книги / Проектирование бесконтактных управляющих логических устройств промышленной автоматики
..pdf10-8 |
1/4 |
|
|
|
|
|
А |
Дъ |
Тг |
г , |
П |
Пайка |
Расчетная формула интенсивности отказов |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
|
Т а б л и ц а |
1 2 -4 |
Интенсивность отка зов, 10"® 1/ч |
Среднее значение ин тенсивности отказов, 10-8 1/ч |
— — 1 , 0 |
1 ,0 |
0 , 9 1 0 , 7 |
|||
0 , 4 |
— |
1 , 0 |
1 , 0 |
0 , 9 |
0 , 2 6 |
0 , 4 |
— 1 ,0 |
1 , 0 |
0 , 9 |
0 , 2 4 |
|
0 , 4 |
— 1 ,0 |
1 ,0 |
0 , 9 |
0 ,2 5 1 |
|
0 , 4 |
— 1 , 0 |
1 ,0 |
0 , 9 |
0 , 2 6 |
|
0 , 4 |
— 1 , 0 |
1 , 0 |
0 , 9 |
0 , 2 4 |
|
0 , 4 |
— 1 , 0 |
1 , 0 |
0 , 9 |
0 ,2 5 1 |
|
0 , 4 |
— 1 , 0 |
1 ,0 |
0 , 9 |
0 , 2 6 |
|
0 , 4 |
— 1 ,0 |
1 , 0 |
0 , 9 |
0 , 2 4 |
|
0 , 4 |
— 1 ,0 |
1 , 0 |
0 , 9 |
0 ,2 5 1 |
|
5 |
16 |
* о = 3 * г + * 7 + 3 * « - |
||
|
2 |
13 |
2 |
8 |
16 |
Х1 (0 = S * 1 + S * i ' + * 1 1 + 2 * 1 |
||
1 |
5 |
13 |
2 |
7 |
16 |
*1 (1 0 = 3 * 1 + . 2 * » + " Г * 8 + * » + 3 xi
1 |
|
5 |
|
|
|
|
13 |
2 |
|
7 |
|
|
|
|
16 |
* 1 ( п о = 2 |
+ 3 |
|
+ т т |
*« + * п + 3 |
|||
1 |
5 |
|
|
|
|
|
13 |
|
|
8 |
|
|
|
|
16 |
* 1 - 0 ( 1 ) = |
2 |
* * ■ + * п |
+ |
3 **■ |
|||
|
|
1 |
|
|
|
|
13 |
|
|
7 |
|
|
|
|
16 |
*1 -0 (1 1 ) = 3 *1 + ~ к * 8+ 3 *1 |
|||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
13 |
|
7 |
|
|
|
|
|
16 |
* i - o ( i i i ) = 3 |
*1 + j y * 8 + * » + 3 *г |
||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
!3 |
|
|
8 |
|
|
|
|
16 |
* o - i (I) = |
3 |
* г |
+ |
* 11 + |
3 * 1 |
||
|
|
1 |
|
|
|
|
13 |
|
7 |
|
|
|
|
|
16 |
*0 —1(11) = = 3 * 7 |
+ |
- Т |
* 8 + |
|
* 1 1 + 3 * 1 |
||
|
1 |
|
|
|
|
|
13 |
|
7 |
|
|
|
|
|
16 |
*0 —1 (III) = |
3 * 1 |
+ |
■П'*8 + |
*11 + 3 * < |
|||
|
1 |
|
|
|
|
|
13 |
3 , 5 5 |
3 , 5 5 |
4 , 7 5 |
— |
4 , 7 1 |
4 , 7 2 |
4 , 7 |
— |
5 , 8 |
— |
5 , 5 3 |
5 , 5 6 |
5 , 4 2 |
— |
5 , 8 |
— |
5 , 5 3 |
5 , 5 6 |
5 , 4 2 |
— |
271
Если элемент Т-403 включается в схеме на 2 входа, то значение средней интенсивности отказов будет ЯСр=5,48-10~6 1/ч. При включении элемента на один вход Яср= 5 ,36-10-6 1/ч.
