Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Надежность систем автоматизации. Учебное пособие
.pdf
(внезапных и метрологических) отдельно и по обоим ви-
р
дам отказов совместно.
Допустим, что вероятность внезапных отказов q
роятность метрологических отказов q
м
являются взаимоне-
в
и ве-
зависимыми. Тогда величина
p(1q)(1q)1q q qq
вм вмвм
представляет собой вероятность безотказной работы системы в отсутствии обоих отказов.
6.3.1. Безотказность одноканальных
однофункциональных средств и систем измерения
одноканальным однофункциональным системам из-
К
мерения будем относить системы, позволяющие проводить
измерение одного параметра в одной точке и организовывать только один из способов предоставления информации
оперативному персоналу (в самом распространенном случае основой таких систем являются показывающие приборы). Рассмотрим два основных типа одноканальных однофункциональных систем..
К первому типу относятся наиболее простые системы
(рис. 6.6), функционирующие по следующему принципу.
Отбор импульса по измеряемому параметру производится
в соответствующей части
ТОУ
МЩУ
технологического объекта
управления (ТОУ) и по
ИЛ
П
импульсной линии (ИЛ)
передается на прибор (П),
установленный на местном
щите управления (МЩУ)
Рис. 6.6. Схема наиболее простой
системы изме
ения
или непосредственно на
самом объекте. Этому типу
2
31
соответствуют манометрические термометры, показывающие манометры общего назначения и другие приборы,
устанавливаемые по месту. Подобным образом производят измерение тех параметров, которые не подлежат регулированию и информация о которых нужна оперативному персоналу не постоянно, а также требуется наличие этих местных показывающих приборов по требованиям ПТЭ.
Будем считать, что одновременное возникновение отказа и импульсной линии, и прибора крайне маловероятно,
поэтому вероятность внезапного отказа системы (в соответствии с методом перебора состояний)
ввввв
q (t) q (t) p (t) p (t) q (t)
ил п ил п
,
где
в
p
ил
и
в
q
— соответственно ВБР и вероятность отка-
ил
за импульсной линии по внезапным отказам;
в
p и
п
в
q — ВБР и вероятность отказа прибора по внезап-
п
ным отказам.
Естественно, что импульсная линия не может обладать
метрологическими отказами, а прибор будет работоспособен только при исправности импульсной линии. Поэтому
вероятность возникновения метрологического отказа системы
мвм
q (t) p (t) q (t),
м
где
q — вероятность метрологического отказа прибора.
п
ил п
Общая вероятность безотказной работы системы
p(t) p (t) p (t)
ил п
ввмвм
[1 q (t)] [1 q (t) q (t) q (t) q (t)].
ил п п п п
232
В одноканальных системах второго типа отбор импульса поступает на первичный преобразователь (ПП), задачей
которого является перевод воздействия измеряемого параметра в пропорциональное значение стандартного сигнала
(чаще всего электрического токового). Этот сигнал по кабельным линиям (КЛ) поступает на вторичный прибор
(ВП), установленный на щите управления (ЩУ). Примером
такой системы может служить измерительный комплект для
измерения давления, состоящий из тензопреобразователя
давления «Сапфир» и показывающего и регистрирующего
прибора серии КС компании «Элемер». Такую же структуру
можно принять при анализе надежности измерительного
канала с ПТК, если применяемый АЦП является одноканальным или в блоке многоканального АЦП на практике
используется только один канал. В этом случае элемент ВП
на рис. 6.7 необходимо заменить на ПТК.
Заметим, что для систем измерения температуры импульсные линии, как правило, отсутствуют, и первичный
преобразователь устанавливается непосредственно на технологическом объекте. Для каналов измерения расхода
первичный преобразователь, установленный на объекте
(например, диафрагма), с помощью импульсных линий соединяется с промежуточным преобразователем (дифманометром-расходомером), который по кабельным линиям передает сигнал на вторичный прибор или ПТК.
Поясним методику расчета для функциональной схемы
системы измерения со вторичным прибором (рис. 6.7).
ТОУ
МЩУ
ЩУ
ИЛ
ПП
Рис. 6.7. Схема системы измерения с вторичным прибором
233
КЛ
ВП
В отличие от импульсных кабельные линии обладают
не только внезапными, но и метрологическими отказами
(так называемые «утечки» и «наводки», благодаря которым значение параметра, предоставляемое оператору,
будет занижено или завышено, но по вине именно кабельных линий). На практике подобные постепенные отказы
встречаются даже чаще внезапных. Поэтому вероятность
метрологических отказов (в предположении невозможности наступления двух метрологических отказов в одной
измерительной системе)
мвм в
q (t) p (t) q (t) p (t) p (t) p (t) p (t)
ил пп кл вп ил пп
мв м
q (t) p (t) p (t) p (t) p (t) q (t).
