UMK_PiSAPRSA_Ch2_2

Параллельно-последовательное

Отказ устройства наступит только в случае отказа всех М-элементов хотя бы одной из последовательно соединенных между собой параллельныхцепей

Способом голосования

Схема работоспособна в том случае, если большинство элементов работоспособны

4. Расчет показателей надежности с учетом структуры сис-

темы автоматизации. Расчеты надежности устройств управления при проектировании носят оценочный характер из-за невысокой точности исходных данных и неполного соответствия математической модели, используемой для расчета надежности, фактическим процессам, определяющим надежность устройства.

Основными расчетными формулами при оценке надежности являются следующие.

Для основного (последовательного) соединения в структурной схеме надежности (ССН):

1≤i≤m

Когда все изделия одинаковы, расчетные формулы упрощаются:

Для последовательно-параллельного резервирования:

n

где λ0 = ∑λi – интенсивность отказов основного соединения.

i=1

Для параллельно-последовательного резервирования:

При равнонадежных основных элементах и одинаковом числе резервных элементов:

Pс =[1−(1−e−λ0τ )m+1]n ;

νi = mi ++11.

Для нагруженного резервирования – замещением при экспоненциальном законе надежности:

Взависимостиотэтаповпроектированиярасчетынадежностиделятся на прикидочные (ориентировочные), выполняемые в процессе разработки вариантов схем, и окончательные, выполняемые после завершения проектирования. Крометого, методырасчетазависятотспособовобеспечения требуемой надежности системы. Если при проектировании не были применены специальные методы обеспечения надежности и к системам не предъявлялись определенные требования по надежности, то можно ограничиться прикидочным расчетом. В остальных случаях необходимопроводитьокончательныерасчетынадежности.

Прикидочный расчет надежности позволяет сравнивать между собой варианты разрабатываемых схем и давать ориентировочную оценку показателям надежности.

Исходные данные:

–номенклатура типов элементов, используемых в схемах;

–число элементов каждого типа;

–номинальные значения λ-характеристик элементов;

–время работы или число циклов срабатывания элементов (ориентировочное).

Прикидочный расчет предполагает примерно следующее:

–все элементы соединены в ССН последовательно;

–при разработке схемы специальные методы обеспечения надежности не использованы;

–электрические нагрузки элементов номинальные;

–система работает при нормальных климатических и механических нагрузках;

–λ-характеристики элементов на протяжении всего рассматриваемого интервала времени постоянны, то есть λi(t) = λi = const;

–времяработыичислоцикловсрабатыванияэлементоводинаковые. Отсюда, расчетныеформулыпоказателейнадежностиследующие:

–интенсивность отказов системы:

Порядок прикидочного расчета:

–подсчитывается интенсивность отказов для каждого типа элементов (njlj);

–суммируется интенсивность отказов для каждого устройства управления отдельно;

–подсчитывается наработка до первого отказа;

–определяется время работы элементов;

–определяется вероятность безотказной работы;

–проводится анализ полученных данных и принимаются соответствующие меры для обеспечения равной надежности отдельных устройствсистемыилидлядостижениятребуемогоуровнянадежности.

Если прикидочный расчет надежности покажет, что полученные значения показателей надежности достаточно высоки, то при последующих этапах проектирования можно не применять дополнительных мер и в дальнейшем надежность не рассчитывать, потому что прикидочный расчет всегда дает заведомо более низкую величину показателя надежности, чем окончательный.

После составления электрических схем и подсчета коэффициентов электрических нагрузок для каждого элемента схемы проводится окончательный расчет надежности.

Исходные данные:

–электрические схемы, разработанные с учетом прикидочного расчета надежности;

–коэффициенты электрических нагрузок;

–климатические условия и механические нагрузки;

–время работы или число циклов срабатывания элементов;

–интенсивность отказов элементов, таблицы и графики поправочных коэффициентов к ним;

–данные по резервированию оборудования;

–требования к надежности систем управления.

Порядок расчета:

1.Составляется временная модель работы системы. Одновременно

спостроением временной модели уточняется назначение системы, и, если система многофункциональная, ее разбивают на подсистемы или устройства одноцелевого назначения. В этом случае для каждого устройства строится своявременная модель работы.

2.На основании технического задания и временной модели работы системы уточняются понятие отказа и номенклатура показателей надежности.

3.Составляется структурная схема надежности системы – блочная структурная схема надежности. В такой структурной схеме в виде отдельных прямоугольников (блоков структурной схемы) изображают отдельные устройства или функциональные узлы.

4.Составляются структурные схемы надежности для каждого блока блочной структурной схемы. Часть элементов, отказ которых не влияет на отказ блоков, или блоки, не оказывающие влияния на отказ системы, в структурную схему надежности не должны входить.

5.На каждый блок составляется и заполняется табл. 36.

В общем случае величина λ-характеристик элементов зависит от электрических режимов работы, определяемых коэффициентами нагрузок, температуры и влажности окружающей среды, механических воздействий, а для отдельных элементов зависит также от воздействия давления окружающей среды, тумана и др. и может быть определена путем введения поправочных коэффициентов:

где λi0 – номинальное значение λ-характеристики элемента; a1, a2…an – поправочные коэффициенты.

Коэффициентa1 учитываетзависимостьλ-характеристикиэлементаот температуры и коэффициента электрической нагрузки (для некоторых элементов приведены на графиках рис. 97–98); a2 иa3 – соответственно коэффициенты, определяемые вибрациями имеханическими ударами (для лабораторных условий a2 = a3 = 1; для стационарных (полевых) условий a2 = 1,04 и a3 = 1,03). Коэффициенты a4 и a5 учитывают влажность идавлениеокружающейсреды(табл. 37 и38).

