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 23 / 363 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Основные состояния системы и события, происходящие в ней, показаны на рис. 1.2.

Ввод в эксплуатацию

Исправное состояние

Повреждение

Неисправное работоспособное состояние

Отказ

Неработоспособное состояние

Предельное состояние

Прекращение использования

Рис. 1.2. Основные состояния систем и их элементов

позиций возможности организации восстановления

все

системы делятся на восстанавливаемые и невосстанав-

Восстановление

ливаемые. К восстанавливаемым относят такие системы, в которых восстановление производится сразу после отказа. Для невосстанавливаемых систем восстановление сразу после отказа считается нецелесообразным или невозможным.

Исходя из разных соображений одну и ту же систему автоматизации можно, в принципе, отнести и к восстанавливаемым, и к невосстанавливаемым системам. Мы в дальнейшем восстанавливаемой будем считать систему, в которой восстановление рабочего состояния не связано с

остановом технологического процесса, для управления которым эта система предназначена. Аналогично для невосстанавливаемой системы ремонт или замена будут возможны только после останова соответствующего технологического оборудования.

В качестве примера рассмотрим систему управления подачей питательной воды в котлоагрегат. Замена монитора операторской станции не требует останова технологического процесса, так как монитор напрямую не связан с технологическим оборудованием и во время его замены процесс управления может быть продолжен в автоматическом режиме. Поэтому в расчетах монитор стоит рассматривать как восстанавливаемый элемент. В то же время для замены исполнительного механизма с отказавшей механической частью потребуется как минимум прекратить подачу воды через линию питания (а в худшем случае — если эта линия одна — остановить котел). Поэтому в данном случае исполнительный механизм будет рассматриваться как невосстанавливаемый элемент.

1.5. Отказы, их критерии и классификация

Под отказом системы автоматизации можно понимать разные события. Например, мы можем считать отказом прекращение автоматического управления вследствие выхода из строя контроллера. В то же время можно зафиксировать отказ системы при нарушении требований к качеству управления.

Характер отказа будет оказывать существенное влияние на методику расчета показателей надежности, на способы построения расчетных схем и (в перспективе) на меры по повышению надежности рассматриваемой системы. Поэтому при проведении конкретных расчетов нужно

всегда четко представлять, что именно будет пониматься под понятием «отказ». Для этого формулируют

критерий

отказа — признак или совокупность признаков, по кото-

рым устанавливается факт возникновения отказа.

Классификация отказов проводится по следующим

признакам:

По причине появления. Здесь выделяют:

–

конструкционные отказы, происходящие вслед-

ствие недостатков, допущенных при проектировании системы автоматизации;

производственные отказы, связанные с ошибками,

–

допущенными при производстве элементов и в процессе монтажа и наладки системы, в том числе по причине нарушения технологии;

эксплуатационные отказы, происходящие вслед-

–

ствие нарушения правил эксплуатации системы.

По характеру изменения параметров технического

средства. В этом случае отказы разделяют на:

внезапные, наступающие в результате резкого,

–

мгновенного изменения одного из параметров;

–

постепенные, наступающие в результате длитель-

ного, постепенного изменения параметров.

По степени нарушения работоспособности сис-

3. темы. В соответствии с этим признаком отказы делятся на:

полные, приводящие к прекращению выполнения

–

всех функций системы по всем ее каналам;

–

частичные, приводящие к прекращению выполне-

ния части функций системы по части каналов. После полного отказа система полностью прекращает свою работу, после частичного может продолжать работать с ухудшенными показателями.

По характеру внешних проявлений (или легкости

обнаружения). По этому признаку отказы разделяют на:

– явные, обнаруживающиеся сразу после их возник-

новения;

неявные, то есть скрытые отказы, для которых

–

время выявления отказа может быть достаточно большим.

По связи с предшествующими отказами. В этом

случае можно выделить:

–

вторичные отказы, являющиеся следствием отка-

зов, возникших ранее. Вторичные отказы часто также называют зависимыми отказами.

–

первичные отказы, на возникновение которых ни-

каким образом не повлияли отказы и (возможно, некачественное) устранение их последствий, имевшие место в системе ранее.

