЧАСТЬ АЭ СИСТЕМЫ

Программное обеспечение (ПО) является важнейшей составляющей каждой акустико-эмиссионной (АЭ) системы, и наряду с аппаратной составляющей определяет качество, скорость, полноту анализа зарегистрированных данных и оценку состояния контролируемого объекта. ПО разрабатывается компанией – производителем АЭ аппаратуры, составляя, тем самым, программно-аппаратный (ПА) комплекс для регистрации/анализа/оценки АЭ данных.

Анализ/обработка/оценка зарегистрированной информации обычно занимает время, намного превышающее непосредственно сам АЭ контроль и роль ПО в этом процессе невозможно переоценить.

Для оценки состояния развития ПО в настоящее время рассмотрим некоторые аспекты аппаратно/программного обеспечения для обработки АЭ данных.

2. ФОРМИРОВАНИЕ АЭ ИМПУЛЬСОВ, ФАЙЛ ДАННЫХ И ПО

Формирование АЭ импульсов из потока электрических сигналов АЭ происходит в различных АЭ системах практически по одной схеме (см. Рис. 1), с использованием по-разному называемых, но сходных по назначению атрибутов выделения АЭ импульсов. Эти атрибуты сведены в таблицу 1.

В результате формируются параметры АЭ импульса, которые можно условно разделить на три группы:

1. Традиционные параметры АЭ сигнала (формируются всеми АЭ системами – в данном сообщении рассматриваются АЭ системы I класса в соответствии с РД 03-299-99):

  • канал,
  • время регистрации,
  • пиковая амплитуда,
  • время нарастания,
  • длительность,
  • количество выбросов,
  • RMS и/или ASL - значение фоновых шумов на канале в течение периодов отсутствия превышения порога,
  • данные формы волны сигнала, если система способна ее регистрировать.

2. Набор дополнительных параметров, определяемый подходом разработчика аппаратуры к АЭК:

Для систем DiSP, Samos (PAC):

  • Энергия;
  • Сила сигнала;
  • Абсолютная энергия;
  • Количество выбросов до пика;
  • Средняя частота АЭ сигнала (кол-во выбросов/длительность);
  • Частота начала АЭ сигнала (кол-во выбросов/время нарастания);
  • Частота реверберации АЭ сигнала (кол-во выбросов/(длительность-время нарастания).

Для систем AMSY (Vallen Systeme):

  • E – энергия основной части импульса. Может быть одним из двух типов:
  • «Истинная энергия» определяется суммированием квадратов амплитуд оцифрованных АЭ сигналов АЭ импульса, «Интенсивность сигнала» вычисляется суммированием абсолютных значений АЭ сигналов в импульсе.
  • Ряд параметров, используемых при формировании т.н. «каскадных» импульсов:
  • CHITS – количество импульсов в каскадном импульсе;
  • CENY – полная энергия импульса, включая энергии основной и каскадной части;
  • СCNT – количество выбросов в основной и каскадной части.

Для систем Малахит (Диатон):

  • Energy - энергия, мкВ*мкВ*мкс;
  • SL - Signal Level - энергетический параметр (площадь под сигналом), мкВ*мкс;
  • FreqR - частота до максимума (CountR/Rise), кГц;
  • CountR - кол-во осцилляций до максимума;
  • Freq - вычисляемая частота (Count/Durat), кГц;
  • AmplP - величина 1-го пика, дБ;
  • CountP - кол-во осцилляций до 1-го пика;
  • RiseP - время нарастания сигнала до 1-го пика, мкс;
  • FreqP - частота до 1-го пика (CountP/RiseP).

Для систем ALine32D (Интерюнис):

  • Энергия - сумма квадратов амплитуд отсчетов за время длительности сигнала, Джоули или дБ;
  • Длительность/Время нарастания импульса АЭ.

