1.3. Надійність систем автоматизації (Іркутськ)

Для оцінки роботи автоматичної системи в експлуатаційних умовах використовується поняття надійності системи. При експлуатації автоматична система може піддаватися впливу наступних факторів:

 механічні навантаження (вібрація, удари, постійне прискорення);

 електричні навантаження (напруга, електричний струм, потужність);

 навколишні умови (температура, вологість, агресивне середовище, тиск).

Вплив зазначених факторів проявляється у вигляді відхилень реальних характеристик системи від їх номінальних значень. Ці відхилення можуть бути настільки значними, що система стає непридатною до використання, так як виникнення великих відхилень параметрів від розрахункових значень при експлуатації системи призводить до аварії або до появи браку в продукції, що випускається.

Надійність - властивість системи зберігати в часі і в установлених межах значення всіх характеристик, що забезпечують виконання необхідних функцій в заданих режимах і умовах експлуатації.

Автоматизована система управління - це багатофункціональна система. Під впливом збурюючих факторів система може перебувати в різних станах, забезпечуючи виконання необхідних функцій з різною ефектвиністю. Тому надійність, по суті, є характеристикою ефективності системи.

Виділимо три головні складові надійності, які є властивостями системи і характеризуються як якісно, ​​так і кількісно:

 безвідмовність;

 відновлюваність (ремонтопридатність);

 готовність.

Однією з головних і визначальних складових частин надійності автоматичної системи управління є безвідмовність - властивість системи зберігати працездатність протягом необхідного інтервалу часу безперервно без вимушених перерв.

Подією, протилежною безвідмовності Р є ймовірність відмови Q. У відповідність зі статичним рівнянням безвідмовності системи запишемо:

P + Q = 1 (1.1)

Цікаво, що навіть при невеликому збільшенні безвідмовності системи ймовірність виникнення відмови може зменшуватися в десятки разів.

Відновлюваність - пристосовуваність системи до попередження, виявлення та усунення причин виникнення відмов, а також підтримці і відновленню працездатного стану шляхом проведення технічного обслуговування та ремонтів.

Одна і та ж система в різних умовах застосування може бути віднесена до невідновлюваних (наприклад, якщо вона розташована в приміщенні, яке не обслуговується, куди заборонений доступ персоналу під час експлуатації) і до відновлюваних, якщо персонал відразу ж після відмови може почати ремонт.

Під кількісним значенням відновлюваності системи розуміється ймовірність того, що її параметри будуть відновлені до необхідних значень за даний інтервал часу обслуговуючим персоналом певної кваліфікації при заданих оточуючих умовах.

Низька відновлюваність АСУ навіть при порівняно прийнятних характеристиках безвідмовності призводить до значних витрат на експлуатацію систем.

Кваліфікація обслуговуючого персоналу чинить вирішальний вплив на відновлюваність системи. Недосвідченість обслуговуючого персоналу призводить не тільки до збільшення часу відновлення системи, а й до появи нових відмов.

Готовність - здатність системи виконувати покладені на неї функції в будь-який довільно обраний момент часу в усталеному процесі експлуатації.

Готовність системи визначається її безвідмовністю і відновлюваністю, які є ймовірнісними характеристиками системи. Отже, готовність системи також є ймовірнісною характеристикою. Для ряду автоматичних систем зв’язку, захисту, блокування, як правило, потрібна постійна готовність.

У статистичному сенсі готовність системи Р_Г визначається через ймовірність відмови Q і невідновлюваність Q_В за такою формулою:

Р_Г = 1 - Q_В Q (1.2).

Рівняння (1.2) показує, що готовність системи при фіксованій одній характеристиці безвідмовності або відновлюваності може бути підвищена за рахунок збільшення іншої. Зокрема, при низькій безвідмовності системи готовність може бути збільшена відповідним збільшенням відновлюваності. Якщо відновлення систем не проводиться, то, як випливає з рівняння (1.2), готовність визначається безвідмовністю системи.

Засоби одержання інформації про технологічний об'єкт керування

Вимірювання технічно здійснюються за допомогою вимірювальних перетворювачів, що використовують ті або інші фізичні принципи. На об'єкт виміру зазвичай встановлюється давач, який складається з одного або декількох вимірювальних перетворювачів.

Давач – це пристрій, що сприймає вимірюваний параметр і виробляє відповідний сигнал з метою передачі його для подальшого використання або реєстрації. Часто в технічній літературі поняття давачів (pick up) і вимірювальних перетворювачів (sensor) між собою не розділяють і вимірювальні перетворювачі називають просто давачами.

Хоча з функціональної точки зору поняття вимірювального перетворювача і давача співпадають, але в конструкторській практиці під давачем слід розуміти первинний вимірювальний перетворювач, поміщений в корпус і забезпечений пристроями для його встановлення і фіксації на об'єкті, а також кабелем для передачі сигналу і відповідними роз’ємами. Таким чином, вимірювальне перетворення є відображенням однієї фізичної величини за допомогою іншої фізичної величини або набору таких фізичних величин. Давач, що виконує вимірювальне перетворення, працює в реальних виробничих умовах експлуатації, часто дуже важких, пов'язаних з високими тисками і температурами при впливі агресивних середовищ. На давач одночасно впливає велике число параметрів. Серед цих параметрів тільки один є вимірюваною величиною, а усі інші є зовнішніми параметрами, що характеризують виробниче середовище. Ці зовнішні параметри є в даному випадку перешкодами. Кожен давач повинен на тлі перешкод якнайкраще реагувати на вимірювану вхідну величину, виробляючи відповідну вихідну величину або код вихідної величини.

Стосовно давачів використовуються наступні основні визначення і терміни.

Функція перетворення вимірювального перетворювача – це залежність вихідної величини цього вимірювального перетворювача від вхідної, що задається або аналітичним вираженням, або графіком, або таблицею.

Чутливість перетворювача – це іменована величина, що показує, наскільки зміниться вихідна величина при зміні вхідної величини на одну одиницю. Для термопари одиницею чутливості буде мВ/К (мілівольти на 1 градус Кельвіна), для регульованого електродвигуна (с-1)/В (обороти в секунду на 1 вольт) і так далі.

Роздільна здатність перетворення – це найменша зміна вхідного сигналу, яка може бути виміряна перетворювачем.

Відтворюваність є мірою того, наскільки близькі один до одного результати вимірів однієї і тієї ж фізичної величини.

Прецизійність є мірою того, наскільки близькі один до одного результати аналогічних вимірів.

Точність (похибка) вимірювання показує, наскільки показане давачем значення параметра близьке до його істинного значення. Зазвичай точність задається у відсотках від повної шкали вимірювального приладу і в результаті є деякою абсолютною величиною.