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 12 / 362 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Для понимания смысла произведения событий полезно обратиться к геометрической интерпретации данного термина (рис. 1.1). Если события А и В есть попадание точки соответственно в области А и В, то событие АВ есть по- падание в область, заштрихованную на рис. 1.1, а.

А+В

А·В

а)

б)

Рис. 1.1. Геометрическая иллюстрация понятий произведение (а)

и сумма (б) событий

Условной вероятностью РА(В) будем называть веро- ятность события В, вычисленную в предположении, что событие А уже наступило:

РА(В) = Р(А·В)/Р(А), где Р(А)>0.

Теорема умножения вероятностей: вероятность совместного появления двух событий равна произведению вероятности одного из них на условную вероятность другого, вычисленную в предположении, что первое событие уже наступило:

Р(А·В) = Р(А)РА(В).

Следствия:

1. Вероятность совместного появления нескольких событий равна произведению вероятности одного из них на условные вероятности всех остальных, причем вероятность каждого последующего события вычисляется в предположении, что все предыдущие события уже появились:

P(A A A ) P(A ) P (A ) P (A ) ...

    

12 n 1A 2AA 3

Будем говорить, что событие В независимо от собы-



112

P(A).





AA...A n

12 n1





тия А, если наступление события А не изменяет вероятности появления события В. При этом условная вероятность события В равна его безусловной вероятности (то есть вероятности события, вычисленной без ограничений): Р

(В) = Р(В).

Тогда вероятность совместного появления нескольких независимых событий равна произведению вероятностей этих событий:

Р(А

·…·Аn) = Р(А1)Р(А2)…Р(Аn).

1·А2

Суммой событий A и B называют событие, состоящее в

появлении события или А, или события В, или в одновременном появлении обоих этих событий. Если событие А соответствует работоспособности первого прибора, а событие В — работоспособности второго, то сумма А+В соответствует тому, что работоспособен будет как минимум один прибор.

В частности, если два события А и В — несовместные, то А+В — это событие, состоящее в появлении одного из этих событий, безразлично какого.

Геометрическая интерпретация суммы событий показана на рис. 1.1. Если события А и В есть попадание точки соответственно в области А и В, то событие А+В есть попадание в область, заштрихованную на рис. 1.1, б.

Теорема сложения вероятностей несовместных событий: вероятность появления одного из группы несов-

местных событий, безразлично какого, равна сумме вероятностей наступления каждого из этих событий.

P(A+B+…+Z) = P(A) + P(B) + … + P(Z).

Следствия:

Сумма вероятностей наступления событий А

, … , Аn, образующих полную группу, равна единице:

P(A1) + P(A2) + … + P(An)=1.

Сумма вероятностей наступления событий А и A,

противоположных друг другу, равна единице:

P(A) P(A) 1+=.

Теорема сложения вероятностей совместных событий: вероятность появления хотя бы одного из двух сов-

местных событий равна сумме вероятностей этих событий без вероятности их совместного появления:

P(A+B) = P(A) + P(B) – P(A·B).

Приведенные теоремы широко применяются в теории надежности, что и будет показано ниже.

1.2. Надежность, ее составляющие

Понятие надежности, так же как и многие другие понятия, не существует отдельно от того объекта, применительно к которому оно рассматривается. Чаще всего мы будем говорить о надежности систем и их элементов. При этом

системой мы будем называть совокупность элемен-

тов, совместно выполняющих заданную функцию, а

эле-

ментом — часть некоторой системы, рассматриваемую как

единое целое без изучения ее внутренней структуры. В зависимости от поставленной задачи один и тот же объект может рассматриваться и как система, и как элемент некоторой другой системы. Например, система измерения температуры в задаче определения надежности выполнения функции измерения температуры будет рассматриваться именно как система, состоящая из нескольких элементов (датчик, соединительные линии, модуль ввода аналоговых сигналов контроллера и т. д.). В то же время в задаче расчета надежности функции измерения для энергоблока эта

система, скорее всего, будет выступать всего лишь одним из элементов.

Надежность — это свойство системы сохранять с те-

чением времени в заданных пределах значения всех параметров, характеризующих способность системы выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях эксплуатации (ГОСТ 27.002–89). Отметим, что в соответствии с этим определением мы требуем не просто «работы» системы, но «работы» с заданными показателями качества. Например, датчик температуры, изменяющий свой выходной сигнал при изменении контролируемой температуры, но работающий с погрешностью 50 %, вряд ли может считаться надежным. Кроме того, нарушение условий эксплуатации также не позволяет говорить о надежности или ненадежности системы: невозможно требовать надежной работы манометра при взрыве газопровода, в котором он установлен.