Если состояние элемента в схеме меняется редко, т. е. время меж ду изменениями состояний больше времени между планово-предупреди тельными осмотрами, общая интенсивность отказов считается как сум ма интенсивностей отказов только тех деталей, которые влияют на заданное функциональное состояние. В этом случае интенсивность отка зов усилителя Т-403 при поддержании им нулевого сигнала на выходе определяется только работой деталей Rz, Ra, Ri, Ra, Rio, Ti, Tz, Ts и бу дет равно:
^ о^ Л ад о ) * R„(0) “ Н |
+ + |
о(0) + ЯГ(0) + |
+ (0) + |
+ {0) + Ятйкн= |
|
= {0,08 + 0 ,1 6 + 0,08 + |
0,08 + |
0 ,0 8 + 1 ,0 + |
1,0 + |
0,9 + |
0,17)10-“:= |
= 3,55 -10~е 1/ч, |
|
|
|
|
|
где Япайки—Яп «=0,01 •10 - М 7=0,1710~6 1 /ч. |
|
|
|
||
Если на входе элемента будет одна из комбинаций |
001,010,100, то |
общая интенсивность отказов элемента будет зависеть от интенсивнос тей отказов деталей Ri, Rz,, Ra, R e - 9, Rio, Д 1 (или Д%, или Д 3), Д 4, Ti, Гг, Т’з и будет равна Яоо1=4Д5-10-6 1/ч.
Если на входе элемента будет одна из комбинаций 011, 101, 110, то вместо одного диода будут работать два, причем отказ одного диода не приведет к отказу на выходе элемента, так как сигнал будет посту пать через другой диод. В этом случае совместная интенсивность отка
зов входных диодов определится как |
I |
|
|
|
||||||
|
|
7 |
— |
1 |
1 1 |
1 |
|
|
||
|
|
Лвх2Д — |
.. |
|
|
|||||
|
|
|
|
1 |
АДг |
' хл |
|
1Дх+ А* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
-10"' 1/ч. , |
|
1 |
1 |
1 |
|
- |
|
|
1 |
|
3 0 , 1 |
|
0,Ы 0« |
1 |
0 ,Ы 06 |
|
(0,1 + 0 ,1 ).1 0 -9 |
|
|
||||
Аналогично считается и интенсивность отказов пайки входных дио- |
||||||||||
дов: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
ЛиайкиД^2 |
- к 1 |
|
, |
|
|
|||
|
|
|
|
|
Ах |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
+ |
|
Ап + Хп |
|
|
|
= |
2- |
0,1 -0,1 -10-" = |
0,013- |
1/ч, |
|
при этом общая интенсивность отказов элемента будет равна:
Яоп=4,71 •10~6 1/ч.
При подаче на вход элемента комбинации 111 общая интенсивность отказов, определяемая аналогично, будет равна Яш =4,7-10~6 1 /ч.
Из вышеперечисленных расчетов следует, что интенсивности отка зов элемента Т-403 при различных комбинациях на входе получаются близкими по значениям, поэтому можно принять, что
^ |
Яе01 -j-Хоп-}-Ащ ._ (4,75-{-4-71-[-4,7) |
_. 4 72-10"* Т/ч |
272
Т а б л и ц а iu-o
|
|
|
|
^0 |
V |
|
\ и п |
|
V . |
*'ср |
^дкн |
|
Тип |
|
Способ включения |
Р- > |
О |
V- > v |
|
Динами |
|
|
|
Динами |
|
зле- |
элементов в схеме |
р < о |
ческая |
р. > о |
Ц > 0 |
: Н- < О |
ческая |
|||||
мевта |
|
|
|
,0 ' |
на |
.1“ на |
интенсив |
интенсив |
||||
|
|
|
|
выходе |
выходе |
|
ность |
|
|
|
ность |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
отказов |
|
|
|
отказов |
т-101 |
1 |
вход |
|
1,55 |
1,15 |