кл вп ил пп кл вп
Вероятность внезапных отказов
ввввв
q (t) q (t) p (t) p (t) p (t)
ил пп кл вп
вввв
p (t) q (t) p (t) p (t)
ил пп кл вп
вввв
p (t) p (t) q (t) p (t)
ил пп кл вп
вввв
p (t) p (t) p (t) q (t).
ил пп кл вп
Общая ВБР системы измерения
p(t) p (t) p (t) p (t) p (t) 1 q (t) q (t) q (t) q (t)
ил пп кл вп
мвмв
.
Конкретный пример расчета будет приведен в следующем разделе при рассмотрении надежности многоканальной системы измерения.
6.4. Надежность многоканальных
и многофункциональных сис
тем измерения. Отказы
функций и каналов, безотказность систем
Для многофункциональных средств и систем измерения необходимо рассматривать надежность по отдельным выполняемым ими функциям. Под отказом функции
234
будем понимать нарушение одного или нескольких требований к качеству ее выполнения, наступившее при
соблюдении заданных условий эксплуатации и режимов
работы. При расчете надежности функции элементы
системы, предназначенные для ее реализации, можно
рассматривать в качестве канала, поэтому определение и классификация отказов многоканального однофункционального средства и функции многофункционального
средства совпадают.
Разделим отказы многоканальных и многофункциональных средств на
полные и частичные. К полным
обычно относят отказ всех каналов (функций) либо отказ
некоторого определенного числа или набора каналов
(функций).
Для одноканального многофункционального средства
под полным отказом будет считаться прекращение работы
всех функций, частичным — прекращение работы хотя бы
одной функции.
Отказы функций можно также разделить на
устойчи-
вые и неустойчивые — самоустраняющиеся (сбои).
Отдельно выделим понятие неисправности функции,
понимая под этим нарушения ее работы, связанные со
снижением качества ее выполнения, но не приводящие к
прекращению представления информации ни по одному
каналу. Таким образом, неисправность функции можно
понимать как некоторую аналогию параметрического отказа для технического средства.
Показателями надежности функций являются:
параметр потока полных, частичных и любых
отказов;
ВБР по полным, частичным и любым отказам;
среднее время восстановления;
коэффициент готовности.
235
6.4.1. Безотказность многоканальных
многофункциональных систем измерения
Так же, как и для одноканальных однофункциональных
систем, для многоканальных и многофункциональных систем измерения основной составляющей надежности является безотказность, а основными показателями надежности —
ВБР, средняя наработка до отказа и интенсивность отказов.
Современные системы управления на ТЭС и АЭС
(с учетом их организации на базе микропроцессорных
ПТК) практически полностью относятся к многоканальным многофункциональным системам. Для них необходимо проводить расчеты показателей безотказности по каждому каналу отдельно (рассматривая соответствующую
часть схемы как одноканальную однофункциональную систему), а затем рассчитывать показатели надежности для
группы каналов и набора функций.
Выделим для системы управления только функцию
измерения и будем рассматривать техническую структуру
только с точки зрения участия отдельных элементов в выполнении указанной функции. Так, для примера на рис. 6.8
показана часть АСУ, соответствующая схеме трехканальной однофункциональной измерительной системы без резервирования. В данном случае в структуре ПТК необходимо выделить:
АЦП модуля ввода аналоговых сигналов, с помо-
щью встроенного коммутатора подключающий сигнал с того или иного первичного преобразователя
и преобразующий его в цифровой вид;
контроллер (К-р), в который поступают данные от
АЦП;
операторскую станцию (ОС), преобразующую циф-
ровой код в технологические единицы и выполняющую роль показывающего прибора.
236
Особенностью является то, что, в отличие от импульсной линии, первичного преобразователя или кабельной
линии, неработоспособность любого элемента ПТК вызовет отказ не отдельного канала, а всей системы.