Надежность технических средств определяется следующими составляющими:

–

безотказность;

–

ремонтопригодность;

–

сохраняемость;

–

долговечность.

Безотказность — это свойство системы непрерывно

сохранять свою работоспособность в течение определенного интервала времени. Безотказность — наиболее важная составляющая надежности. Безотказность системы определяется:

–

количеством и надежностью элементов системы;

–

схемой соединения элементов;

–

функциональными, конструктивными и алгоритми-

ческими особенностями построения системы;

–

наличием резервирования;

–

условиями эксплуатации.

Ремонтопригодность — это приспособленность си-

стемы к предупреждению, обнаружению и устранению последствий отказов путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Ремонтопригодность определяется:

–

конструктивными особенностями технических средств,

в том числе использованием блочно-модульного принципа построения;

–

наличием контрольно-диагностической аппаратуры,

в том числе средств встроенной диагностики;

–

свойствами отдельных элементов системы;

–

квалификацией обслуживающего персонала;

–

условиями эксплуатации.

Так как большинство технических средств промышленной автоматики относятся к восстанавливаемым изделиям (то есть предусматривается возможность их ремонта или замены), то ремонтопригодность также является важным компонентом надежности.

Долговечность — это свойство системы сохранять

свою работоспособность с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов до некоторого предельного состояния. Долговечность менее важна, чем ремонтопригодность и безотказность, так как у большинства технических средств промышленной автоматики моральное старение наступает раньше, чем физическое. Кроме того, в результате ремонтов в процессе эксплуатации заменяется бóльшая часть узлов и элементов системы.

Сохраняемость — это свойство системы сохранять

заданные эксплуатационные показатели в течение срока хранения и транспортировки. Сохраняемость также не является основной составляющей надежности, так как обычно технические средства транспортируются один раз (от завода-изготовителя до места монтажа), а длительность их хранения (кроме запчастей) до момента монтажа невелика.

Взаимосвязь между составляющими надежности можно рассматривать следующим образом. Безотказность характеризуется закономерностями возникновения отказов. Ремонтопригодность — закономерностями их предупреждения и устранения. Долговечность определяется продолжительностью действия этих закономерностей и их постепенным изменением в течение срока службы. В дальнейшем во всех практических применениях мы ограничимся рассмотрением надежности как совокупности только двух составляющих: безотказности и ремонтопригодности.

1.3. Необходимость в повышении надежности, обеспечение необходимой надежности

Необходимость в повышении надежности элементов

и систем автоматизации

вызвана существенными последствиями их отказов, приводящих к уменьшению количества вырабатываемой энергии, снижению ее качества, а также к непроизводительным затратам энергии и топлива. Эти нежелательные последствия возрастают в связи с ростом единичной мощности оборудования. Вследствие значительного возрастания количества технических средств и их недостаточной надежности увеличивается и численность необходимого эксплуатационного персонала цехов автоматики, и нагрузка на оперативный и ремонтный персонал.

Надежность систем автоматизации влияет:

–

на безопасность работы технологического объекта

управления;

–

на точность и полноту получаемой информации;

–

на точность управления;

–

на эффективность работы объекта.

Влияние надежности на безопасность достаточно

очевидно. Будем понимать под безопасностью ведение

производства в таком режиме, когда не создается угроза здоровью и жизни персонала. С этой точки зрения выход из строя, например, системы защиты ядерного реактора на АЭС, произошедший вследствие недостаточной надежности ее элементов, демонстрирует прямую связь надежности и безопасности.

Влияние надежности на точность и полноту ин-

формации существенно как для функции измерения

и контроля, так и для функции регулирования технологических параметров. Отказ системы измерения может привести к тому, что оперативный персонал будет полностью лишен данных о состоянии соответствующего технологического параметра. Но, как ни странно, эта ситуация не всегда является наихудшей из всех возможных (например, с точки зрения быстроты ее выявления). Допустим, что недостаточная надежность измерительной системы не привела к полному прекращению ее работы и система продолжает функционировать, но с ухудшенными метрологическими показателями. Тогда в течение длительного времени (с момента возникновения отказа до момента проведения поверки) оперативный персонал будет введен в заблуждение относительно истинного значения технологического параметра. Кроме того, если значение параметра, измеренное с недопустимо большой погрешностью, используется еще и в системе регулирования, то регулятор не будет стабилизировать этот параметр на заданном уровне. Стабилизация произойдет на уровне «задание минус погрешность», что при большом значении погрешности может существенно повлиять на эффективность работы.