1,55 |
1,62 |
0,79 |
0,34 |
0,96 |
1,04 |
|
|
2 |
входа |
|
— |
|
— |
1,67 |
— |
|
. — |
1,06 |
■---- |
|
3 |
входа |
|
— |
|
— |
1,79 |
— |
— |
— |
1,2 |
— |
Т-102 |
|
_ |
|
2,48 |
2,48 |
3,36 |
3,23 |
0,97 |
0,97 |
2,64 |
2,50 |
|
Т-103 |
|
.---- |
■ |
4,52 |
4,52 |
6,83 |
6,83 |
1,39 |
1,39 |
3,81 |
3,81 |
|
Т-Ю4 |
|
— |
|
0,41 |
0,41 |
0,41 |
0,41 |
0,71 |
0,71 |
0,71 |
0,71 |
|
Т-Ю5 |
|
— |
|
0,41 |
0,41 |
0,41 |
0,41 |
0,71 |
0,71 |
0,71 |
0,71 |
|
Т-106* |
2 |
входа |
|
0 |
|
0,08 |
0,24 |
0,08 |
0 |
0,08 |
0,24 |
0,08 |
|
3 |
входа |
|
■--- |
— |
0,36 |
— |
— |
---- • |
0,36 |
— |
|
|
4 |
входа |
|
— |
|
. --- |
0,48 |
— |
— |
— |
0,48 |
— |
|
5 |
входов |
|
•--- |
— |
0,6 |
— |
— |
— |
0,6 |
— |
|
|
6 |
ВХОДОВ |
|
— |
|
|
0,72 |
— |
— |
— |
0,72 |
|
Т-107 |
2 |
входа |
|
0,27 |
0,1 |
0,44 |
0,27 |
0,37 |
0,23 |
0,58 |
0,37 |
|
|
3 |
входа |
|
----■■ |
— |
0,61 |
— |
. ---- |
■----. |
0,75 |
— |
|
|
4 |
входа |
|
— |
|
— |
0,78 |
— |
__ |
—- • |
0,92 |
— |
|
5 |
входов |
|
. ---- |
— |
0,95 |
— |
— |
— |
1,09 |
— |
|
|
6 |
входов |
|
— |
|
— |
0,11 |
— |
— |
— |
1,25 |
— |
Т-201 |
Постоянный ток |
0,28 |
1,28 |
1,61 |
1,61 |
0,29 |
0,74 |
1,04 |
1,04 |
|||
|
Переменный ток |
0 |
|
1,28 |
1,28 |
1,28 |
0 |
0,74 |
0,74 |
0,74 |
||
Т-202 |
|
_ |
|
2,46 |
3,34 |
3,59 |
3,64 |
1,19 |
5,39 |
5,88 |
5,95 |
|
Т-203 |
|
--- |
' . |
0,28 |
2,16 |
2,54 |
2,56 |
0,16 |
0,314 |
1,73 |
1,73 |
|
Т-301 |
|
— |
|
0,22 |
0,22 |
0,22 |
0,22 |
0,59 |
0,59 |
0,59 |
0,59 |
|
Т-302 |
|
— |
|
0,93 |
1,51 |
1,51 |
1,51 |
0,34 |
0,22 |
1,22 |
1,21 |
|
Т-303 |
1 |
вход |
|
2,16 |
4,88 |
5,8 |
5,84 |
0,61 |
3,69 |
6,19 |
6,21 |
|
|
2 |
входа |
|
” . |
— |
5,92 |
— |
— |
— |
6,21 |
— ■ |
|
Т-304 |
|
__ |
|
4,85 |
10,8 |
14,1 |
14,1 |
2,5 |
6,3 |
11,2 |
11,2 |
|
Т-401 |
Реостатный вход |
1,23 |
1,23 |
1,38 |
1,42 |
0,57 |
0,57 |
0,78 |
0,84 |
|||
|
Диодный вход |
1,25 |
1,25 |
1,40 |
1,44 |
0,57 |
0,45 |
0,67 |
0,72 |
|||
Т-402 |
Реостатный вход |
1,23 |
1,23 |
1,38 |
1,60 |
0,57 |
0,57 |
0,78 |
1,0 |
|||
|
Диодный вход |
1,25 |
1,23 |
1,40 |
1,60 |
0,46 |
0,57 |
0,67 V |
0,89 |
|||
Т-403 |
1 |
вход |
|
3,55 |
4,72 |
5,36 |
5,19 |
1,48 |
2,86 |
3,52 |
3,45 |
|
|
2 |
входа |
|
— |
|
--- . |
5,48 |
|
. — |
— |
3,64 |
— |
|
3 входа. |
|
— |
|
— |
5,5 |
— |
— . |
— |
3,76 |
— |
|
Т-404 |
1 |
вход |
|
4,84 |
5,87 |
6,87 |
7,38 |
2,14 |
3,06 |
4,27 |
4,64 |
|
|
2 |
входа |
|
— |
|
■.--- |
6,99 |
— |
. --- ' |
— . |
4,39 |
— |
|
3 входа |
|
— |
|
■— |
7,11 |
— |
— . |
— |
4,51 |
— |
|
Г-405 |
1 |
вход |
|
4,96 |
5,92 |
7,19 |
7,88 |
2,37 |
3,28 |
4,38 |
4,94 |
|
|
2 входа |
|
— |
|
■--- |
7,31 |
— |
— |
— |
4,5 |
— |
|
|
3 входа |
|
— |
|
— |
7,43 |
— |
— |
— |
4,62 |
— |
|
П р и м е ч а н и я : |
1. Размерность Х = 10"в 1/ч. |
|
|
|
|
|