3. Набор вспомогательных параметров или «флагов» состояния:

Для систем AMSY (Vallen Systeme):

  • T – флаг установлен, если импульс завершен автоматически по тайм-ауту;
  • A – флаг установлен, если импульс следует за импульсом, прерванным по тайм-ауту;
  • E – флаг установлен, если импульс зарегистрирован в режиме Long Rearm;
  • D – флаг установлен, если импульс зарегистрирован в режиме Long Duration;
  • R – флаг установлен, если зарегистрировано превышение порога после истечения DDT и до окончания RT и начинается формирование каскадного импульса;
  • C – флаг установлен, если импульс инициирован процессом автоматической калибровки программным способом;
  • c – флаг установлен, если импульс зарегистрирован в течение 18 мс после инициированного процессом автоматической калибровки импульса (отмеченного флагом C).

Для систем Aline32D (Интерюнис):

  • флаг переполнения АЦП по амплитуде;
  • флаг окончания сигнала по максимальной длительности.

Таким образом, несмотря на то, что формирование АЭ импульсов происходит по схожей схеме, АЭ системы каждого производителя регистрируют свой набор АЭ параметров, и имеют, как следствие, уникальный формат файла данных (в данном сообщении не затрагивается вопрос сопоставимости параметров, регистрируемых различными АЭ системами – это касается, в основном, энергии, которая рассчитывается практически каждым разработчиком АЭ систем по уникальному алгоритму).

Формируемый файл АЭ данных включает, как правило, несколько типов записей: записи АЭ импульсов, записи опроса состояния системы, записи опроса параметрических входов, служебные (управляющие) записи, записи меток или комментариев и т.п. (так, современный файл данных систем PAC включает до 255 типов записей).

Каждый производитель АЭ систем предполагает также определенную идеологию и подход к анализу, обработке и оценке регистрируемой ПА комплексом информации, предлагая, в том числе, и системы критериев оценки состояния оборудования (например, технология АЭК сосудов, работающих под давлением, MONPAC). Эта идеология реализуется в программном обеспечении для регистрации и пост-обработки зарегистрированных данных:

  • Пакеты AEWin, Noesis – PAC,
  • Пакет VisualCircle (VisualAE, VisualTR, VisualClass) – Vallen Systeme,
  • Программы A-Line32D и A-Line OSC Processing - Интерюнис,
  • Пакет AE Studio – Диатон.

Программное обеспечение, поставляемое в составе различных АЭ систем, часто включает уникальные инструменты анализа/обработки/оценки данных. Примеры:

  • Технология АЭК MONPAC, включенная в пакет AEWin (PAC),
  • Распознавание образов и алгоритмы Нейронных сетей пакета NOESIS (PAC),
  • Анализатор локации, математический и программный процессоры, процессор предупреждений пакета VisualAE (Vallen Systeme) и т.д.

При этом, если при регистрации данных, оператор ограничен ПО используемой АЭ системы, то при обработке/оценке зарегистрированных данных такие ограничения снимаются и использование иных программных продуктов ограничивается наличием нужного конвертора (и, конечно, доступностью соответствующего ПО).

Использование стороннего ПО становится необходимым, если ПО системы, которая производит регистрацию данных, не обладает достаточными или необходимыми возможностями анализа или ПО/АЭ система морально устарели.

3. ПО И ФОРМАТЫ ДАННЫХ РАЗЛИЧНЫХ АЭ СИСТЕМ

Некоторые производители АЭ аппаратуры (PAC, Интерюнис) публикуют или предоставляют на иных условиях в распоряжение независимых разработчиков форматы файлов данных своих систем. Данные о доступности ПО, формата файла данных и взаимной совместимости систем сведены в Таблицу 2.