ТОУ
МЩУ
КЛ
ИЛ
1
ПП
1
1
АЦП
КЛ
КЛ
2
3
ИЛ
ИЛ
2
ПП
2
3
ПП
3
Рис. 6.8. Схема трехканальной системы измерения
ПТК
К-р
ОС
Для примера приведем расчет показателей безотказности системы измерения температуры, в которой три термоэлектрических преобразователя ТХК через компенсационные провода (КП) подключены к ПТК «Текон» с контроллером МФК 1500 (рис. 6.9). Отметим, что в системах
управления сложными теплоэнергетическими объектами
количество операторских станций, способных одновременно работать в SCADA-системе, обычно таково, что без
особых потерь точности расчетов можно считать элемент
«ОС» абсолютно надежным.
Для одного канала измерения температуры вероятность наступления внезапного отказа
вв вв в в вв в
qq pp p p qp p
тхк кп ацп к р тхк кп ацп к р
вввв вввв
ppqp pppq.
тхк кп ацп к р тхк кп ацп к р
237
На момент 2000 ч при
в
q0,02 и
ацп
в
p (2000) 0,89.
в
q0,04
получаем вq (2000) 0,11;
кр
КП 1
КП 2
в
q0,02;
тхк
ПТК "ТЕКОН"
АЦП
К-р
в
q0,04;
кп
ТХК 1
ТХК 2
Рис. 6.9. Схема системы измерения температуры
КП 3
ТХК 3
При нахождении вероятности наступления метрологического отказа необходимо проанализировать влияние отдельных элементов системы на возможность его появления. Термопара, так же как и компенсационные провода,
может послужить причиной возникновения метрологического отказа системы. В АЦП также могут произойти возмущения электромагнитного поля, в результате чего погрешность преобразователя может выйти за допустимые
пределы. Но в отличие от кабельной проводки, такое влияние носит достаточно краткосрочный характер, поэтому
метрологические отказы АЦП можно рассматривать как
неустойчивые с малым временем устранения. Таким образом, при расчетах можно применять любой из двух подходов: считать метрологический отказ АЦП как допустимым,
238
так и невозможным. А вот реальных причин для метрологического отказа в остальной (полностью цифровой) части
ПТК нет, поэтому контроллер, серверы и операторские
станции будут подвержены только внезапным отказам.
Вероятность наступления метрологического отказа
(с учетом АЦП):
мм в
qq pp p
тхк кп ацп к р
pqpp ppqp.
На момент 2 000 ч при
полу
чаем
p1qqqq =0,911; кпp 0,912 ;
тхк тхк тхк тхк тхк
p0,97 и мq (2000) 0,142 ; мp (2000) 0,858 .
ацп
Общая
мв мв
тхк кп ацп к р тхк кп ацп к р
вмвм
м
q0,07;
тхк
ВБР (по обоим видам отказов одновременно)
м
q0,05;
кп
м
q0,01
ацп
на 2 000 часов
p(2000) (1 q )(1 q ) 1 q q q q 0,764 .
вм вмвм
В предположении экспоненциальности закона распределения времени безотказной работы средние наработки
до отказа по внезапным, метрологическим и обоим видам
отказов одновременно
в
м
.
2000
в
ln p (2000)
2000
м
ln p (2000)
2000
17162ч;
13059ч;
7430ч
ln p(2000)
Рассчитанные показатели характеризуют отказы, являющиеся частичными. Если понимать под полным отказом системы измерения прекращение предоставления информации о значениях всех трех измеряемых температур,
239
то в структурной надежностной схеме (рис. 6.10) три одинаковых цепи из термопреобразователя и компенсационных проводов будут соединены параллельно, а элементы
ПТК с получившейся ячейкой будут соединены последовательно. Для полных отказов рассчитаем только ВБР
и среднюю наработку до отказа по внезапным отказам:
ввв вв
ppp11pp
полн ацп к р тхк кп
3
;
в
p (2000) 0,941 ;
полн
ТХК КП
в
полн
32888 ч .
ТХК КП
ТХК КП
Рис. 6.10. Структурная схема для расчета надежности трехканальной
схемы измерения температуры по полным отказам
Заметим,
что средняя наработка по внезапным отказам
АЦП К-р
при рассмотрении случая полного отказа повысилась всего
в 1,92 раза по сравнению с частичным отказом одного
канала из трех. Это вызвано наличием «общей части»
(АЦП и К-р), своим отказом приводящей как к отказу любого из каналов, так и к полному отказу всей системы.
Контрольные вопросы к главе 6
1. Назовите основные признаки классификации средств и
систем измерения с точки зрения проведения расчета
надежности
.
240
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]