2.При р, > о значения интенсивностей отказов при каждой отдельной комбинации входных сигналов при ведены средними арифметическими этих значений.
3.При р < я значения интенсивностей отказов при каждом функциональном состоянии элементов также ■ааменены средними арифметическими этих значений.
4. X— значения интенсивностей отказов, рассчитанные |
ио исходным данным Хд и А, = |
f (Аы),по [Л. 89]. |
5. X '— значения интенсивностей отказов, рассчитанные |
ио исходным данным Хн и ft, = |
I (Ан) по [Л. 24]. |
6. Для практических расчетов следует пользоваться значениями X как более обоснованными.
18—856 |
273 |
Расчет интенсивностей отказов логических элементов в динамиче ском режиме, т. е. при изменении состояния выхода элемента, произво дится по методике, изложенной в [24]. Так же как и при расчете А0р, здесь учитывают интенсивности отказов всех деталей, входящих в эле мент. Отличие заключается только в том, что по данной методике учи тывается максимально возможная загрузка деталей. Так, например, ес ли в статическом режиме элемента Т-403 (рис. 12-8) учитывается, что при нулевом сигнале на выходе больше загружен транзистор Т%, а при единичном Ti и 7з, то в динамическом режиме принимается наибольшая загрузка всех транзисторов. Если элемент имеет несколько входов, со единенных параллельно, то интенсивность их отказов рассчитывается, как в статическом режиме, по формулам
Я |
— — |
Я • |
|
Авйд— |
з |
А1д’ |
|
я |
- |
А я |
А1Д‘ |
АвхЗД |
|
П |
Но при работе в динамическом режиме чаще всего подается сиг нал только на один вход. Поэтому точнее будет просто просуммировать интенсивности отказов параллельных входов, что и сделано при расче
те Яср.
Расчеты интенсивностей отказов удобнее производить в табличной форме (табл. 12-4).
Расчеты интенсивностей отказов остальных элементов типа «Логи- ка-Т» приведены в табл. 12-5.
12-5. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТЕЙ ОТКАЗОВ УПРАВЛЯЮЩИХ ЛОГИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
При общих расчетах надежности любого устройства промышленной автоматики обязательным показателем, который необходимо опреде лить, является общая интенсивность отказов всей схемы А.
При расчетах Я-характеристик отдельных логических элементов бы ли определены их значения для статического и динамического режимов работы. Аналогично можно рассматривать динамический и статический режимы работы логического устройства.
Динамический режим — это изменение состояний промежуточных и выходных элементов при поступлении входных сигналов управления. Он составляет значительную часть времени работы устройств кратко временного и повторно-кратковременного действия и определяет их на дежность.
Статический режим схемы — это сохранение элементами устройст ва'заданного состояния. Он определяет надежность устройств с редки ми срабатываниями.