В разное время сторонними разработчиками выполнялись более или менее удачные попытки самостоятельной разработки приложений для обработки и оценки данных АЭ испытаний. Сложилось так, что разрабатывалось, в основном, ПО для обработки данных систем PAC (вследствие доступности информации о формате файла данных PAC систем). Известны разработки:

  • ПО «Нафтан», г. Новополоцк (для систем PAC),
  • Томск (для систем PAC),
  • Обнинск (для систем PAC),
  • ЦНИИ им. Крылова, г. Санкт-Петербург (для систем PAC),
  • ОАО «ВНИКТИнефтехимоборудование», г. Волгоград (для систем PAC, Интерюнис).

4. ОСОБЕННОСТИ ПО РАЗЛИЧНЫХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ

Рассмотрим особенности ПО некоторых производителей АЭ аппаратуры.

Программное обеспечение Vallen Systeme

ПО Vallen Systeme для АЭ систем составляет т.н. Visual Circle, включающий VisualAE – основную программу анализа, VisualTR – программу анализа TR-данных и VisualClass – программу классификации АЭ данных по их форме волны.

В VisualAE реализована недеструктивная обработка/анализ данных – процесс анализа представляет собой формирование древообразной Структуры обработки данных – где к «стволу» - исходному файлу (в т.ч. и TR-данных) присоединяются «ветки» - процессоры разных типов, формирующие новые параметры (путем обработки изначально существующих или сформированных ранее, например - локационные координаты, точность локации, принадлежность к кластеру и количество данных в кластере…) или обрабатывающие уже сформированные другими процессорами параметры (например, путем фильтрации). «Ветки» заканчиваются «листьями» - процессорами визуализации (или визуальными элементами) – диаграммами и таблицами. Среди процессоров необходимо отметить:

  • математический процессор, позволяющий путем использования формул формировать из исходных данных и/или данных формируемых другими процессорами новые параметры;
  • программный процессор, позволяющий, путем использования встроенного языка программирования, выполнять с АЭ параметрами любые действия;
  • процессор локализации, реализующий ряд различных алгоритмов зонной, линейной, плоскостной, сферической локации, а также локации днищ резервуаров;
  • процессор классификации, реализующий вычисление параметров Severity и Historic Index;
  • процессор полигонов (графическая фильтрация).

Необходимо отметить также ряд полезных и уникальных особенностей/возможностей анализа данных в VisualAE:

  • двух и трехмерные диаграммы, наличие левой и правой оси;
  • каждая АЭ диаграмма может отображать как традиционные АЭ параметры, так и параметры, сформированные любыми другими процессорами;
  • для каждого параметра возможность одновременного вывода как Корреляции и Распределения на одной диаграмме;
  • множество планов для Корреляций и Распределений, различаемых цветами, индивидуальный набор фильтров для каждого плана;
  • связь между различными визуальными элементами (диаграммами, таблицами и диаграммами формы волны);
  • для оценки точности вычисления местоположения источника АЭ может быть применен параметр LUCY (Location UnCertaintY);
  • полная документируемость процесса обработки;
  • уникальный Анализатор локации.

VisualClass - программа распознавания образов и классификации предназначена:

  • для быстрого, удобного и понятного формирования аналитического классификатора для распознавания образов различных сигналов АЭ по форме волны;
  • для использования управляемых и неуправляемых стратегий обучения;
  • для дальнейшего развития базы классификатора;
  • классификационная программа присваивает номер класса и параметры принадлежности к классу для каждого нового набора неизвестных данных.

Номер класса и параметры принадлежности к классу могут использоваться в VisualAE (опция SWBN), комбинироваться с классическими параметрами АЭ, результатами локализации и параметрическими данными, могут подвергаться статистическому анализу, отображаться на диаграммах, в таблицах и использоваться при фильтрации как в режиме онлайн, так и в режиме офлайн.

В состав ПО входят также инструменты вэйвлет-анализа данных формы волны, расчета дисперсионных кривых, программы-конвертеры данных.

Программное обеспечение АЭ систем компании PAC

Семейство программных продуктов компании PAC включает продукты AEWin, MONPAC, NOESIS.

