Лекция 15 Тема: «Надежность, эффективность и техническое обслуживание автоматизированных систем управления»

Надежность устройств автоматики и телемеханики

Надежность — это способность аппаратуры выполнять возложенные на нее фун­кции в полном объеме при определенных условиях эксплуатации в течение заданного срока службы.

Нарушение надежности выражается в виде отказов. Различают внезапные отказы, вызываемые случайными причинами (перенапряжение, ошибочные действия персона­ла и т.п.) и постепенные отказы, являющиеся следствием старения элементов аппара­туры. Наряду с устойчивыми отказами, устраняемыми эксплуатационным персона­лом, наблюдаются сбои — однократные самоустраняющиеся отказы, вызываемые, на­пример, действиями помех.

Наиболее характерный закон появления отказов во времени приведен на рис. 15.1. Частота отказов X в начальный период эксплуатации (период I), составляющий от нескольких месяцев до года, повышенная и снижается по мере «приработки» аппара­туры. Затем частота отказов стабилизируется (период П) и остается постоянной. Это наиболее длительный период, характеризующийся редкими, преимущественно вне­запными отказами. Продолжительность его зависит от особенностей и режима работы аппаратуры, может составлять 20—25 лет. В конце срока службы аппаратуры (период ТТТ) частота отказов вновь возрастает в результате старения элементов аппаратуры.

Наибольший интерес представляет период П. Это период нормальной эксплуата­ции. Ему соответствуют следующие свойства: среднее число отказов в единицу времени X ( частота отказов) — величина постоянная; отказы отдельных элементов в устрой­ствах не зависят друг от друга.

Рис. 15.1. Временная диаграмма зависимости частоты появления отказов от времени

Зная X, можно определить одну из важнейших характеристик надежности — сред­нюю наработку на отказ:

(15.1)

Наработка на отказ системы, выполненной из однотипных элемен­тов, зависит от степени ее сложности и условий эксплуатации. Чем сложнее система при прочих равных условиях, тем меньше То. Среднее время восста­новления Тв показывает, сколько вре­мени персонал затрачивает на устра­нение одного отказа.

При отсутствии резерва любой отказ приводит к простою аппаратуры. Продолжи­тельность простоя зависит от свойств аппаратуры (степени сложности, ремонтнопри-годности и т.п.), от условий эксплуатации, количества и квалификации персонала. Поэтому наряду с наработкой на отказ То надежность аппаратуры оценивается также коэффициентом готовности

(15.2)

где То — наработка на отказ; Тв — среднее время восстановления.

Как видно из выражения (15.2) коэффициент готовности КГ представляет со­бой отношение времени исправной работы аппаратуры устройства между двумя от­казами к общему времени (исправной работы и восстановления) за один и тот же период эксплуатации.

Назначение коэффициента готовности можно пояснить на следующем приме­ре. Пусть у двух аппаратов, выполняющих одни и те же функции, но имеющих разную элементную базу, наработки на отказ равны соответственно То1 и То2, при­чем То1 = 1,5 То2.

В то же время среднее время восстановления аппаратуры у второго аппарата в три раза меньше, чем у первого, и составляет Тв2 = 0,17о2. При этих условиях

Таким образом, несмотря на меньшую наработку на отказ, эффективность ис­пользования второго аппарата выше, чем первого, благодаря менее длительным про­стоям (рис. 15.2).

Чем выше Кг, тем меньше продолжительность простоев аппаратуры и выше качество и эффективность работ по восстановлению исправности. При использо­вании метода централизованного обслуживания Кг=0,98—0,995. Иными словами, затраты времени при простоях аппаратуры составляет от 0,5 до 2% продолжитель­ности исправной работы между двумя следующими друг за другом повреждениями устройств.

Повышение надежности аппаратуры может быть достигнуто не только путем при­менения высоконадежных базовых элементов, схемных и технологических запасов, но и путем резервирования аппаратуры или отдельных ее блоков.

При использовании высоконадежных элементов ожидаемое число отказов от­дельных блоков становится весьма малым ( один отказ в течение нескольких лет). В этих условиях нет смысла повышать надежность аппаратуры путем дублирования всех ее блоков.

Рис.15.2. Диаграмма соотношений времени наработки на отказ и восстановления двух

элементов системы

Целесообразно иметь определенное число резервных блоков и модулей и обеспе­чить быструю замену поврежденных. Ремонт модулей и блоков, вышедших из строя, в большинстве случаев целесообразней производить в мастерской телемеханики, распо­ложенной обычно в здании отделения дороги с энергодиспетчерским пунктом.

Эффективность внедрения автоматизированных систем и их обслуживания

Внедрение автоматизированных систем управления позволяет повысить надеж­ность работы силового оборудования электротяговых устройств путем непрерывного контроля, быстрой локализации повреждений и восстановления нормального электро­снабжения путем повторного включения или включения резерва. Их эффективность определяется обеспечением бесперебойного электроснабжения, снижением затрат на устранение повреждений, исключением ручного труда персонала и рутинного контро­ля за работой оборудования и основными показателями производственного процесса.