Таким образом, интенсивность отказов любого устройства, в общем,
состоит из двух составляющих: |
|
Аох=Лд+'Лс, |
(12-7) |
где Лд— динамическая составляющая интенсивностей отказов |
схемы; |
Лс — статическая составляющая интенсивностей отказов схемы.
Для большинства управляющих логических устройств величина Лд мала по сравнению с Ас и ею можно пренебречь. Бесконтактное логи ческое устройство выполняет определенные операции: пуск, остановку,
274
реверс и т. д. Каждая операция выполняется цепочкой элементов, со ставляющий так называемый технологический канал устройства. Таким образом, под технологическим каналом устройства следует понимать совокупность элементов, обеспечивающих самостоятельную операцию или режим работы управляемого механизма или агрегата. Каждый тех нологический канал характеризуется соответствующим статическим и динамическим режимами работы. Но каждый технологический канал схемы работает не все время рабочего периода, а только часть его, сле довательно, и элементы технологического канала работают не все вре мя. Кроме того, и все устройство работает, как правило, не непрерывно.
Это требует введения следующих понятий, необходимых при рас четах общей интенсивности отказов схемы.
Коэффициент использования схемы по времени
kn= T 'lT , |
(12-8) |
где Т' •— среднесуточное время работы схемы; 7= 24x60= 1440 мин. Коэффициент использования технологических каналов по времени
k i= U ir , |
(12-9) |
где ti — время использования £-го технологического канала; kn и ki опре деляются на основании данных эксплуатационной статистики или тех нических условий проектов и включают в себя следующие сведения: среднесуточное число включений устройства, время процесса включения и работы, среднесуточное число отключений устройства, время процесса отключения и стоянки, время работы каждого технологического ка нала.
На основании анализа работы схемы составляются таблицы интен сивностей отказов технологических каналов по форме табл. 12-6.
|
|
|
Т а б л и ц а 12-6 |
Обозначение элемента |
Тии элемента |
Режим работы элемента |
Ч л - ^ |
по принципиальной схеме |
По данным этой таблицы определяется суммарная интенсивность отказов технологического канала:
яг. = 2 |
о 2-10) |
«=1 |
|
где Хэл — интенсивность отказов элементов, составляющих г-й техноло гический канал; Xs i— суммарная интенсивность отказов технологиче
ского канала.
В таблицу вписываются лишь те элементы, отказ которых приво дит к отказу на выходе соответствующего технологического канала.
Далее необходимо определить вероятность безотказной работы! устройства, которая выразится через вероятность безотказной работы технологических каналов как
P (t)c*= pi(:t)pz(t) . . . |
р п У). |
(12-11) |
18* |
275 |
Выражение (12-11) можно переписать таким образом:
Р (t)cx= |
.. . eV , = eA'2V |
(12-12) |
где A' — интенсивность отказов устройства. |
|
|
Из (12-12) имеем: |
|
|
А' Т = Av> -j- |
. ' |
(12-13) |
Разделив обе части на V , получим: |
|
|
А'iX -—---- y—f Я - р4 -у—, |
Я - р4 -. . . “ р4 - — Я |
(12-14) |
С учетом (12-9) |
|
|
А = & Л , 4 - |
- j - . . . -[- |
(12-15) |
При приведении времени Т' к масштабу полного времени Т можно определить приведенную интенсивность отказов устройства:
Р(0сх= * А'Г' = вАГ, |
|
отсюда А'Т' — АТ или А = Др А', а с учетом |
(12-8) и (12-15) |
п |
(12-16) |
A = ^ „ 2 |
|
/гг! |
|
Полученное выражение служит для определения общей приведен ной интенсивности отказов схемы как суммы интенсивностей отказов составляющих ее технологических каналов с учетом коэффициентов использования каждого из них в работе всей схемы, а также коэффи циента использования всей схемы.