AEWin – основная программа регистрации/оценки/анализа результатов АЭК.

Работает с тремя типами данных: импульсами/событиями, формой волны АЭ сигнала и с периодически записываемыми параметрами.

Имеются опции выделения (выбора) импульсов/событий. Произведенный выбор автоматически отражается на всех графиках и таблицах.

Имеется возможность выбора импульсов (на точечном/кумулятивном графике либо в таблице) с одновременным отображением соответствующих оцифрованных сигналов.

Предусмотрены следующие типы локации: зонная, линейная, локация на плоскости (в том числе использующая регрессионный алгоритм), локация на цилиндре, локация на конусе, локация на сфере, локация в объёме с автоматическим или ручным размещением ПАЭ. Возможно комбинирование различных типов локации. Предусмотрена опция рисования карты объекта, включающая такие конструкции как плоскость, вертикальный/горизонтальный сосуд, сфера, структура произвольной формы. Для каждого типа конструкции имеется отдельный пункт меню со специфическим набором установок, что облегчает решение задачи размещения ПАЭ на объекте и отображения его конструктивных особенностей, таких как места расположения сварных швов, патрубков и других. Имеется возможность оценки «Вероятности выявления дефекта/локации» с использованием данных кривой затухания.

AEWinPost – одно из дополнений к AEWin, предназначенное для осуществления графической фильтрации, в том числе с использованием логических операций. Имеется возможность выделения АЭ параметров из оцифрованных сигналов.

MONPAC – нельзя не отметить технологию АЭ контроля MONPAC, также программно реализованную как дополнение к AEWin. В настоящее время, на наш взгляд (ОАО «ВНИКТИнефтехимоборудование» является пользователем MONPAC с 1988 г. и по этой технологии обследовано более 500 сосудов), технология MONPAC – одна из наиболее востребованных технологий АЭК и систем оценки состояния сосудов и аппаратов.

NOESIS – инструмент детального исследования АЭ данных (в том числе и в реальном времени) с использованием алгоритмов распознавания образов и нейронной сети в сочетании с функциями вычисления параметров АЭ по записанным формам импульсов (AEWinPost является упрощенной версией NOESIS).

Возможности автоматической и ручной кластеризации данных на основе анализа параметров АЭ импульсов.

Возможность выбора группы точек (хитов) на графике: захватом мышью или с помощью опции фильтрации. Произведенный выбор автоматически отражается на всех графиках и таблицах.

Имеются функции как графической фильтрации, так и фильтрации с помощью сложных логических выражений.

Опция «Выделения Признаков» из оцифрованных сигналов поддерживает выделение признаков как во временной, так и в частотной областях.

Возможность увеличения числа выделяемых признаков путем использования Расчетных Признаков, которые получаются из имеющегося набора признаков с помощью простейших арифметических операций.

Получение/отображение корреляционной/ковариационной матрицы признаков, дендограммы корреляции признаков, статистических критериев, используемых в задаче распознавания (Уилка, Rij и другие), статистических характеристик классов/кластеров (центров кластеров, внутри и межкластерных расстояний, и т.д.).

Различные алгоритмы автоматической кластеризации и классификации, в том числе, максиминное расстояние, K-среднее, Нейронные Сети и другие.

Возможность получения кластеров вручную.

Возможность слияния/разбиения полученных кластеров по желанию пользователя.

Запись результатов кластеризации в РАС-совместимые файлы данных с возможностью последующего использования в качестве эталонных при решении задачи классификации.

