книги из ГПНТБ / Казацкер, А. А. Надежность систем автоматизации в пищевой промышленности

мышленностью. Однако в ряде случаев разрабатываются спе­ циальные приборы. В таких случаях, учитывая значительные сроки разработки и последующего широкого внедрения, следу­ ет задавать повышенные требования к надежности. При исполь­ зовании серийных элементов следует отдавать предпочтение элементам повышенной надежности: бесконтактные логические элементы, тиристоры, герметические магнитоуправляемые контакты и т. п. Применение указанных элементов наиболее ра­ ционально в схемах сигнализации, блокировок, дистанционного и программного управления, в системах диспетчеризации и учета.

Порядок применения приборов, средств и элементов должен соответствовать техническим условиям. Облегчение, условий, ре­ жимов работы аппаратуры значительно (иногда в десятки раз) повышает ее безотказность. Для количественной оценки измене­ ния условий применяют так называемые коэффициенты нагруз­ ки, отношение фактического значения параметра к максимально допустимому. Рекомендуется принимать возможно более низкие значения коэффициентов, повышающие безотказность. Умень­ шая нагрузки, не следует впадать в другую крайность. Так, например, целый ряд электрокоммутирующих устройств имеет ограничения по коммутируемому напряжению не только «свер­ ху», но и «снизу». Причем эти ограничения, к сожалению, не всегда приводятся в заводских инструкциях. А в условиях пи­ щевой промышленности, когда на контактах возможны отложе­ ния пыли или образование различного рода пленок, чрезмерно низкое коммутируемое напряжение может вызвать отказ. То же касается частоты работы контактных элементов. Вообще в условиях вероятного пыле- и пленкообразования следует при­ менять устройства бесконтактной коммутации.

Установить действенность всех принятых мер повышения безотказности можно только с помощью испытаний действую­ щих макетов и опытных образцов или опытных партий. Эти

и производственные. Во время лабораторных испытаний уста­ навливается принципиальная работоспособность прибора или элемента, узлов системы. Стендовые испытания, проводимые с помощью различного рода испытательных камер и стендов, позволяют оценить влияние на технические характеристики из­ делия отдельных дестабилизирующих факторов, а в некоторых случаях — сочетания этих факторов. Производственные испы­ тания опытных образцов позволяют окончательно установить степень соответствия разработанного изделия требованиям тех­ нического задания.

Вопрос планирования и обработки результатов лаборатор­ ных и стендовых испытаний довольно сложен и здесь не рас­ сматривается.

110

Результаты испытаний используются для корректировки тех­ нической документации и при разработке технических условий на изготовление промышленных образцов.

Методы повышения ремонтопригодности

Время восстановления работоспособности изделия после от­ каза складывается из нескольких составляющих: времени уста­ новления факта отказа, времени установления места неисправ­ ности и причин отказа, собственно времени ремонта и времени включения изделия в работу. Доля каждого из составляющих различна для различных изделий и зависит от конструктивных особенностей изделия, от уровня эксплуатации и других факто­ ров. Общим обстоятельством является увеличение доли времени поиска места неисправности по мере усложнения изделия, по мере увеличения количества составляющих элементов.

Рассмотрим методы уменьшения составляющих времени вос­ становления работоспособности, которые могут быть использо­ ваны на стадии разработки.

Факт отказа устанавливается относительно просто, если в составе системы имеется самопишущий прибор, регистрирую­ щий изменения определяющих параметров. Если отказ связан со значительными экономическими и другими последствиями, должна быть предусмотрена специальная сигнализация превы­ шения определяющим параметром предельного значения. Это особено важно, если граница допуска находится вблизи области аварийных значений.

Для сокращения второй и третьей составляющих времени восстановления следует применять модульно-блочный принцип конструирования. Суть его заключается в том, что элементы схемы, выполняющие одну элементарную функцию (логическая функция, усиление и т. и.), объединяются конструктивно в один обособленный модуль, используемый затем как единое неремонтируемое целое. Некоторые модули выпускаются серийно, на­ пример серия «Логика», серия УСЭППА и т. д. Модули затем конструктивно объединяются в блоки, каждый из которых осу­ ществляет определенную функцию в схеме управления (напри­ мер, блок питания, блок согласующих устройств и т. и.) или функцию по управлению отдельным технологическим узлом (например, блок управления насосами). Объединение в модули и блоки делается таким образом, чтобы количество типов бло­ ков и модулей было минимальным. Это позволяет при неболь­ шом числе запасных модулей и блоков иметь стопроцентный, резерв.

Блоки подсоединяются к схеме с помощью штепсельных разъемов, что позволяет быстро проводить с блоками необхо­ димые коммутационные операции. Блочное построение систем позволяет при нарушении какой-либо функции управления срав­

11Ь

нительно быстро найти отказавший блок и заменой его на заведомо исправный резервный восстановить работоспособность ■системы. Отказавший блок после замены неисправных модулей переводится затем в резервный.

