Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Надежность систем автоматизации. Учебное пособие
.pdf
2. Чем объясняется связь надежности средств и систем измерения с показателями работы других подсистем САУ?
Приведите примеры подобных связей.
3. На какие типы делятся отказы средст
в и систем
измерения?
4. Для сист
6.2, запишите и найдит
емы с графом состояний, приведенным на рис
е решение системы дифференциальных уравнений для нахождения вероятности безотказной ра
Система и
5.
боты.
змерения давления образов
ана с помощью
датчика (ВБР на 2 000 часов по внезапным и метрологическим отказам соответственно равны 0,8 и 0,9)
и вторичного показывающего прибора (ВБР на 2 000 часов по внезапным и метрологическим отказам соответственно равны 0,85 и 0,8). ВБР импульсной линии по
внезапным отказам на 8 000 часов равна 0,93. ВБР кабельных лин
ий по внезапным и метрологическим отказам на 8 000 часов равны и составляют 0,9. Найдите
ВБР на 2 000 часов и среднюю наработку системы до
отказа по внезапным, метрологическим и обоим видам
отказов совместно. Какова будет интенсивность отказов системы измерения
6. Для измерительной системы, с
?
оответствующей схеме
рис. 6.9, возможно подключение не трех, а большего количества датчиков. Постройте график изменения ВБР
на 2 000 часов системы по полным отказам в зависимости от числа каналов измерения температуры. Сделайте выводы
7. Как изменится ВБ
.
Р и средняя наработка по внезапным
отказам системы измерения давления (см. вопрос 5),если
применить общее пассивное резервирование кратностью 1? Можно ли в данном случае построить поэлементно резерв
ированную схему?
.
241
ГЛАВА 7. НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ
АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ
7.1. Общие сведения, структура и состав систем
автоматической защиты. Необходимость
в повышении надежности систем защиты
В процессе работы технологического оборудования
в случайные моменты времени возникают различные недопустимые нарушения хода технологического процесса,
приводящие к возникновению и развитию аварийных режимов. Все аварийные режимы в зависимости от своих
возможных последствий делятся на две группы:
– группа А: создающие опасность для жизни персо-
нала и сохранности оборудования;
– группа Б: создающие опасность повреждения обо-
рудования.
К основным причинам возникновения аварийных режимов относятся:
– неисправности технологического оборудования;
– несогласованность хода технологического процесса,
не устраненная ни автоматическими системами, ни
оперативным персоналом;
– неправильные действия системы автоматики;
– ошибочные действия оперативного персонала.
Для предотвращения развития аварий в АСУ преду-
смотрена система технологических защит — совокупность алгоритма операций по обеспечению безопасности
персонала и сохранности оборудования при аварийных
режимах и комплекса технических средств для автоматической реализации этого алгоритма. Определяя текущую
ситуацию как аварийную, система защит проводит требуемые операции, добиваясь локализации или предотвращая
242
дальнейшее развитие аварии. В наиболее тяжелых случаях
система защит полностью останавливает весь технологический процесс, например приводит к останову энергоблока.
Структурно любая система защиты (рис. 7.1) состоит
из трех частей:
1. Задачей информационной группы является сбор
и предоставление информации о текущем состоянии технологического процесса и оборудования, а также определение аварийных ситуаций и причин, приведших к их появлению. Эту группу составляют датчики, аналогорелейные преобразователи и различные группы контактов.
2. Управляющая группа включает в себя релейные
элементы (могут быть физическими или программными)
и реализует алгоритм управления защитой.
3. Исполнительная группа состоит из силовых
цепей, приводов и запорной арматуры. Ее задачей является осуществление управляющего воздействия —
включение/отключение оборудования, закрытие/открытие
клапанов, автоматический ввод резерва и т. д.
Объект управления
Средства управления
объектом
Рис. 7.1. Структура системы автоматической защиты
2
43
Информационная
группа
Управляющая
группа
Исполнительная
группа
Элементы информационной группы работают непре-
рывно. Управляющая и исполнительная группы включаются в работу только при аварийных отклонениях параметров, что происходит достаточно редко. Поэтому элементы этих групп можно рассматривать как работающие
дискретно, в случайные моменты времени.
