Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Надежность систем автоматизации. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 3610 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

– контроллер;

регулир

– пускатель;

– исполнительный механизм;

– регулирующий орган.

Система регулирования сможет нормально выполнять свою функцию только при нормальной работе всех перечисленных элементов, поэтому в структурной схеме (см. рис. 4.2) они будут соединены последовательно.

Датчик МВвА

Пускатель ИМ РО МВывИ

Рис. 4.2. Структурная схема для расчета надежности функции

автоматического

ования по внезапным отказам

Обратите внимание, что в данной

Контроллер

схеме соединение элементов не соответствует реальным физическим связям: так, модуль вывода и исполнительный механизм напрямую не связаны, а в структурной надежностной схеме мы поставили их рядом. Дело в том, что в данном случае нас интересует только влияние состояния отдельных элементов на работоспособность всей системы, поэтому физически существующие связи нам важны лишь с точки зрения их надежности, а не того, какие именно элементы они соединяют.

Параллельное соединение обычно связано с понятием резервирования. Допустим, что паровой котел оборудован двумя дымососами (ДС), применяемыми для удаления из топки дымовых газов и регулирования разрежения. Каждый дымосос работает со своим регулирующим органом — направляющим аппаратом (НАДС), который управляется с помощью исполнительного механизма, сигнал на который поступает с

пускателя (см. рис. 4.3). Сигналы на пускатели приходят от одного микропроцессорного контроллера (для простоты не будем рассматривать всю программно-техническую структуру системы, включая ввод/вывод и схему синхронизации положения ИМ, условно объединяя все это в понятии «контроллер»).

Пускатель 2

ИМ 2

Задвижка 2

ДС 2

Топливо

Воздух

Задвижка 1

Рис. 4.3. Часть структурной схемы АСР разрежения

НАДС 2

НАДС 1

ИМ 1

Пускатель 1

Контроллер

Дымовые газы

ДС 1

Если нагрузка котла составляет менее 70 %, то для нормальной работы системы достаточно работоспособности только одной исполнительной цепи из пускателя, исполнительного механизма и регулирующего органа. Конечно, при этом необходимо выполнение требования работоспособности задвижек, отсекающих линию удаления дымовых газов с неисправными элементами автоматики. Тогда при отказе, например, первого регулирующего органа закрывается первая задвижка и все дымовые газы удаляются с помощью второго дымососа. В этом случае две исполнительные цепи в надежностной схеме будут соединены параллельно.

На рис. 4.4 приведена часть структурной схемы для расчета надежности функции автоматического регулирования разрежения в топке котла, составленная с учетом допущения, что система управления (или оператор) производит открытие/закрытие задвижек быстро и безошибочно (при этом под «задвижкой» на схеме понимается как сама задвижка, так и устройства для ее дистанционного управления).

Задвижка

Кон-

троллер

…

Рис. 4.4. Часть структурной схемы для расчета надежности функции

Задвижка 2 Пускатель

регулирования разрежения

Пускатель

ИМ

НАДС

Отметим, что если бы в рассматриваемом случае нагруз-

а котла составляла бы более 70 % и по технологическим со-

к ображениям снижение паропроизводительности вследствие отказа и отключения одной исполнительной цепочки было бы недопустимым, то все указанные элементы в надежностной схеме снова пришлось бы соединять последовательно.

При составлении структурной схемы необходимо учитывать, что она может значительно отличаться от функциональной схемы системы автоматизации.

Во-первых, надежностную схему необходимо составлять для каждой из функций системы (регулирования, измерения, защиты и т. д.). Во-вторых, на состав и способ соединения элементов в схеме существенно влияет вид отказа, по которому составляется схема.

Например, для повышения качества регулирования применяют каскадные системы регулирования, в которых используются корректирующие сигналы. В этом случае отказ какого-либо из элементов, участвующих в формировании

этих сигналов, вызывает не полную остановку всей системы, а лишь ухудшение качества регулирования. Таким образом, эти элементы не будут входить в структурную схему по внезапным отказам, но войдут в схему по параметрическим отказам.

