4

4 Дослідження впливу періоду контролю справності каналів резервування на показники функційної безпечності

4.1 Розрахунок показників функційної безпечності структур пристроїв ситем мікропроцесорних централізацій

Функційна безпечність – властивість об’єкта виконувати задані функції без недопустимого ризику створення ним аварійних ситуацій, які можуть призвести до загибелі, травмування, погіршення здоров'я людей, негативного впливу на довкілля, матеріального чи іншого збитку [45, 47].

Поняття «функційна безпечність» включає в себе властивість об’єкта правильно виконувати функції, які важливі з позиції безпечності, за базовою структурою об’єкта й відсутності впливу зовнішніх дестабілізуючих чинників; у разі відмов елементів об’єкта і пристроїв, що не належать до складу об’єкта, але пов'язані з його роботою; у разі реконфігурації та вилучення модулів об’єкта; у разі зміни параметрів і робочих режимів роботи елементів об’єкта, які можливі під час його експлуатування; у разі дії електромагнітних завад, кліматичних, механічних, біологічних та інших чинників; у разі відмов програмованих засобів; у разі помилкових дій оперативного та обслуговуючого персоналу.

Показник функційної безпечності – кількісна характеристика функційної безпечності об’єкта. Для розрахунку показників функційної безпечності, так само, як і при розрахунку показників безвідмовності, складається розрахунково-логічна схема, яка включає в себе всі елементи, відмова яких може призвести до небезпечної відмови пристрою в цілому [44, 48].

Показники функційної безпечності будуть розраховуватись для структури 2 з 2, 2-х дубльованих комплектів 2 з 2 та мажоритарного 2 з 3.

Для розрахунку функційної безпечності структур необхідно скласти розрахунково-логічні схеми функційної безпечності. До складу цих схем входять лише елементи, вихід з ладу яких може призвести до небезпечної відмови пристрою.

Структура 2 з 2 приведена на рисунку 4.1.

Рисунок 4.1 – Структура 2 з 2

Розрахунково-логічна схема функційної безпечності (РЛС ФБ) структури 2 з 2 приведена на рисунку 4.2.

Рисунок 4.2 – РЛС ФБ структури 2 з 2

Структура 2-х дубльованих комплектів 2 з 2 приведена на рисунку 4.3.

Рисунок 4.3 – Структура 2-х дубльованих комплектів 2 з 2

Розрахунково-логічна схема функційної безпечності структури 2-х дубльованих комплектів 2 з 2 приведена на рисунку 4.4.

Рисунок 4.4 – РЛС ФБ структури 2-х дубльованих комплектів 2 з 2

Мажоритарна структура 2 з 3 приведена на рисунку 4.5.

Рисунок 4.5 – Мажоритарна структура 2 з 3

Розрахунково-логічна схема функційної безпечності мажоритарної структури 2 з 3 приведена на рисунку 4.6.

Рисунок 4.6 – РЛС ФБ мажоритарної структури 2 з 3

Загальна інтенсивність небезпечних відмов для структури 2 з 2 визначається за формулою 4.1

, (4.1)

де – інтенсивність небезпечної відмови одного каналу;

– період контролю.

Загальна інтенсивність небезпечних відмов для структури 2-х дубльованих каналів 2 з 2 визначається за формулою 4.2.

, (4.2)

Загальна інтенсивність небезпечних відмов для мажоритарної структури

2 з 3 визначається за формулою 4.3.

, (4.3)

Імовірність безпечної роботи – імовірність того, що протягом заданого наробітку небезпечна відмова об’єкта не виникне. Імовірність безпечної роботи об’єкта характеризує можливість виконання ним відповідальних функцій за визначений час. Обчислюється за формулою [47]:

Імовірність небезпечної відмови – імовірність того, що протягом заданого наробітку виникне небезпечна відмова об’єкта:

Наступною розраховується імовірність небезпечної відмови за кожну годину експлуатації [47]:

Розрахунок показників функційної безпечності для структур, що досліджуються приведено в Додатку Б.

4.2 Дослідження графіків залежності імовірності небезпечної відмови від періоду контролю

На основі розрахунків показників функційної безпечності структур, що досліджуються можливо побудувати графіки залежності імовірності небезпечних відмов від періоду контролю [46].

Графік залежності для структури 2 з 2 та інтенсивністю відмови одного каналу 10^-8 представлений на рисунку 4.7.

Рисунок 4.7 – Залежність імовірності небезпечної відмови від

періоду контролю

Графік залежності для структури 2 з 2 та інтенсивністю відмови одного каналу 10^-7 представлений на рисунку 4.8.

Рисунок 4.8 – Залежність імовірності небезпечної відмови від

періоду контролю

Графік залежності для структури 2 з 2 та інтенсивністю відмови одного каналу 10^-6 представлений на рисунку 4.9.

Рисунок 4.9 – Залежність імовірності небезпечної відмови від

періоду контролю

Графік залежності для структури 2-х дубльованих комплектів 2 з 2 та інтенсивністю відмови одного каналу 10^-8 представлений на рисунку 4.10.

Рисунок 4.10 – Залежність імовірності небезпечної відмови від

періоду контролю

Графік залежності для структури 2-х дубльованих комплектів 2 з 2 та інтенсивністю відмови одного каналу 10^-7 представлений на рисунку 4.11.

Рисунок 4.11 – Залежність імовірності небезпечної відмови від

періоду контролю

Графік залежності для структури 2-х дубльованих комплектів 2 з 2 та інтенсивністю відмови одного каналу 10^-6 представлений на рисунку 4.12.

Рисунок 4.12 – Залежність імовірності небезпечної відмови від

періоду контролю

Графік залежності для мажоритарної структури 2 з 3 та інтенсивністю відмови одного каналу 10^-8 представлений на рисунку 4.13.

