Надежность закладывается при проектировании и конструировании, реализуется при изготовлении и расходуется при эксплуатации. И на каждом из этих этапов жизни объектов на них действуют специфические факторы. [1]

На этапе проектирования расчет надежности производится с целью прогнозирования ожидаемой надежности проектируемого объекта. Такое прогнозирование необходимо для обоснования предлагаемого проекта объекта, а также для решения организационно – технических вопросов: количества запасных частей; периодичности и объема профилактики; выбора оптимального варианта структуры; обоснование требований к надежности элементов системы.

Произведем расчет структурной надежности системы. При расчете структурной надежности осуществляется определение значений показателей надежности, обусловленное надежностью его элементов и разветвлённостью связей между элементами.

1. Повышение надежности

1. Дублирование канала управления ДГ

Для обеспечения надежности продублируем весь канал регулирования ДГ.

Общее резервирование замещением – это динамическое резервирование, при котором функции основного канала передаются резервному только после отказа основного. Включение резерва замещением обладает следующими преимуществами:

• не нарушает режима работы основного канала;

• сохраняет в большой степени надежность резервных элементов, так как при работе основного канала они находятся в нерабочем состоянии.

(3.1)

Система уравнений дополняется нормирующим условием:

.

При решении системы воспользуемся преобразованием Лапласа. В качестве начальных условий можно воспользоваться значениями Р₀(0)=1, Р₁(0)= Р₂(0)=0.

(3.2)

Нестационарный коэффициент готовности

После решения получаем

,

где

На основании системы уравнений (3.1) можно также определить среднюю наработку на отказ:

.

Следовательно, чтобы найти среднюю наработку, достаточно решить систему уравнений (3.2) при Z=0, Т=P(z). Перепишем систему уравнений, заменяя Р_i(z) на Т_i, с учетом того, что состояние 2 – состояние отказа. В результате Р₄(z)=Т₄=0, а также исчезает строка, соответствующая Р^’(t),

 ;

,

Средняя наработка на отказ всей системы Т=Т₀+Т₁

.

2. Резервирование БУШ

Продублируем наиболее ненадежный элемент канала (БУШ-96). При таком варианте также возрастает цена как и в первом, но уже намного меньше. Возникает необходимость ввода новых управляющей функции принимающей решение о передаче управления резервному БУШ-96.

Вероятность отказа БУШ с постоянно включенным резервом сотавит

,

где m – глубина резерва;

Q_i – вероятность отказа i-го резерва.

В нашем случае равенства вероятностей основного и резервных блоков

, (3.1)

или

. (3.2)

Подставляя в формулы 3.1, 3.2 выражение получим выражения:

;

.

Средняя наработка на отказ составит

.

При анализе надежности резервированных устройств на этапе проектирования приходится сравнивать различные схемные решения. В этом случае за критерий качества резервирования принимается выигрыш надёжности.

Выигрышем надёжности называют отношение количественной характеристики надёжности резервированного устройства и к той же количественной характеристике нерезервированного устройства или устройства с другим видом резервирования. [1]

При m=1 выигрыш надёжности составит

3. 3 Вариант

Самый ненадежный элемент канала заменим на более надежный. Повышать надежность БУШ-96 будем использованием более надежных элементов и применением новых технических решений.

Заменим несколько микросхем одной ПЛИС.

Заменим источники питания производимые на предприятии на покупные более надежные POWER-ONE.

Серия модулей Convert Select представляет собой семейство монтируемых на DIN-рейку преобразователей переменного тока в постоянный с коррекцией коэффициента мощности.

LWN 2880-6R преобразователь переменного тока в постоянный с коррекцией коэффициента мощности, диапазон входного напряжения ~85…264 В, 2 электрически изолированных и независимо стабилизированных выхода, каждый из которых обеспечивает 48 В/2,5 А при напряжении ~230 В на входе. Имеет R-вход для регулирования выходного напряжения на втором выходе.

Входное напряжение подается через входной плавкий предохранитель 6,3А, фильтр и выпрямитель на силовой трансформатор. Широкополосный выходной фильтр с очень малой входной ёмкостью фактически не создает пускового тока. Входной подавитель помех от переходных процессов в сети, защищает преобразователь от пиков и выбросов высокого напряжения, а защитное отключение при превышении и снижении границ входного диапазона напряжения и ограничение входного тока предохраняет преобразователь от работы в нежелательных условиях эксплуатации (рис 3.1).

Ток вторичной обмотки силового трансформатора подается через выпрямительный диод в выходной накопительный электролитический конденсатор большой ёмкости и на эффективный выходной фильтр, обеспечивающий необходимое время удержания выходного напряжения а также низкие пульсации и помехи на выходе.

Выходное напряжение и ток измеряются и подаются по цепи обратной связи на схему управления первичной цепи через оптрон. Второй контур регулирования отслеживает выходное напряжение. Он отключает преобразователь в случае отказа в схеме управления первичной цепи предотвращая превышение выходным напряжением уровня SELV=60В. Встроенные температурные датчики следят за максимальной внутренней температурой преобразователя. Если температура превысит пороговое значение 125 С, преобразователь снижает выходную мощность до тех пор, пока температура не возвратится ниже порогового.

Вход R позволяет осуществить внешнюю регулировку выходного напряжения в диапазоне от 60 до 110% номинального выходного напряжения. Регулировка может выполнятся с помощью резистора, подключаемого к одной из выходных клемм, или внешним источником напряжения в диапазоне 1…2,75 В.

Рис 3.1 Преобразователь LWN 250 Вт.

При работе от постоянного тока, встроенный мостовой выпрямитель обеспечивает защиту от обратной полярности напряжения на входе.

Преобразователь обеспечивает полную выходную мощность до входного напряжения ~99 В с линейным снижением выходной мощности до 80%Р_{ВЫХ. НОМ} при входном напряжении ~85 В при температуре окружающей среды 25 С.

Среднее время безотказной работы 522000 часов.

Второй блок питания выбираем с опцией S, выключение. Эта опция позволяет понижать выходную мощность блока до уровня менее 1 Вт с помощью логического сигнала, подаваемого между AUX и V₀–.

1. Острейковский В.А. Теория надежности: Учеб для вузов. М: Высшая школа, 2003. 463 с.

2. Белоусов В.В. Локальные системы управления. Надёжность локальных систем. Пермский государственный технический университет. Пермь, 2000. 97с.

3. Надёжность технических систем. 2-е издание. Под ред. Е.В. Сугака и Н.В. Василенко. МГП Раско. Красноярск. 2000. 608с.

2. www.eletech.spb.ru (www.power-one.com)