При сложных разветвленных системах управления только блочно-модульное построение систем оказывается недостаточ­ ным. Для контроля исправности и локализации неисправности таких систем применяют методы технической диагностики, в ча­ стности методы тестового контроля.

В институте «Пищепромавтоматика» были разработаны си­ стемы автоматизации технологических процессов с применением транзисторных логических элементов серии «Логика-Т». При разработке этих систем, внедренных на Львовском гормолзаводе, Волго-Донском химкомбинате, Одесском хлебозаводе № 4 и других, использован модульно-блочный принцип конструиро­ вания, а также синтезированы контрольные и диагностические тесты. Алгоритм проверки исправности и- поиска мест повреж­ дений, мало зависящий от квалификации обслуживающего пер­ сонала, реализуется путем контроля выходной реакции схемы на табулированные проверяющие и диагностические тесты, по­ даваемые на вход схемы с помощью специальных тестеров. После подачи тестового набора сигналов на цифровом табло тестера появляется набор цифр. Если этот, набор совпадает с контрольным, схема исправна. Если набор цифр отличается от контрольного, то соответствующий набор находят в диагно­ стическом словаре с указанием места неисправности с точно­ стью до модуля или до блока в зависимости от уровня диагно­ стики.

С целью механизации анализа схем и построения диагности­ ческих словарей, а также для исключения ошибок при проекти­ ровании сложных систем автоматизации на элементах «Логика» в лаборатории надежности института «Пищепромавтоматика» разработан и успешно эксплуатируется машинный анализатор

'релейных схем «Марс» [75]. В качестве основного способа анализа в анализаторе используется способ сравнения с этало­ ном. Значения выходных переменных исследуемой схемы срав­ ниваются с соответствующими значениями выходных перемен­ ных ее функциональной модели с автоматической фиксацией результатов сравнения.

Спомощью машинного анализатора могут быть реализова­ ны следующие операции: сравнение двух схем одного принципа действия, но различных исполнений с целью выявления их логической эквивалентности; определение полной или частичной таблицы состояний заданной комбинационной схемы; определе­ ние значений выходных переменных последовательностной схе­ мы, соответствующих строкам ее таблицы переходов; определе­ ние соответствия логических функций, реализуемых схемами отдельных блоков, заданным функциям; проверка правильности

112

синтеза таблиц контролирующих тестов; определение выходных чисел диагностических словарей (упорядоченных совокупностей наборов выходных переменных, соответствующих схемам с по­ вреждениями); определение факта — является ли известная схе­ ма отрицанием другой и т. п. Кроме того, анализатор может быть использован как тренажер для обучения принципам про­ ектирования схем на бесконтактных элементах.

Машинный анализатор является эффективным средством ускорения и улучшения качества проектирования принципиаль­ ных схем на бесконтактных элементах. Благодаря моделиро­ ванию схем и механизации их анализа практически удается исключить ошибки, допускаемые при синтезе. В результате значительно сокращается время на наладку внедряемых схем. Наличие модели исследуемой схемы и возможности машинного анализа в различных направлениях упрощают процесс ее ми­ нимизации и оптимизации, что в итоге приводит к снижению стоимости и повышению надежности.

При использовании данного устройства значительно сни­ жаются затраты на синтез контролирующих тестов и построе­ ние диагностических словарей, сокращается время и повышает­ ся качество проверки правильности функционирования готовых кассет (блоков) с модулями транзисторных элементов системы «Логика».

С целью сокращения времени ремонта на стадии разработки должен быть произведен расчет необходимого количества запас­ ных частей, а также необходимых сроков и объема профилакти­ ческих работ.

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ НА СТАДИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

Стадия изготовления складывается из заводского изготовления узлов системы (щитов, пультов и т. п.) и отдель­ ных приборов и последующего монтажа их совместно с серийно выпускаемыми элементами непосредственно на технологическом оборудовании.

Методы повышения надежности на стадии изготовления средств и систем автоматизации являются общими для пред­ приятий приборостроения, радиопромышленности и т. д. и изло­ жены в специальной литературе [84, 83].

Следует отметить некоторые мероприятия, не зависящие от способа и технологии производства, которые желательно кон­ тролировать. Необходимо организовать тщательный входной контроль поступающих на комплектацию узлов и элементов. Если производство опытное или малосерийное, входному кон­ тролю должны подвергаться все комплектующие изделия.

Изготовленные изделия должны проходить стендовые испы­ тания на предприятии. Такие испытания позволят уточнить со­

ответствие изделия техническим условиям, а также организо­ вать «обкатку» или приработку для максимального сокращения приработочных отказов.