В качестве примера рассмотрим систему регулирования температуры перегретого пара за котлом (рис. 4.5). Снова уточним, что будем рассматривать структуру системы весьма упрощенно (например, не будем выделять компенсационные провода, соединительную коробку местного щита, разделять контроллер с модулями ввода/вывода и т. п.) — сейчас нам важна не полная детализация, а базовые принципы построения схемы. Также ограничимся случаем только автоматического управления.

Сигнал с датчика температуры за пароперегревателем поступает на регулирующий алгоритмический блок контроллера, где происходит сравнение измеренного значения температуры с заданным, вычисление рассогласования и (в соответствии с принятым законом регулирования и его настройками) управляющего воздействия. Это воздействие через пускатель и исполнительный механизм передается на регулирующий орган, изменяющий подачу воды на впрыск в пароохладитель.

Для повышения качества регулирования в схеме используется производная температуры пара за пароохладителем. Таким образом, мы имеем дело с классическим вариантом каскадной системы с исчезающим сигналом из промежуточной точки (ИСПТ).

Пароохлади-

тель

Пароперегре-

ватель

ИМ

впрыск

РО

Пускатель

Рис. 4.5. Структура системы регулирования

температуры перегретого пара

Датчик

температуры

за пароохла-

дителем

Алгоблок

дифферен-

циатора

Контроллер

Датчик

температу-

ры перегре-

того пара

Алгоблок

регулятора

В случае отказа датчика температуры за пароохладителем работоспособность системы сохранится: контроллер за счет признания сигнала по этой температуре недостоверным будет его игнорировать и схема «выродится» в обычную одноконтурную АСР. Однако качество регулирования в этой системе значительно ухудшится и маловероятно, что показатели качества будут удовлетворять поставленным требованиям. В то же время отказ любого другого элемента приведет к полному прекращению работы системы. Поэтому в структурную схему по внезапным отказам (рис. 4.6) датчик температуры за пароохладителем не войдет.

Датчик температуры пе-

регретого

пара

Рис. 4.6. Структурная схема для расчета надежности функции

регулирования температуры перегретого пара по внезапным отказам

Контрол-

лер

Пуска-

тель

ИМ

РО

Зато в структурную схему по параметрическим отказам (рис. 4.7) войдут все элементы системы, так как отказ любого из них приводит к ухудшению показателей качества регулирования.

Датчик

темпера-

туры пе-

регретого

пара

Рис. 4.7. Структурная схема для расчета надежности функции

Датчик

темпера-

туры за

пароохла-

дителем

регулирования температуры перегретого пара

по па

Кон-

троллер

аметрическим отказам

Пуска-

тель

ИМ РО

Тот же подход будет применяться к анализу надежности АСР температуры пара и в случае использования идеи компенсации внешнего возмущения по паропроизводительности котла: соответствующие диафрагма, дифманометр и кабельная проводка войдут в качестве элементов только в схему, построенную по параметрическим отказам.

4.3. Расчет надежности невосстанавливаемых систем. Классический метод

Основными показателями безотказности для невосстанавливаемых систем являются вероятность безотказной работы и средняя наработка до отказа. Эти же показатели характеризуют безотказность и восстанавливаемых систем, причем при их расчете система будет рассматриваться как невосстанавливаемая.

Для систем, у которых структурная схема для расчета надежности сводится к простому последовательнопараллельному соединению элементов, расчет показателей надежности проводится с помощью классического метода.

Рассмотрим систему, состоящую из n элементов, причем для работоспособности всей системы необходимо, чтобы все элементы находились в работоспособном состоянии. Тогда структурная схема для расчета надежности (рис. 4.8) будет образована с помощью последовательного соединения всех элементов системы.