В случаях, когда нет необходимости точно определять Л, можно принять Л как сумму Язл, что даст завышенное значение Л и, следова тельно, заниженное значение Р (/) ех-
Результаты расчетов общей интенсивности отказов А, выполненные для нескольких бесконтактных станций управления из элементов «Ло гика-Т», приведены в табл. 12-7.
|
|
|
Т а б л и ц а 12-7 |
Интенсивность отказов |
БСУ фильтраци |
БСУ автоматической |
БСУ управления |
онными насосами |
работы ВКСМ-КШ |
краи-&алкой |
|
А с учетом технологических кана |
2 5 ,0 |
5 5 , 6 - |
2, 1 5 |
лов, 10 “ в 1/ч |
|
119,0 |
|
А определенная как Л?1зл- Ю " 6 !/ч |
6 2 , 8 |
1 3 9 , 6 |
Из табл, 12-7 видно, что интенсивности отказов устройств для авто матизации фильтрационных насосов и сварочных выпрямителей, рабо тающих полный рабочий период, рассчитанные разными способами сравнительно мало отличаются друг от друга.
Для устройства программного управления кран-балкой, работа ющей периодически, разница результатов расчета довольно значи тельна.
2 7 6
Таким образом, расчеты Л для устройств из бесконтактных логи ческих элементов необходимо вести с учетом следующего:
для получения точного значения Л и для устройств, работающих периодически, необходимо вести расчеты с учетом технологических ка налов;
для приближенных расчетов и расчетов для устройств, работающих непрерывно в течение длительного времени, следует определить Л как арифметическую сумму X элементов и принять равной 0,4—0,5 этой об щей суммы.
Пример 12-1. Расчет общей интенсивности отказов автоматизированной свароч ной станции с многопостовыми статическими преобразователями ВК.СМ-1000 из эле ментов «Логика-Т»
Автоматическая станция управления параллельной работой пяти сварочных агре гатов ВКСМ-1000 предназначена для автоматического включения и отключения стати
ческих сварочных агрегатов в зависимо- |
|
|
|
|
|
|
||||||
сти от |
нагрузки (рис. |
15-57). |
Расчет |
V pisS\4\44\44444\V |
|
|
||||||
общей |
интенсивности |
отказов |
схемы |
LV |
|
|
|
|
|
|||
управления |
произведем |
двумя |
спосо |
ш |
|
|
|
\VN |
|
|||
бами. |
|
|
|
|
|
|
ж |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 L |
■ |
168 |
16 SB |
30 |
78 \ |
|
1. Расчет А без учета технслогкче- |
||||||||||||
ских каналов. |
|
|
|
|
|
: |
|
73В |
” |
* |
"|! |
|
В этом случае общая интенсивность |
|
|
282" |
|||||||||
отказов А будет равна арифметической |
|
|
|
51Z |
|
\ |
||||||
сумме интенсивности |
отказов |
всех эле- |
|
|
|
390 |
|
I |
||||
ментов БСУ: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
д |
L V |
I |
11 о |
n in |
в |
w |
Рис. 12-9.' Время работы технологических |
|||||
Л-s — «и xi |
Х1ал= |
119,U 10“ |
|
1/4, |
каналов |
автоматизированной |
сварочной |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
. станции из пяти ВКСМ-1000. /—V—каналы. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
где |
0,33 |
(работа |
станции в одну смену); 2 |
?уэл = |
0,36210_s — общая сумма ин |
м
еяс явностей ’отказов всех элементов схемы.
2. Расчет А с учетом технологических каналов, за которые принимаем узлы, управляющие каждым сварочным выпрямителем в статическом и динамическом режи мах. Время использования каждого технологического канала определено путем прак тического хронометрирования действующей сварочной станции в условиях судоремонт ного производства.
На рис. 12-9 показана работа каждого канала в статическом и динамическом режимах (работа технологического канала в статическом режиме не заштрихована).
Суммарная интенсивность отказов каждого технологического канала определяется как сумма интенсивностей отказов составляющих его элементов.
Учитывая, что подробное определение суммарной интенсивности отказов техноло гических каналов приведено в § 15-6, ограничимся только конечными результатами:
К= 65,42-10- '®1/ч;
Т, (стат)
Si див = 83.09-10-». 1/ч:
^ Ч с ^ ) - 49’45*10" ’ 1/ч:
V * 4 < * * > ==6iU7-iO 's 1/ч-
Общая интенсивность отказов станции определится по формуле (12-16) и будет равна 55,6•i0“s 1/ч.