При эксплуатации средств и систем автоматизации техно­ логических процессов в пищевой промышленности более пра­ вильно говорить не о повышении, а о сохранении надежности, «заложенной» в изделие на стадиях проектирования и изготов­ ления. Для этой цели обычно применяются следующие меро­ приятия: ремонты плановые и внеплановые; организация и по­ полнение фонда запасных частей; повышение квалификации ра­ ботников служб КИПиА. Методика расчета необходимого числа запасных частей для использования при отказах изложена в ли­ тературе [87, 59, 60]. Повышение квалификации персонала служб КИПиА пищевых предприятий может проводиться на базе учебно-курсового комбината научно-производственного объединения «Пищепромавтоматика».

Внеплановые ремонты проводятся для восстановления рабо­ тоспособности системы после возникновения отказов. После проведения ремонта необходимо убедиться, что технические характеристики изделия соответствуют значениям, указанным в технической документации.

При проведении внепланового ремонта какого-либо элемен­ та, узла прибора или системы необходимо проверить работо­ способность смежных элементов и всей системы в целом. Это объясняется тем, что, во-первых, отказы отдельных элементоввызывают так называемые зависимые отказы других элемен­ тов, связанных функционально и (или) конструктивно, во-вто­ рых, ремонтные работы по устранению причин отказа часто оказывают влияние на смежные элементы.

Наиболее сложным, особенно в условиях пищевой промыш­ ленности, является вопрос об объемах (периодичности и глу­ бине) профилактических ремонтов средств автоматизации. Дело в том, что эффективность профилактики зависит от свойств ре­ монтируемых изделий, от условий их применения и, главным, образом, от квалификации обслуживающего персонала.

Профилактические ремонты приводят к противоречивым последствиям. Они проводятся для поддержания и повышения надежности изделий, позволяют предупредить появление посте­ пенных отказов, связанных с износом и разрегулированием эле­ ментов и узлов системы. Если в процессе профилактики про­ водится замена элементов до наступления третьего периода его*, эксплуатации (см. рис. 1), то снижается вероятность появления внезапных отказов. Однако проведение профилактических ре­ монтов наносит некоторый ущерб, так как: 1) требует опреде­ ленных расходов, 2) в процессе выполнения профилактических работ технические устройства могут подвергаться нежелатель­ ным механическим воздействиям, в результате чего увеличи­ вается интенсивность отказов после профилактики [78]. Так,.

114

например, известно, что контакты реле и других коммутацион­ ных элементов нуждаются в периодической чистке для удале­ ния образовавшихся, на них пленок и отложений пыли. При чистке контактов происходит разрегулировка контактных групп. Для хорошей регулировки контактных групп требуется набор специального инструмента и довольно высокая квалификация персонала. В противном случае после профилактики наблю­ дается «всплеск» интенсивности потока отказов.

Это явление общеизвестно и имеет место во многих отраслях промышленности, что и послужило одной из основных причин массового применения бесконтактной коммутационной техники. Указанные явления усугубляются при низкой квалификации обслуживающего персонала и недостаточном количестве спе­ циального инструмента и приспособлений. Поэтому объем про­ филактических работ необходимо определять, учитывая специ­ фику каждого конкретного предприятия, а при отсутствии необ­ ходимых условий вообще не планировать некоторые профилак­ тические работы, так как «при низкой культуре обслуживания профилактика может принести больше вреда, чем пользы» [78].

Таким образом, эксплуатационная надежность в основном обеспечивается на стадии разработки. Представим себе, что на предприятии внедрены системы автоматизации, использующие высоконадежные бесконтактные элементы, построенные по мо­ дульно-блочному принципу и снабженные устройствами для тестового контроля и диагностики. Имеющиеся немногочислен­ ные устройства аналогового действия требуют профилактики только такого типа: «Раз в месяц (декаду) нажмите на кнопку А и ручку Б вращайте до тех пор, пока не засветится зеленая лампочка, после чего отпустите кнопку». Монтаж и наладка всех устройств выполнены в соответствии с техническими тре­ бованиями. Проведена необходимая приработка аппаратуры. В этих условиях отказы возникают сравнительно редко. Отка­ завший блок сравнительно легко и быстро может быть найден и заменен резервным. И- все это при сравнительно малочислен­ ном персонале невысокой квалификации. При этом ремонт от­ казавших блоков и приборов может быть организован центра­ лизованно или периодически приезжающими представителями организации, с которой заключен соответствующий договор. Описанная картина в условиях пищевой промышленности пока, к сожалению, еще идеальна, но вполне достижима при совре­ менном уровне развития средств автоматизации и техники про­ ектирования. Только в этом случае фактический экономический эффект от автоматизации технологических процессов прибли­ зится к максимально возможному.

8*

П Р И Л О Ж Е Н И Я

В приложениях 1—28 приведены наиболее важные количественные ха­ рактеристики показателей надежности приборов и систем автоматизации,

146

Продолжение приложения 1

спневматическим выходным сигналом —

117

118

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Приборы для контроля и регулирования расхода и количества

1,19