При расчетах необходимо учитывать, что система за-
щиты включает в себя аналоговую (непрерывную) и релейную (дискретную) часть. Поэтому общая вероятность
правильного срабатывания системы защиты
p (t) p (t) R,
с.з ан
где анp (t) — ВБР аналоговой части системы защиты;
R — вероятность правильного срабатывания релейной ча-
сти на одно срабатывание системы защиты.
В отличие от аналоговых, для релейных элементов
в качестве показателя безотказности обычно задается
средняя наработка до отказа m, измеряемая не в единицах времени, а в циклах безошибочного срабатывания.
При малой частоте возникновения аварийных ситуаций
для системы, требующей для своей безотказной работы
правильного срабатывания n релейных элементов со средними наработками до отказа в mi циклов, величину R можно приближенно оценить как
n
R1 1 1
i1
ii
nn
i1 i1
m
1
.
i
Так же как и в других подсистемах АСУ, в системе
технологических защит в случайные моменты времени
возникают отказы. По своим последствиям для технологического процесса и оборудования их можно разделить
на
два основных типа отказа:
1. Отказы первого типа при наступлении аварийного
режима
приводят к невыполнению заданного алгоритма
2
44
операций — происходит несрабатывание защиты. Для
рассмотренных ранее релейных элементов аналогом являются отказы типа «обрыв».
2. Отказы второго типа приводят
выполнению
происходит
защитами заданного комплекса операций —
ложное срабатывание защиты. Аналогом это-
к несвоевременному
го типа отказов для релейных элементов являются отказы
«короткое замыкание».
Отказы первого типа (в связи с работой системы защиты в «ждущем» режиме) своевременно выявляются только
при проведении специальных проверок состояния комплекса технических средств. Это справедливо и по отношению к части отказов второго типа, приводящих к ложным срабатываниям не сразу, а только при наступлении
определенных технологических режимов. Остальная часть
отказов второго типа приводит к ложному срабатыванию
немедленно и не может быть предотвращена с помощью
проверок.
С точки зрения надежности системы технологических защит являются наиболее значимыми. Правильная
работа защиты позволяет не только сократить время вынужденного простоя оборудования и стоимость ремонтных работ, но и предотвратить серьезные аварии, что позволяет сохранить технологическое оборудование и даже
жизнь оперативного персонала. Естественно, что надежность системы защиты будет зависеть как от показателей
надежности элементов, составляющих систему, так и от
схемы их соединения и алгоритма функционирования.
Как правило, надежностные требования к системе защиты
выше, чем показатели надежности ее отдельных элементов. Поэтому при проектировании систем защиты необходимо заранее принимать соответствующие решения, связанные с тем или иным способом создания желаемой
избыточности.
2
45
7.2. Выделение информационной группы.
Способы повышения надежности систем защиты
С точки зрения надежности самым «уязвимым» местом
системы защиты является информационная группа. Как
внезапные, так и метрологические отказы элементов этой
группы способны привести к ложному срабатыванию или
к несрабатыванию системы защиты. Повысить надежность
работы этой группы до требуемого уровня путем простого
выбора высоконадежных элементов, ее составляющих,
невозможно. Поэтому задача повышения надежности
решается только за счет организации специальных схем,
основанных на пассивном резервировании измерительных
средств.
Общая идея при создании подобных схем та же, что
и при резервировании релейных элементов. Рассмотрим
наиболее часто встречающиеся схемы.
1. Соединим выходные контакты двух измерительных
средств с помощью логического элемента «И» (рис. 7.2).
Сигнал на выходе схемы появится при замыкании контактов только обо-
1
2
их измерительных средств.
Отметим, что к этому же
варианту сведется более
распространенный в настоящее время случай, когда
сами измерительные средства не снабжены аналогорелейными преобразовате-
Рис. 7.2. Схема системы защиты
И
В управляющую
группу
на основе элемента «И»
лями. Тогда в качестве
«замыкания контактов» необходимо рассмотреть метрологический отказ датчика, искажающий его выходной сигнал так,
как будто бы параметр действительно вышел за допустимый
246
предел, или имеются соответствующие проблемы в линии,
соединяющей датчик с элементом «И». Сам элемент «И» при
этом будет не только выполнять операцию логического
умножения, но и формировать значения своих входных дискретных величин с помощью сравнения поступившего измерительного сигнала с принятой уставкой. Именно такой вариант технической структуры мы и рассмотрим в разд. 7.3
при расчете показателей надежности конкретной системы
технологической защиты, а пока для упрощения изложения
материала будем оперировать понятиями «замыкание контактов» и «обрыв».