277
Г Л А В А Т Р И Н А Д Ц А Т А Я
ЭКОН О М И ЧЕСКАЯ Э Ф Ф ЕК ТИ ВН О СТЬ П РИ М ЕН ЕН И Я У П РА ВЛ ЯЮ Щ И Х Л О ГИ Ч ЕС К И Х УСТРОЙ СТВ
13-х. РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ
При нормальной эксплуатации бесконтактных управляющих логи ческих устройств возможны только случайные отказы, число которых характеризуется величиной интенсивности отказов, изменяющейся в со ответствии с кривой рис. 12-1. По окончании периода нормальной экс плуатации, начиная с момента времени t— 7и» начинают сказываться износ и старение деталей элементов и интенсивность их отказов начи
нает возрастать. Как правило, к моменту времени |
Ги |
в результате слу |
|
чайных отказов |
отказывает только небольшая |
часть |
всех элементов, |
а за период от |
7и до М отказывает половина всех элементов. |
Показатели безотказности указывают только, насколько надежен элемент в период нормальной эксплуатации, но не определяют время, через которое необходимо элемент заменить. Только наступление износовых отказов свидетельствует, что элементы необходимо заменять.
Случайные отказы, имеющие постоянную интенсивность в течение всего периода нормальной эксплуатации, не могут быть устранены пу тем профилактического обслуживания или замены элементов. Если, на пример, исправный элемент через некоторое время заменить, то веро ятность безотказной работы не увеличится, а, вероятнее всего, снизится за счет того, что замененный элемент не прошел приработки.
Не следует также оставлять элементы в работе по истечении време ни 7и, так как вероятность отказа элементов, а следовательно, и систем в этот период резко возрастает. Полная или частичная замена элемен тов должна производиться к моменту времени 7"и, т. е. к началу влия ния износовых явлений.
При определении эксплуатационного цикла технического обслужи вания для бесконтактных логических устройств нет необходимости со ставления графиков планово-предупредительных ремонтов. Более того, понятия текущего и среднего, ремонта заменяются понятием профилак тического осмотра или контрольной проверки. Планово-предунредитель- ные осмотры системы должны проводиться через некоторые оптималь ные промежутки времени, определяемые минимальными эксплуатацион ными затратами при поддержании достаточно высокого уровня надежности.
В практических условиях эксплуатации и при расчетах технико экономической эффективности использования логических элементов не обходимо определять только время между профилактическими осмотра ми. Замену же элементов в связи с их неремонтоспособностью следует производить при наступлении времени частых выходов элементов из строя.
13-2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАННЫХ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ РАСЧЕТА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
Для поддержания надежности любой схемы на заданном уровне необходимо через определенные промежутки времени производить про филактические осмотры. Во время профилактического осмотра проверя ются правильность работы схемы, исполнение всех операций в требуе-
278
мой последовательности, качество контактных соединений, т. е. опреде ляется в конечном счете ее работоспособность в данный момент време ни. По трудоемкости исполнения профилактический осмотр согласно [24] можно приравнять текущему ремонту.
Стоимость профилактических осмотров схемы за год можно опре делить по следующей формуле:
5 = |
= |
О 3 ' 1) |
|
|
4 3 . II.О |
где п — число осмотров в году; /п.п о — время между осмотрами; So — стоимость одного осмотра, руб.