Эксплуатационные расходы при внедрении автоматизированных систем сокраща­ются вследствие повышения оперативности управления, высвобождения оперативного персонала и сокращения простоев поездов при повреждениях контактной сети.

Одной из основных составляющих технико-экономической эффективности авто­матизации является сокращение числа технологических «окон» (отключение напряже­ния питания контактной сети), необходимых для текущего обслуживания контактной сети, и сокращение их продолжительности при восстановлении повреждений. Значи­тельная часть работ может быть выполнена в малые «окна» — естественные интервал ь: в движении поездов. Соответственно уменьшаются число задержек поездов и затраты энергии на их разгон и торможение.

Кроме того, определяющую часть экономического эффекта составляет ускорение локализации поврежденных участков (отключение только поврежденных секций и вос­становление питания неповрежденных) и восстановления тем самым движения поездов.

Другая существенная составляющая — высвобождение оперативного персонала. На ряде тяговых подстанций возможен полный отказ от эксплуатационного персонала с обслуживанием их выездными бригадами соседних подстанций и ремонтно-ревизи-онных участков (РРУ). Частично сокращается персонал бригад контактной сети, так как в большинстве случаев необходимые переключения при подготовке рабочего места на контактной сети осуществляет энергодиспетчер с помощью системы телемеханики.

Годовой экономический эффект, получаемый при внедрении автоматизированных систем управления устройствами электроснабжения, можно определить по выражению

(15.3)

где — суммарное снижение эксплуатационных расходов при автоматизации; К_год — приведенные капитальные затраты.

Приведенные капитальные затраты можно ориентировочно определить по выражению

(15.4)

где 0,15 — нормативный коэффициент окупаемости, соответствующий сроку окупаемости 6 лет; К_АСу — стоимость устройств АСУ, их монтажа и наладки; — сокращение капитальных затрат на сооружение устройств электроснабжения при вне­дрении АСУ.

Эффективность обслуживания и качество выполняемых при этом работ оценива­ется средним временем восстановления Т_в и временем простоя устройств Т_пр, а также коэффициентом использования K_И.

Время простоя Т_пр определяется от момента возникновения повреждения до мо­мента восстановления исправности и включения аппаратуры в работу

T_пр= T_o6+T_n+T_B , (15.5)

где T_oб — время обнаружения повреждения; Т_П — время подготовки к восстановлению; Т_в — время восстановления.

Анализ составляющих времени простоя Т_ПР показывает, что оно является комп­лексным показателем, характеризующим правильность выбора метода обслуживания, организации и методики поиска повреждений. Время восстановления характеризует лишь процесс восстановления исправности аппаратуры на месте возникновения по­вреждения. Продолжительность как простоя, так и восстановления может быть значи­тельно уменьшена в случае незамедлительной замены неисправного модуля или блока на исправный, предварительно проверенный в лаборатории и доставленный специаль­но выделенным транспортом. Очевидно, при этом время Т_в практически не зависит от квалификации персонала и особенностей повреждения, поскольку выявление причин неисправности и ее устранение производят в лаборатории.

Продолжительность технического обслуживания определяется выражением

(15.6)

где — суммарное время простоя аппаратуры при повреждениях; — суммарное время простоя аппаратуры при техническом обслуживании.

При длительности эксплуатации Т продолжительность исправной работы систе­мы определяется выражением

(15.7)

Рассмотренные временные показатели, характеризующие организацию техничес­кого обслуживания, позволяют определить коэффициент использования для каждого от­дельного устройства или для системы в целом:

(15.8)

Чем более эффективно используется автоматизированная система управления, чем меньше затраты времени на все виды работ по техническому обслуживанию, включая профилактические, и процесс восстановления исправности, тем выше коэффициент использования. При правильно организованном техническом обслуживании аппарату­ры К_И = 0,96...0,98, т.е. затраты времени на все виды работ по техническому обслужи­ванию составляют от 2 до 4 % от продолжительности ее эксплуатации Т.

В соответствии с инструкцией по техническому обслуживанию и ремонту обору­дования тяговых подстанций, пунктов питания и секционирования электрифициро­ванных железных дорог предусматриваются следующие виды и периодичность работ на устройствах телемеханики:

• профилактический контроль (ежедневный контроль и периодический осмотр устройств 1 раз в 3 месяца);

• профилактическое восстановление с частичной проверкой 1 раз в год;

• профилактическое восстановление с полной проверкой 1 раз в 3 года.

Исходя из местных условий (интенсивное загрязнение, повышенная влажность, виб­рационные воздействия, устаревшие устройства и т.п.), допускаются дополнительные ос­мотры и ремонты, утвержденные приказом начальника дистанции электроснабжения.

Методы обслуживания устройств телемеханики (централизованный, децентра­лизованный и т.д.) определяется местными условиями и протяженностью телемехани­зированного участка. Устройства телемеханики обслуживаются работниками группы по завершении цикла обработки информации все другие системы передают массив информации с большой скоростью в систему связи. Порядок их доступа к системе связи обеспечивается установленными приоритетами передаваемой информации.