Влияние надежности на точность управления про-

является как при явном выходе автоматики из строя, так и при ухудшении качества управления вследствие недостаточной надежности. При явном отказе некоторых элементов автоматики процесс управления может вестись

оперативным персоналом в ручном режиме. Естественно, что качество такого управления существенно ниже, чем в случае автоматического регулирования. Ухудшение качества управления вследствие недостаточной надежности элементов системы автоматизации проявляется:

–

как нарушение требований к показателям качества

регулирования (например, выход динамической ошибки за допустимый предел);

–

как изменение среднего уровня технологического па-

раметра (появление дополнительной статической ошибки);

–

как увеличение дисперсии колебаний управляемого

параметра (увеличение интегрального показателя качества).

Влияние надежности на эффективность работы тех-

нологического объекта можно оценить через ее влияние на

безопасность и точность информации и управления. С одной стороны, мероприятия на ТЭС и АЭС, направленные на повышение надежности (замена старых технических средств на новые, более надежные; введение резервирования; более частое проведение технического обслуживания и т. п.) увеличивают капитальные и текущие затраты, что повышает себестоимость выработки электроэнергии. С другой стороны, повышение надежности приводит к снижению общего времени простоя оборудования из-за отказов элементов автоматики, что приводит к увеличению выработки электроэнергии и, как следствие, к увеличению прибыли.

Для обеспечения необходимой надежности необходи-

мо проведение ряда мероприятий на всех этапах жизненного цикла технического средства.

На этапе разработки системы

автоматизации к таким мероприятиям относятся:

–

наилучший выбор комплектующих элементов;

–

выбор оптимальной структуры системы;

–

введение необходимой избыточности;

– определение электрических, механических, темпе-

ратурных и иных режимов работы элементов;

–

включение в состав системы внутренних средств

диагностики неисправностей.

На этапе эксплуатации необходимо:

–

проведение планово-профилактических работ, опти-

мальных по периодичности и продолжительности;

–

обеспечение необходимого количества запасных

частей;

–

введение рациональной структуры обслуживания;

–

поддержание требуемых режимов и условий эксплуа-

тации элементов и систем автоматизации.

1.4. Состояния и события. Восстанавливаемые и невосстанавливаемые системы

Различают

четыре основных состояния систем и их

элементов:

Исправное — это состояние системы, при котором

она соответствует всем требованиям нормативнотехнической документации. Фактически это некое идеальное состояние системы. Принято считать, что система, впервые вводимая в эксплуатацию, должна находиться в исправном состоянии.

Неисправное работоспособное — это состояние

системы, при котором она не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической документации, но значения параметров, характеризующих способность системы выполнять заданные функции, находятся в установленных пределах. В отличие от исправной, работоспособная система удовлетворяет только требованиям, существенным для функционирования. Например, при выходе из строя архивной станции SCADA-системы при условии нормальной работы операторских станций система будет

считаться работоспособной, если функция архивирования не является обязательной. Естественно, что система, находящаяся в исправном состоянии, по определению является работоспособной.

Неработоспособное — это состояние системы, при

котором хотя бы один параметр, характеризующий способность системы выполнять заданные функции, не находится в пределах, установленных нормативной документацией. Критерием неработоспособности является не только полное прекращение функционирования системы или элемента, но и работа системы или элемента при невыполнении требований к качеству работы. Например, контроллер может считаться неработоспособным, если динамическая ошибка в процессе регулирования будет превышать максимально допустимое значение.

Предельное — это состояние системы, при кото-

ром ее дальнейшее применение по назначению нецелесообразно или невозможно. Предельное состояние может наступить в связи с полным разрушением системы или в случае, если ее дальнейший ремонт является экономически неэффективным.

Изменение состояния системы связано с наступлением

того или иного события. Наиболее важным является

отказ,

то есть событие, состоящее в нарушении работоспособности системы. При этом система переходит из работоспособного (исправного или неисправного) в неработоспособное состояние.

Переход системы из исправного в неисправное работоспособное состояние связан с таким событием, как повреждение.

Восстановление — это событие, состоящее в переходе

системы из неработоспособного в работоспособное состояние. Восстановление производится путем настройки или ремонта, а также с помощью замены отказавшего элемента.

<<< < Предыдущая 12 / 362 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]