1 2 n

Рис. 4.8. Пример структурной схемы для расчета надежности

с последовательным соединением элементов

Рассмотрим набор событий {А

…

} (i = 1, 2, …, n), для кото-

рого событие Аi состоит в том, что i-й элемент системы на рассматриваемый момент времени t находится в работоспособном состоянии. Все эти события являются совместными, так как ни одно из них не исключает появления другого: то, что, например, элемент номер два находится в работоспособном состоянии, не препятствует нормальной работе элемента номер n. Кроме того, эти события независимы, так как для безотказной работы одного элемента не требуется работоспособности другого.

Желаемым для нас событием является событие R, состоящее в работоспособности всей системы на момент времени t. Заметим, что это событие наступит только тогда, когда одновременно выпадут все события А

. В соответствии с тео-

ремой умножения вероятностей совместных событий вероятность наступления всей группы совместных независимых событий равна произведению вероятностей наступления каждого из них:

P{R} P{A } P{A } ... P{A } P{A }

 .

12 n i

Так как вероятность наступления события А ствует ВБР i-го элемента p

(t), а вероятность наступления



соответ-

события R соответствует ВБР всей системы, то для последовательного соединения n элементов

то есть

p (t) p (t) p (t) ... p (t) p (t)

посл 1 2 n i

 





ВБР системы, образованной последовательным

соединением элементов, равна произведению ВБР ее элементов.

Выведем формулу для интенсивности отказов системы, образованной последовательным соединением n элементов, воспользовавшись известной зависимостью интенсивности отказов и функции надежности:



dp(t)





    

(t)

посл



p (t) dt dt

посл

dp (t)

посл





p(t)







nnn



 

p(t)







p(t) (t)







i1 i1 i1











dp (t) dp (t)

dt p (t) dt

Следовательно, для любого закона распределения

наработки до отказа интенсивность отказов системы, образованной последовательным соединением элементов, равна сумме интенсивностей отказов элементов этой системы.

Для вывода формулы для случая параллельного соединения элементов рассмотрим систему, состоящую из n элементов, причем условимся, что для работоспособности системы будет достаточно, чтобы в работоспособном состоянии находился хотя бы один ее элемент (см. рис. 4.9). Тогда отказ всей системы наступит только при отказе всех ее элементов. В этом случае в структурной схеме элементы будут соединены параллельно.

Рассмотрим набор событий {А которого событие А

} (i = 1, 2, …, n), для

состоит

в том, что i-й элемент систе-

мы на рассматриваемый момент времени t находится в

…

состоянии отказа. Эти события являются совместными, так как отказ одного из элементов не препятствует отказу любого другого. Будем считать, что отказ одного

Рис. 4.9. Структурная схема

для расчета надежности

с параллельным соединением

элементов

элемента также и «не провоцирует» отказ другого, поэтому события А

будем рассматривать как независимые.

Желаемым для нас событием является событие N, состоящее в неработоспособности всей системы на момент времени t. Для того чтобы это событие произошло, необходимо одновременное наступление всех событий А

. Сно-

ва применяем теорему об умножении вероятностей, учитывая, что в данном случае вероятность наступления события А

соответствует вероятности отказа i-го элемента qi(t),

а вероятность наступления события N соответствует вероятности отказа всей системы. Тогда для параллельного соединения элементов

q (t) q (t) q (t) ... q (t) q (t)

паралл 1 2 n i

 ,



то есть

вероятность отказа системы, образованной параллельным соединением элементов, равна произведению вероятностей отказа ее элементов.

Учитывая, что p

p (t) 1 q (t) 1 q (t) 1 (1 p (t))

паралл паралл i i

   

(t) + qi(t) = 1, можно записать





i1 i1

Для примера рассмотрим систему со структурной схемой, образованной с применением обоих видов соединения элементов (рис. 4.10).

2 3

Рис. 4.10. Структурная схема для расчета надежности

Найдем вероятность безотказной работы системы. Рассмотрим элементы 2 и 3. Они соединены последовательно, поэтому имеем возможность заменить их одним эквивалентным элементом 23 с ВБР

p (t) p (t) p (t).

23 2 3

100

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 3610 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]