Программное обеспечение компании Интерюнис

В настоящее время ПО Интерюнис для систем линейки ALine представляет собой динамично развивающийся, в том числе благодаря пожеланиям пользователей, пакет программ, включающий ряд уникальных функций и алгоритмов обработки данных. Особенности ПО систем линейки ALine:

  • локация разных типов: линейная и планарная, зонная и объемная, на цилиндрических и сферических сосудах, днищах резервуаров;
  • используются различные методы вычисления координат по выбору: по разности времен прихода или по достижению максимума сигнала, триангуляционный или ректангуляционный с возможностью подбора скорости. Реализован алгоритм нечеткой локации антеннами произвольной формы;
  • результаты локации могут быть наглядно представлены в виде наложения их на развертки и объемные модели объектов контроля, Возможна кластеризация объекта по количеству слоцированных АЭ событий и по расчетной амплитуде источника АЭ;
  • проводится классификация источников АЭ по степени опасности в терминах амплитудного, локально-динамического критериев согласно ПБ 03-593-03. Результаты могут быть представлены в виде диаграммы Severity/Historic Index;
  • возможна классификация источников АЭ в соответствии с информационным статистическим критерием;
  • предоставляет возможность, как в постобработке, так и при сборе данных производить наложение на любые окна графической маски, представляющей карту швов и особенности сложной конструкции двумерного или трехмерного объекта для визуализации результатов локации;
  • использует спектральный анализ АЭ сигналов - удобный инструмент прецизионного анализа формы АЭ волны. Программа предоставляет возможности по статистической обработке как сигналов и их спектров, так и задаваемых частотных областей этих спектров между собой. Это дает возможность проведения кластерного анализа по заданным характеристикам формы сигналов или частотных областей спектра;
  • содержит корреляционный анализ АЭ сигналов и их спектров, что позволяет делать заключения о вероятном происхождении сигналов, поступающих на разные датчики.

5. ВОЗМОЖНОСТЬ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ПО АЭ СИСТЕМ

Таким образом, ПО многих современных АЭ систем имеет ряд уникальных инструментов, интересных для пользователей, применяющих другую аппаратуру. Эти инструменты доступны для них при условии наличия необходимых конвертеров (и этого программного обеспечения, конечно).

В настоящее время полноценные конвертеры имеются лишь в составе ПО компании Vallen Systeme – доступны конвертеры данных PAC-AMSY и AMSY-PAC, а также конвертер AMSY – MONPAC, и, таким образом, VisualAE является отличным дополнением к ПО, поставляемому в составе АЭ систем PAC.

В ОАО «ВНИКТИнефтехимоборудование» с начала 90-х годов разрабатываются программные средства анализа, обработки и оценки данных АЭК, одной из характеристик которых является поддержка «мультисистемности». Пакет AE Workbench for Windows является продуктом, работающим с данными всех систем компании PAC (Spartan 3000, Spartan 2000, DiSP, Samos) и систем семейства ALine компании Интерюнис. Пакет предназначен для анализа, оперативной обработки и оценки данных в соответствии с некоторыми критериями и системами оценки - MONPAC, локально-динамическим критерием.

В ОАО «ВНИКТИнефтехимоборудование» разработаны также конвертеры из форматов Spartan и ALine в формат DiSP.

Примером применения подобного конвертера является контроль днища резервуара с целью выявления местоположения течи. Данные, зарегистрированные системой ALine, были конвертированы в формат DiSP и, далее, в формат VisualAE штатными средствами ПО Vallen Systeme. Местоположение течи было выявлено (и впоследствии подтверждено при внутреннем осмотре) в течение нескольких минут.

6. ВЫВОДЫ

Поскольку АЭК является распространенным и документируемым видом контроля (данные сохраняются и могут быть проанализированы дополнительно после испытания), то, на наш взгляд, ПО поставляемое в составе АЭ систем должно предоставлять возможности:

  1. Сравнения результатов, регистрируемых различными АЭ системами;
  2. Дополнительного анализа результатов АЭК с использованием стороннего ПО;
  3. Применения для оценки состояния контролируемого объекта различных систем критериев.

