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 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 3233 / 3633 34 35 36 > Следующая >>>

ост

Диагноз

КС (ЗУ)

ост

Ч mod м

Ри

с. 10.7. Хранение (передача) числа с контролем по модулю

Ч mod м

КСдоп

(ЗУдоп)

В современных распределенных системах управления схожий подход применяется для обнаружения ошибок при передаче/приеме данных. Микропроцессорные контроллеры и компьютерные рабочие станции связаны друг с другом с помощью сетевого коммуникационного оборудования и обмениваются данными в соответствии с принятым протоколом низкого уровня (например, протоколом Ethernet). По данным сформированного пакета рассчитывается контрольная сумма (обычно в соответствии с алгоритмом CRC-32), которая также записывается в состав пакета. После приема этого пакета станцией-адресатом на основе полученных данных снова вычисляется контрольная сумма, которая сравнивается со значением, поступившим в составе пакета. При обнаружении расхождений сетевой адаптер требует повторить передачу сбойного пакета.

Контроль сложения чисел. Данный метод основан

том, что сумма чисел сравнима по модулю с суммой

на остатков этих чисел:



остЧ





321

mod м.

Сумматор 





ост

ЧЧ  , для которой ищется остаток по модулю

. Кроме того, вычисляются остатки слагаемых

(см. рис. 10.8) вычисляет сумму

осн

ост и

и ищется остаток суммы Сравнение

ост , которые складываются на сумматоре 

ост

2Ч

ост = (

ост позволяет выявить ошибку вы-

ост

доп

ост ) mod м.

2Ч

полнения операции сложения исходных чисел.

ЧЧ 

(

ост +

ост

Диагноз

ост

ост ) mod м

2Ч

mod м





осн

ост



ЧЧ  mod м



доп

2Ч

Рис. 10.8. Контроль сложения чисел

3. Контроль умножения чисел. В этом случае используют тот факт, что произведение чисел сравнимо по модулю с произведением остатков этих чисел:



остЧ





mod м.

Работа схемы контроля (рис. 10.9) полностью аналогична случаю контроля операции сложения (за исключением того, что вместо сумматоров используются мультипликаторы М).

322

ЧЧ21

(

ост 

ост ) mod м

ост

Диагноз

ост

2Ч

mod м



осн

ост

Рис. 10.9. Контроль умножения чисел



ЧЧ21 mod м

доп

2Ч

4. Контроль деления чисел. В данной схеме сравни-

ваются остатки делимого частного

ост



Ч/Ч

ост и произведения остатков

и делителя

ост

, равного

2Ч

ост

Структура системы контроля показана на рис. 10.10.

Кодовый контроль по модулю. Данный метод

применяется

только для диагностики операций хранения и передачи чисел и основан на контроле по модулю суммы цифр, образующих число. В случае модуля, равного двум, подобный контроль называется

контролем четности. При

этом остаток суммы цифр равен нулю (если сумма — четная) или единице (для нечетной суммы). Остаток для исходного числа сохраняется в дополнительном разряде, называемом

контрольным. После завершения передачи

или чтения из памяти числа происходит сравнение значения контрольного разряда и остатка, полученного для переданного (прочитанного) числа. В случае несовпадения результатов фиксируется ошибка.

323

Ч/Ч



mod м

ост

Рис. 10.10. Контроль деления чисел

ост

2Ч



 



21 mod м

Ч/Ч

ост



Ч/Ч



остост



mod м



221Ч



ост

Диагноз

Во всех рассмотренных случаях мы не указали одно важное обстоятельство: ошибки могут возникнуть и в «диагностической» части схемы, что приведет к ложному обнаружению дефекта. Поэтому показатели надежности необходимо определять с учетом характеристик системы функциональной диагностики. Покажем пример подобного расчета для комплекса из диагностируемого объекта и контролирующего устройства. Примем допущение об экспоненциальности законов распределения отказов и восстановлений и применим метод переходных интенсивностей. Граф состояний показан на рис. 10.11. Возможные состояния комплекса обозначены следующим образом:

324





– «0»: работоспособ-

ное состояние и объ-



екта, и контролирующего устройства;

– «1»: работоспособ-

о



кр о

ко о

ное состояние объекта при неработоспособ-



ном состоянии контролирующего устрой-



ства;

– «2»: объект нерабо-

Рис. 10.11. Граф состояний для

расчета надежности объекта

с контролирующим устройством

тоспособен при работоспособном состоянии контролирующего устройства;

– «3»: и объект, и устройство контроля находятся

в состоянии отказа.

Определим интенсивности переходов:

о — интенсивность отказов объекта; к и к — интенсивности отказов и восстановлений кон-

тролирующего устройства;

кр

 и

ко

 — интенсивности восстановлений объекта соот-

ветственно при работоспособном состоянии контролирующего устройства и при его нахождении в состоянии отка-

за. Естественно, что

кр



ко

, так как работоспособность



контролирующего устройства снижает время выявления дефекта и, следовательно, время восстановления объекта.

325

Составляем систему дифференциальных уравнений:

dP (t)



       





 

dP (t)

  

dP (t)

 

 

dP (t)

  

P (t) P (t) P (t) P (t) 1.