С учетом (12-5)
S ( t ) = — 8 7 6 0 5 оЛ/1прзаД(О - |
(13-2) |
Для удобства последующего анализа стоимость профилактических осмотров целесообразно выразить в относительных единицах:
5 0тЙ(If ) = S ( t ) / S макс»
где SMaKo — максимальные затраты на осмотры, которые потребовались бы на поддержание вероятности безотказной работы Дзад.макс'^!- Для схем промышленной автоматики достаточно принять Р3ад.макс=0,99. В этом случае
SM a K c = ^ ^ = 10s-8760SoA, |
(13-3) |
а эксплуатационные затраты в относительных единицах за это же вре мя
|
jQTH(^) : |
S(t) |
|
|
8760S„ |
103Лt • |
(13-4) |
|
|
|
|
M 0 3.8760S„A |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
Таким образом, имеются две функции, зависящие от времени (12-1) |
||||||||
и (13-4), графики которых представлены на рис. 33-1. |
|
|||||||
Из рис. 13-1 видно, что при относитель |
|
|
||||||
но равномерном |
возрастании |
|
надежности |
|
|
|||
с уменьшением времени между |
профилак |
|
|
|||||
тическими осмотрами |
эксплуатационные за |
|
|
|||||
траты |
возрастают |
неравномерно. Экономи |
|
|
||||
чески |
целесообразно |
увеличивать |
надеж |
|
|
|||
ность схемы лишь до тех пор, пока затраты |
|
|
||||||
на поддержание надежности растут медлен |
|
|
||||||
нее, чем сама надежность. |
|
|
|
|
|
|||
Эксплуатационныерасходы |
можно счи |
Рис. 13-1. Зависимость эксплуа |
||||||
тать оптимальными, когда скорость их при< |
тационных |
затрат и надежно |
||||||
ращения будет в т раз ниже скорости |
сти |
от времени. |
||||||
приращения вероятности безотказной работы устройства: |
||||||||
|
|
|
dp |
__ |
^опт . |
|
(13-5) |
|
|
|
|
dt |
~~П |
dt ’ |
|
||
|
|
|
|
|
из рис. 13-1 следует
tg ai=mtg ct2.
Момент времени, соответствующий условию (13-5), является опти мальным временем между профилактическими осмотрами схемы. Вели-
279
чину т в практических расчетах следует принимать равной двум или, при требовании особо высокой надежности, единице.
Цри «==2 скорость приращения эксплуатационных затрат в 2 раза меньше скорости приращения P (t), т. е. на единицу приращения p{t) тратится не более 0,5 единицы приращения эксплуатационных расходов, что вполне определяет смысл оптимальности рассматриваемых вели чин. И только при необходимости получения высокой Надежности мож но допустить положение, когда определенной скорости повышения p(t) соответствует такая же скорость повышения эксплуатационных расхо дов. Это соотношение будет выполняться при т = 1. Значения т<c l принимать не следует, так как в этом случае скорость приращения экс плуатационных расходов будет превышать скорость приращения p(t), что явно неэкономично. Значения т > 2 также принимать не следует, так как при этом экономически неоправданно будет занижаться надеж ность схем. Допустимы и промежуточные значения т = l-s-2.
Для конкретных значений т далее можно определить:
Лип — оптимальное значение вероятности безотказной работы;
tom — оптимальное значение времени между профилактическими осмотрами; 5опт — оптимальное значение эксплуатационных расходов.
Для этого продифференцируем значения (12-1). и (13-4) по време ни и подставим в (13-5). В результате получим:
Для определения в ряд:
g^OKI =
QA tопт = |
|
.1 0 ‘ А Н * „ |
|
(13-6) |
||
|
|
|
т |
|
|
|
tom |
разложим |
левую |
часть уравнения (13-6) |
|||
1 _|_ |
А^опт |
i |
Аг/2ОП1 j |
т |
АЛ/лопт |
|
|
1! |
‘ |
2! |
" "Г •‘ •и |
’ |
Условия сходимости ряда:
JЛ^опт| *-7 1> т, е. ^onT^Cl/Aj
обеспечиваются, так как время профилактических осмотров всегда меньше наработки на отказ устройства.
Ограничиваясь двумя первыми членами ряда, получаем из (13-6):
A L |
2-103 |
2-103 J ' |
103 |
(13-7) |
|
|
Л |
|
|
Так как все величины, входящие в уравнение (13-7), положительны, то
ЛА |
|
Л __4 -t/ - т г + A m -103 |
(13-8) |
||
|
|
м о з ■+ |
г |
|
|
Используя приведенную формулу для т = 2, |
можно получить: |
||||
Р |
опт |
с |
-0,0458 |
: 0,95; |
|
|
= : 0 А<опт ; |
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
— 0,0218. |
|
|
|
ic m 0 |
I О3- 0 ,0 4 5 8 |
Абсолютное значение годовых расходов ^опт^^отн-^макс—О,0218 •10». 8760S0A=1,91 •1055 оЛ.
280