Указанные требования могут быть выполнены:

  1. Разработкой или принятием общего формата данных АЭ систем, в который (и из которого) должно быть обеспечено преобразование данных каждой АЭ системы;
  2. Открытием и описанием форматов файлов данных АЭ систем;
  3. Постепенным переходом к регистрации данных в совместимом формате;
  4. Принятие общего формата данных невозможно, по-видимому, без создания ассоциации разработчиков аппаратного/программного обеспечения АЭ систем.

Основное требование к такому универсальному формату файла - возможность включения как традиционных АЭ параметров, так и дополнительных параметров, регистрируемых конкретными АЭ системами.

Таким общим форматом может, на наш взгляд, стать формат данных компании PAC, являющийся стандартом de facto среди АЭ систем, существующий и развивающийся в течение 20 лет в соответствии с изменениями возможностей АЭ систем. Как было приведено выше, для формата данных PAC существует достаточно большое количество интересных независимых разработок ПО, существуют конвертеры в другие форматы (например, Vallen Systeme).

Этот формат представляет собой набор записей переменной длины: первые два байта – длина записи, следующий байт – ее тип. Далее следует уникальная информация самой записи. Такая организация записей позволяет включить достаточно большой объем дополнительных параметров АЭ импульса.

Конечно, при конвертировании данных любой АЭ системы в другой формат некоторые параметры будут исключены, но возможность анализа/оценки зарегистрированных данных с помощью всех преимуществ, предоставляемых разработанными различными производителями инструментов, с лихвой перекрывает эти потери.



Таблица 1. Параметры выделения АЭ импульсов

DiSP, Samos (PAC) AMSY-5 (Vallen Systeme) ALine32D (Интерюнис) Малахит (Диатон)
1 Peak Definition Time (PDT) – интервал определения пика Интервал контроля пика (ИКП) - предназначен для правильного измерения амплитуды пика сигнала
2 Hit Definition Time (HDT) – интервал определения импульса Duration Discrimination Time (DDT) – время ограничения длительности импульса SCETO – Таймаут окончания АЭ сигнала Интервал контроля длительности сигнала (ИКД) - служит для определения момента времени, который считается окончанием длительности сигнала
3 Hit Locout Time (HDT) – интервал блокировки канала Rearm Time (RT) – время перевооружения - определяет период, по истечению которого канал АЭ системы должен быть готов к регистрации следующего импульса. Dead Time – Время после окончания АЭ сигнала, в течение которого канал не может регистрировать АЭ сигналы Интервал контроля конца сигнала (ИКК) - служит для задания времени блокировки канала после регистрации сигнала АЭ
4 Max Duration – Максимальная длительность АЭ сигнала

Таблица 2. Некоторые данные о доступности ПО современных АЭ систем

Название систем DiSP, Samos, (PAC, США) AMSY-5, (Vallen Systeme, Германия) ALine 32D DDM, PCI-8, (Интерюнис, Россия) Малахит (Диатон, Россия) Эксперт 2000,
Ресурс 2000, (Алькор, Россия)
Наличие пробной версии Нет Да Да Да Нет
Формат файла Открытый Закрытый Закрытый Закрытый Закрытый
Информация о формате файла Да Нет Да, по договоренности Нет Нет
Имеются конвертеры в формат - PAC - - -

Рис. 1. Пример выделения АЭ импульса для АЭ системы AMSY-5

AMSY-5

Новости предприятия:
20 ноября 2018
c 10 по 12 октября 2018 года проходила конференция "Техническое диагностирование нефтезаводского оборудования в процессе его эксплуатации. Опыт, проблемы, пути решения". Подробнее
3 августа 2018
10-12 октября 2018 года будет проведена конференция "Техническое диагностирование нефтезаводского оборудования в процессе его эксплуатации. Опыт, проблемы, пути решения". Подробнее
5 июня 2018
04 июня 2018 года прошло годовое общее собрание акционеров Общества Подробнее
11 мая 2018
Сообщаем о проведении Годового Общего Собрания Акционеров Подробнее