6. После заполнения табл. 36 рассчитываются показатели надежности по формулам, соответствующим составленным структурным схемам надежности и временной модели работы системы.

Вопросы и задания для самоподготовки:

1.Раскройте сущность основных терминов теории надежности.

2.Перечислите показатели надежности элементов и приведите расчетные формулы.

3.Перечислите показатели надежности устройств управления

иприведите расчетные формулы.

4.От чего зависит подбор показателей, которыми можно характеризовать надежность САУ?

5.Охарактеризуйте способы обеспечения надежности устройства управления.

6.Какова методика проведения прикидочного расчета надежности?

7.Какова методика проведения окончательного расчета надежности?

Лекция 13. Технико-экономические расчеты

при разработке проекта автоматизации

План:

1.Последовательность технико-экономического обоснования.

2.Требования к спецификациям.

1. Последовательность технико-экономического обоснования.

Технико-экономическое обоснование проекта выполняется на стадии разработки архитектурного проекта и затем уточняется на стадии строительного проекта. На первой стадии техникоэкономическое обоснование доказывает целесообразность принятого укрупнено технического решения (составляют ведомости). На второй стадии, наряду с уточненными расчетами экономической эффективности, обеспечивается составление спецификации на проектируемое оборудование с целью его приобретения.

Последовательность технико-экономического обоснования состоит в следующем:

•в зависимости от цели проектирования системы автоматизации определяют, из каких составляющих складывается экономический эффект автоматизации (табл. 39);

•оформление спецификации на проектируемое оборудование, измерительные приборы и технические средства автоматизации;

•составляющие экономической эффективности обусловливают выбор показателей технико-экономической эффективности;

•обеспечивается технико-экономический расчет, выбор методики которого обусловлен выводами в предыдущих шагах [21, 22].

Таблица 39

Составляющие эффективности (эффект) автоматизации

2. Требования к спецификациям. В состав спецификаций, вы-

полняемых на стадии строительного проекта, входят спецификация оборудования и спецификация щитов и пультов. Обе спецификации выполняют по форме, приведенной в ГОСТ 21.110 (рис. 99). Спецификации предназначены для чтения проектной документации, составления на их основе заказной документации, организации изготовления щитовой продукции и подготовки производства работ по монтажу технических средств автоматизации.

Рис. 99. Форма спецификации

249

Согласно ГОСТ 21.110 спецификация оборудования состоит из разделов:

–оборудование и материалы, поставляемые заказчиком; оборудование, поставляемое подрядчиком;

–оборудование, имеющееся на предприятии и используемое при расширении, реконструкции или техническом перевооружении.

Раздел «Оборудование и материалы, поставляемые заказчиком» делится на подразделы:

–приборы и средства автоматизации;

–агрегатные комплексы и средства;

–щиты и пульты;

–электроаппаратура;

–трубопроводная арматура;

–кабели и провода;

–узлы и конструкции;

–материалы и монтажные изделия.

Подраздел «Щиты и пульты» составляется при применении серийно выпускаемых промышленностью щитов и пультов. В подраздел «Электроаппаратура» включают электроаппаратуру, не поставляемую комплектно со щитами и пультами.

Враздел «Оборудование, поставляемое подрядчиком» включают оборудование и изделия, поставляемые генеральными и субподрядными строительно-монтажными организациями, разделяя на подразделы:

– серийные изделия;

– изделия индивидуального изготовления;

–элементы блочного монтажа.

Вграфе 1 указывают позиции приборов и средств автоматизации согласно схемам автоматизации. В графе 2 приводят наименования приборов, средств автоматизации, другого оборудования, изделий и материалов, их технические характеристики в соответствии с требованиями стандартов, ТУ и другой технической документации на оборудование и материалы. В графе 3 записывают тип, марку оборудования, обозначение стандарта, ТУ или другого документа на оборудование. В графе 4 указывают наименование единицы измерения, а в графе 5 – их коды. В графе 6 указывают код за- вода-изготовителя для оборудования, поставляемого заказчиком.

Вграфе 8 записывают цену оборудования и материалов. В графе 10 приводят массу единицы продукции (для оборудования, имеющего массу менее 25 кг, не заполняют).

250

Спецификация щитов и пультов состоит из разделов:

1)щиты (и пульты);

2)аппаратура (и приборы), поставляемые комплектно со щитами (и пультами). Графы 1, 6, 8, 10 не заполняют.

Вопросы и задания для самоподготовки:

1. Каков порядок заполнения спецификации оборудования

испецификации щитов?

2.Какова методика расчета проектируемого варианта автоматизации по сравнению с базовым неавтоматизированным вариантом?

3.Какова методика расчета проектируемого варианта автоматизации по сравнению с базовым автоматизированным вариантом?

4.Какова методика расчета проектируемого варианта автома-

тизации, экономическая эффективность которого достигается за счет повышения надежности?

МАТЕРИАЛЫ К ПРАКТИЧЕСКИМ РАБОТАМ

При подготовке к практическим работам необходимо изучить теоретический материал модуля. Методические указания к практическим занятиям изложены в [17]. В рамках данного модуля предусмотрены два практических занятия по темам «Расчет надежности системы автоматизации», «Технико-экономический расчет». В [17, c. 71–84, с. 152–155] изложено задание, контрольные вопросы для самоподготовки, план работы на занятии и контрольные вопросы по теме.

МАТЕРИАЛЫ К УПРАВЛЯЕМОЙ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

Тема: «Методы обеспечения и пути повышения надежности»

1-й уровень

Используя теоретические сведения (лекции 12 и 13), заполните карточку задания (табл. 40).

Окончание табл. 40

Образец контрольных заданий по модулю 8

13. Требуется по ССН составить формулу расчета вероятности безотказной работы при условии действия экспоненциального закона надежности:

3