По виду потери работоспособности. По этому при-

знаку отказы разделяют:

–

на функциональные, то есть отказы, связанные

очевидным прекращением выполнения требуемых функций;

–

параметрические, то есть отказы, связанные с

ухудшением качества работы.

Как правило, функциональные отказы являются явными, а параметрические чаще всего относятся к неявным отказам. Например, для канала измерения давления отсутствие показаний, произошедшее вследствие нарушения подачи электропитания, будет являться функциональным отказом, а работа этого канала с погрешностью, превышающей класс точности – параметрическим.

По постоянству отказа. В этом случае можно

выделить:

–

устойчивые отказы, то есть не способные к само-

устранению;

– неустойчивые (перемежающиеся) отказы, способные

самопроизвольно устраняться и снова возникать в случайные моменты времени. Как правило, эти отказы связаны с плохими контактами в электрических схемах или с колебаниями случайной составляющей погрешности. Неустойчивые отказы также принято называть сбоями.

По наличию запросов от объекта управления. Здесь

отказы разделяют на:

–

отказы, приводящие к существенным последствиям

только при возникновении запросов от объекта, например, несрабатывание аварийной защиты при поступлении запроса на ее срабатывание;

–

отказы, приводящие к существенным последствиям

без запросов объекта, например, ложное срабатывание защиты.

По степени опасности последствий отказов.

10.

По виду состояния, в которое попадает технологи-

ческий объект и система автоматизации после отказа элементов автоматики.

Заметим, что большинство систем автоматизации являются многофункциональными. Поэтому для обеспечения надежности работы всей системы необходимо иметь сведения о надежности выполнения всех ее отдельных функций. Под

отказом функции будем понимать собы-

тие, состоящее в нарушении хотя бы одного из основных установленных требований к качеству выполнения данной функции, возникающее при нормальных условиях эксплуатации объекта управления и системы автоматизации. Понятие критерия отказа функции, а также классификация отказов функций полностью аналогичны таковым для отказов технических средств систем автоматизации.

1.6. Наработка

Рассмотрим работоспособную систему, начинающую функционировать в момент времени t = 0. Если отключение системы происходит только вследствие отказа, то она будет работать беспрерывно в течение некоторого интервала времени. В случайный момент времени в системе произойдет отказ. Обозначим время, прошедшее от момента начала работы до момента отказа, как Т. Тогда длительность работы системы до момента отказа будет называться

наработкой (Т). В рассмотренном случае наработка сов-

падает со временем безотказной работы.

Начальный момент времени при отсчете наработки может соответствовать как вводу в эксплуатацию, так и включению в работу после проведения восстановления после отказа. Поэтому различают два типа наработки. Для невосстанавливаемых систем начало отсчета совпадает с вводом в эксплуатацию. В этом случае величину Т принято называть

наработкой до отказа.

Для восстанавливаемых систем t = 0 может соответствовать завершению очередного восстановления, после которого через Т часов произойдет очередной отказ. После связанного с ним восстановления пойдет новый отсчет величины Т. В этом случае Т принято называть

наработкой

между отказами или наработкой на отказ.

Реальные системы могут отключаться не только вследствие отказов. Поэтому возникает вопрос, какие именно временные интервалы включать в наработку, а какие игнорировать при подсчете.

В случае если отказ системы возможен только во включенном состоянии, то для определения наработки необходимо «удалить» из общего времени время, затраченное на профилактические и ремонтные работы, а также

время, связанное с плановыми перерывами в работе основного оборудования.

Допустим, что система (рис. 1.3) в моменты времени t

и t5 отключалась на проведение профилактических

работ, после чего в моменты времени t лась в работу. В момент времени t останов, а в момент времени t

— пуск технологического

и t6 снова включа-

произошел плановый

оборудования. Отказ системы произошел в случайный момент времени t

Т = (t

. Тогда наработка до отказа

отк

– 0) + (t3 – t2) + (t5 – t4) + (t

Профилактические работы

плановый останов

основного оборудования

Неработоспособное

– t6).