При самопроизвольном замыкании контактов одного
из приборов на выходе схемы сигнал по-прежнему будет
отсутствовать, а при обрыве одной из цепей сигнал на выходе схемы пропадет. Таким образом, схема является резервированной по отказам типа «короткое замыкание»
и ухудшает ситуацию по отказам типа «обрыв».
Допустим, что вероятности обоих типов отказов для
обоих измерительных средств равны q. Тогда вероятность
отказа типа «обрыв» для всей схемы
q1(1q)2qq ,
обрыв
22
а эффективность по снижению вероятности этого отказа
Э1
q
обрыв
q1
2q q
2
2q
.
Для отказа типа «короткое замыкание»
кз
q1
2
q
q
qq;Э 1
2
.
кз q
Данную схему соединения следует применять в системах, для которых ложное срабатывание системы защиты
приводит к значительным потерям технико-экономической
эффективности, а несрабатывание защиты не приводит
2
47
к тяжелым последствиям и может быть успешно отслежено с помощью системы сигнализации
2. Соединим выходные контакты двух измерительных
средств с помощью логического элемента «ИЛИ» (рис. 7.3).
Сигнал на выходе схе-
мы появится при замыка-
1
2
нии контактов любого из
измерительных средств.
При обрыве одной из цепей сигнал на выходе схе-
ИЛИ
мы сохранится, а при самопроизвольном замыкании контактов одного из
приборов на выходе схемы
появится ошибочный сиг-
Рис. 7.3. Схема системы защиты
на основе элемента «ИЛИ»
в управляющую
группу
нал. Таким образом, схема является резервированной по
отказам типа «обрыв» и ухудшает ситуацию по отказам
типа «короткое замыкание».
Вероятность отказа типа «короткое замыкание» для
всей схемы равна
q1(1q)2qq ,
кз
22
а эффективность по снижению вероятности этого отказа
Э1
q
кз
q1
2q q
2
2q
.
Для отказа типа «обрыв»
qq;Э 1
обрыв q
2
.
обрыв
q1
2
q
q
Данную схему соединения следует применять в системах, для которых наиболее тяжелым отказом является
несрабатывание защиты, а ложное срабатывание системы
защиты не приводит к значительным потерям техникоэкономической эффективности.
248
7.2.1. Резервные схемы, повышающие надежность
по отказам типа «обрыв», «короткое замыкание»
и по обоим видам отказов одновременно
Наиболее часто можно встретить две подобные схемы.
1. Попарно соединим выходные контакты трех измерительных средств с помощью логических элементов «И»
и подадим получившиеся сигналы на вход элемента
«ИЛИ» (см. рис. 7.4). Такая схема соответствует случаю
мажоритарного резервирования «два из трех».
1
И
Рис. 7.4. Схема системы защиты «2 из 3»
2 3
И
И
ИЛИ
в управляющую группу
Схема дает равные вероятности отказов типа «обрыв»
и «короткое замыкание»:
qq 3q2q,
кз обрыв
23
эффективность по снижению вероятности отказов
ЭЭ 1
qq
кз обрыв
q1
23 2
3q 2q 3q 2q
при q < 0,5.
249
Данная схема соединения одинаково улучшает ситуацию и в отношении несрабатывания, и в отношении ложного срабатывания системы защиты.
2. Соединим выходы двух измерительных средств с
помощью элемента «И», а выходы двух подобных групп
подадим на элемент «ИЛИ» (рис. 7.5).
1 2
И
Рис. 7.5. Схема системы защиты «И – И – ИЛИ»
3 4
И
ИЛИ
в управляющую группу
Для того чтобы произошел отказ «короткое замыкание», необходимо, чтобы отказала хотя бы одна из групп
приборов (1 — 2 или 3 — 4). Но для отказа группы необходим отказ обоих ее элементов. Таким образом, получаем
последовательное соединение двух групп поэлементно резервированных элементов:
q 1(1q ) 1(1q) 2q q;
кз кз группы
Э.
q
кз
22224
q1
24 3
2q q 2q q
Для того чтобы произошел отказ «обрыв», необходимо, чтобы отказали обе группы элементов. В то же время для отказа группы достаточно отказа любого из ее
250
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]