Рисунок 4.13 – Залежність імовірності небезпечної відмови від

періоду контролю

Графік залежності для мажоритарної структури 2 з 3 та інтенсивністю відмови одного каналу 10^-7 представлений на рисунку 4.14.

Рисунок 4.14 – Залежність імовірності небезпечної відмови від

періоду контролю

Графік залежності для мажоритарної структури 2 з 3 та інтенсивністю відмови одного каналу 10^-6 представлений на рисунку 4.15.

Рисунок 4.15 – Залежність імовірності небезпечної відмови від

періоду контролю

В ході дослідження визначено, що при імовірності відмови одного каналу 10^-8 для забезпечення рівня безпечності SIL 4 в структурі 2 з 2 в каналах потрібно проводити перевірку не менше ніж один раз в 8 років, для структури 2-х дубльованих комплектів 2 з 2 цей термін складає 4 роки та для мажоритарної структури 2 з 3 – 2.6 роки.

При аналізі графіків визначено, що при імовірності відмови одного каналу 10^-8 для забезпечення рівня безпечності SIL 3 в структурі 2 з 2 за 22 роки експлуатації можна не проводити перевірку функціональних вузлів, для структури 2-х дубльованих комплектів 2 з 2 цей термін складає 20 років та для мажоритарної структури 2 з 3 – 13.2 років.

В ході дослідження визначено, що при імовірності відмови одного каналу 10^-7 для забезпечення рівня безпечності SIL 4 в структурі 2 з 2 в каналах потрібно проводити перевірку не менше ніж один раз в 1 місяць, для структури 2-х дубльованих комплектів 2 з 2 цей термін складає 15 днів та для мажоритарної структури 2 з 3 – 10 днів.

При аналізі графіків визначено, що при імовірності відмови одного каналу 10^-7 для забезпечення рівня безпечності SIL 3 в структурі 2 з 2 в каналах потрібно проводити перевірку не менше ніж один раз в 5 місяців, для структури 2-х дубльованих комплектів 2 з 2 цей термін складає 2.5 місяця та для мажоритарної структури 2 з 3 – 50 днів.

В ході дослідження визначено, що при імовірності відмови одного каналу 10^-6 для забезпечення рівня безпечності SIL 4 в структурі 2 з 2 в каналах потрібно проводити перевірку не менше ніж один раз в 7 годин, для структури 2-х дубльованих комплектів 2 з 2 цей термін складає 3.5 години та для мажоритарної структури 2 з 3 – 2.5 годин.

При аналізі графіків визначено, що при імовірності відмови одного каналу 10^-6 для забезпечення рівня безпечності SIL 3 в структурі 2 з 2 в каналах потрібно проводити перевірку не менше ніж один раз в 35 годин, для структури 2-х дубльованих комплектів 2 з 2 цей термін складає 17.5 годин та для мажоритарної структури 2 з 3 – 11.6 годин.

В ході дослідження визначено, що на графіках можливо представити декілька залежностей імовірності небезпечної відмови від періоду контролю. В такому разі можливо отримати межі значень , які відносяться до різних рівнів безпечності SIL.

Для шести місяців експлуатації пристрою, та структури 2 з 2 графік представлений на рисунку 4.16.

Рисунок 4.16 – Залежність імовірності небезпечної відмови від

періоду контролю

Для шести місяців експлуатації пристрою, та структури 2-х дубльованих комплектів 2 з 2 графік представлений на рисунку 4.17.

Рисунок 4.17 – Залежність імовірності небезпечної відмови від

періоду контролю

Для шести місяців експлуатації пристрою, та структури 2 з 3 графік представлений на рисунку 4.18.

Рисунок 4.18 – Залежність імовірності небезпечної відмови від

періоду контролю

В результаті дослідження визначено, що для структури резервування 2 з 2 імовірність небезпечної відмови для забезпечення рівня безпечності SIL4 повинна бути меншою за 4х10^-8. В межах 8,9х10^-8 – 4х10^-8 забезпечується рівень безпечності SIL3. Для структури резервування 2-х дубльованих комплектів 2 з 2 для забезпечення рівня безпечності SIL4 – 2,8х10^-8. В межах 6,3х10^-8 – 2,8х10^-8 забезпечується рівень безпечності SIL3. Для структури резервування 2 з 3 для забезпечення рівня безпечності SIL4 – 2,3х10^-8. В межах 5,1х10^-8 – 2,3х10^-8 забезпечується рівень безпечності SIL3.

4.3  Висновки по розділу

В результаті дослідження виявлено, що найкращою по функційній безпечності є структура 2 з 2. Структура 2-х дубльованих комплектів 2 з 2 в 2 рази гірша, а мажоритарна структура 2 з 3 – в 3 рази.

Період діагностування один раз в рік є небажаним, так як є дуже дорогим та не виправданим. Кращим періодом діагностування вважається період від п’яти до десяти років. Бажаним є діагностування від 10 років. Найкращим – період діагностування більший ніж період служби пристрою.

При аналізі графіків виявлено, що для того, щоб забезпечити рівень безпечності SIL 4 доцільно використовувати структуру 2 з 2 та структуру 2-х дубльованих комплектів 2 з 2 з імовірністю небезпечної відмови в каналі 10^-8. Для того, щоб забезпечити рівень безпечності SIL 3 доцільно використовувати структуру 2 з 2, структуру 2-х дубльованих комплектів 2 з 2 та мажоритарну структуру 2 з 3 з імовірністю небезпечної відмови в каналі 10^-8.

Якщо ж є необхідність використовувати канал з імовірністю небезпечної відмови 10^-7 та 10^-6, то в такому разі необхідно забезпечити більш частішу їх перевірку та діагностування.