отк

состояние

Работа

системы

0 t

Работа системы

Рис. 1.3. Пример работы системы до отказа

t3 t

Работа

системы

t5 t

Работа

системы

отк

Не для всех систем подобный расчет будет корректен. Для электронной аппаратуры характерна возможность возникновения отказа и в то время, когда она выключена, то есть нет гарантии, что после выключения работоспособной системы ее последующее включение произойдет успешно. В этом случае рассчитанная величина Т будет соответствовать времени безотказной работы, а реальная наработка до отказа будет равна Т = t

отк

Наработка для любого технического средства является случайной величиной. Она зависит как от самого техни-

ческого средства, так и от условий его эксплуатации. В большинстве случаев наработка измеряется в единицах времени. Для некоторых систем и их элементов, связанных, прежде всего, с выполнением каких-либо дискретных операций, наработка может измеряться в циклах безошибочного срабатывания.

1.7. Показатели надежности

Показатели надежности – это количественные харак-

теристики свойств, составляющих надежность системы.

К показателям надежности предъявляются следующие

требования:

–

показатели должны описывать надежность системы

в объеме, необходимом для практических целей, связанных с эксплуатацией рассматриваемой системы;

–

показатели надежности должны допускать переход

к показателям эффективности;

–

показатели должны быть удобны для аналитических

расчетов;

–

показатели должны иметь конкретный физический

смысл.

Если значения показателей получены по некоторому математическому выражению, сформированному из предварительно составленной математической модели, то в этом случае говорят об

аналитических показателях

надежности. Если значения показателей определены с помощью обработки опытных данных, то такие показатели принято называть

статистическими.

Показатели могут характеризовать как одну какуюлибо составляющую надежности (например, безотказность), так и несколько составляющих совместно (например, безотказность и ремонтопригодность). В последнем случае показатели называются

комплексными.

1.8. Построение моделей надежности

Существует два способа построения моделей надеж-

ности технических средств и систем: аналитический и экс-

периментальный.

Аналитическое построение моделей надежности си-

стем проводится на основании сведений о надежности элементов системы, схемы их соединения, данных о влиянии внешней среды на надежность и т. д. Аналитические методы зависят от назначения и особенностей системы, в частности от числа выполняемых функций, вида отказов, характера функционирования во времени, существенности значения времени выявления отказа.

Экспериментальное исследование надежности может

проводиться путем стендовых испытаний и в процессе эксплуатации.

Стендовые испытания технических средств обычно

выполняются на заводах-изготовителях вне конкретной системы управления. Испытания проводятся в диапазонах параметров окружающей среды и условиях эксплуатации, являющихся общими для всех устройств Государственной системы приборов (ГСП):

–

температура окружающего воздуха 20 10 С;

–

относительная влажность 30–80 %;

–

давление 630–800 мм. рт. ст.;

–

отклонение напряжения питания +10  −15 %, ча-

стота напряжения питания 50

1 Гц.

Иногда в целях быстрейшего накопления статистических данных при стендовых испытаниях устанавливают более тяжелые, форсированные условия и усложненный режим работы по сравнению с условиями эксплуатации. Такие испытания называются

ускоренными и наряду с

достоинствами (меньшее время проведения испытаний) имеют и свои недостатки (сложность «пересчета» полу-

ченных показателей на нормальные, не утяжеленные условия эксплуатации).

В процессе эксплуатации технические средства ис-

пытываются в составе систем автоматического управления на действующих технологических объектах преимущественно методами пассивного эксперимента.

Преимущества стендовых испытаний:

Возможность проведения активного эксперимента с

управлением внешними воздействиями на технические средства.

Более высокая достоверность информации, так как

основной задачей персонала при стендовых испытаниях является получение информации, а не эксплуатация действующей системы управления (как при испытаниях в процессе эксплуатации).

Более высокая оперативность информации, так как

испытания проводятся, как правило, до разработки системы автоматизации.

Преимущества эксплуатационных испытаний:

Естественный учет влияния параметров внешней

среды и квалификации оперативного и ремонтного персонала.

Наличие большого числа испытываемых техниче-

ских средств, относящихся к заданному типу, что дает возможность сравнительно быстро получить статистически достоверную информацию.

Низкая стоимость исследований, так как их прове-

дение не требует дополнительных затрат на оборудование, имитирующее условия эксплуатации, на обслуживание испытываемых изделий и испытательных установок.

Аналитическое и экспериментальное исследование надежности технических средств взаимосвязаны. С одной

<<< < Предыдущая 1 23 / 363 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]