 



Решение моздко. Поэтому рассмотрим установившийся режим и запишем систему для нахождения предельных вероятностей:

       

  

0123



0PPP;

 

0P P P;

 



0P P P;

  

0P P P;

 

PPPP1.





oк0 к1 о2

P (t) P (t) P (t);

к0 o к 1 о 3

       

P (t) P (t) P (t);

o0 к о 2 к3

       

P (t) P (t) P (t);

o1 к2 о к 3

этой системы в общем виде достаточно гро-

       



oк0к1о2

       

к0 o к 1 о 3

       

o0 к о 2 к3

       

o1 к 2 о к 3

  

0123

P (t) P (t) P (t);



кр



кo



кр



кo



кр

кo

Удаляя находим

четвертое уравнение системы и разрешая ее,

кр ко ко



ко о oк о к











;

кo кр кр

    

oо о o к ок

 ;



где

           



кк oo кко о

       

Для объекта работоспособными являются два состояния: «0» и «1». Поэтому коэффициент готовности

КPP1PP

кр кo кo



    

о кoкко ок





ства функциональной диагностики, относящиеся

Сред к

программному контролю, используют определенные со-

отношения между значениями различных параметров, свойственных системе автоматизации и технологическому объекту управления. Они позволяют обнаруживать отказы, невыявляемые встроенными средствами аппаратного контроля. В отличие от средств аппаратной функциональной диагностики, программный контроль в основном использует не структурную, а информационную избыточность. При использовании в составе системы автоматизации средств



        









oк o к к о



oк o к к о

кр кo кo оок ко

Г01 23















 





кo

кр

кр кo



кo окoкк



...

верхнего уровня (операторские, расчетные и архивные станции на базе современных ПК) появляется возможность решения сложных диагностических задач, недоступных при использовании только аналоговой техники.

Каждая конкретная система управления имеет свои особенности разработки задач программного контроля, определяемые в первую очередь спецификой управляемого объекта. Отметим, что есть задачи, постановка которых не зависит от особенностей технологии. Примером подобной простой задачи может являться задача проверки достоверности показаний датчика.

Проверка достоверности «по утопленному нулю» осу-

ществляется следующим образом. Нормирующий преобразователь для рассматриваемого датчика настраивается так, чтобы получить на выходе сигнал не в полном, а в усеченном снизу диапазоне (например, 1  5 mA вместо 0  5 mA). В этом случае значение сигнала, равное или близкое к нулю, считается недостоверным и диагностическая система выдает сообщение о неисправности данного измерительного канала. Другим способом проверки является проверка по апертуре (максимальному отклонению). Для каждого датчика устанавливается допустимая апертура, возникновение которой возможно за один цикл контроллера. При этом используется тот факт, что технологические параметры, как правило, являются инерционными и не могут меняться мгновенно. При превышении допустимой апертуры выдается сигнал о неисправности канала.

Более сложной диагностической задачей является

экс-

траполяционная проверка. Вычисление текущих значений

величины по набору входных данных (или измерение некоторой величины) сопровождают их экстраполированием по нескольким предыдущим значениям этой величины. Рассчитанное (измеренное) значение сравнивается с экстраполированным. Если разница между ними превышает некоторое

предельно допустимое значение, то фиксируется ошибка. В самом простом случае экстраполяцию можно производить по формуле Лагранжа

экстр

y3y3yy

y — значения величины, рассчитанные (измеренные)

где

,



i1 i 2 i3

на j-м цикле работы контроллера.

Более сложной является

нительных связей

. При этом используются связи между

проверка с помощью допол-

параметрами, не учитываемые напрямую при вычислениях в процессе управления объектом. Простейшими являются диагностические программы, использующие очевидные

соотношения типа «если х + у = 1, то

 — предельно допустимое отклонение) свидетель-

доп

xy1 (где

доп

ствует об ошибке».

Более сложный вариант такой проверки реализуют задачи, относящиеся к категории балансовых. В этом случае диагностика ведется на основе проверки сходимости материального или теплового (или объединенного материально-теплового) баланса, составляемого на основе знаний о структуре и составе технологического объекта управления. Например, для схемы, представленной на рис. 10.12, систему уравнений материального баланса можно записать в следующем виде:



G1 G 2 G3 G7;

 



G1 G2 G4 G5;

 



G4 G3 G6;

 



G5 G6 G7.



При обнаружении «невязки» в любом уравнении системы фиксируется ошибка, а затем ищется ее конкретный

виновник. Так, если первые два уравнения системы дают удовлетворительный результат, а два последних — нет, то система диагностики выдаст сообщение об отказе измерительного канала для расхода G6.

Рис. 10.12. Структурная схема объекта

В задачах подобного типа также используются факты наличия статистических корреляционных связей между различными параметрами. Например, при нормальной работе системы автоматизации котлоагрегата рост среднего значения нагрузки на некотором интервале времени должен сопровождаться возрастанием средних значений расходов питательной воды и топлива на том же интервале. Нарушение этого требования свидетельствует об отказе элементов автоматики. Отметим, что проведение диагностирования на основе статистических данных требует значительного времени и вычислительных ресурсов.

Наиболее перспективным направлением развития программной функциональной диагностики является создание диагностических систем, направленных на выявление неявных параметрических отказов.

В заключение рассмотрим пример, показывающий влияние работы системы диагностики на показатели надежности. Сначала рассмотрим работу измерительного канала при

330

<<< < Предыдущая 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 3233 / 3633 34 35 36 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]