4.4. Надежность системы управления и предложения по ее повышению

Для расчета надежности автоматического управляющего устройства необходимо знать [3]:

1) типы элементов, входящих в изделие;

2) число элементов каждого типа;

3) интенсивность отказов элементов _i входящих в изделие.

Выполнению расчетов предшествует составление таблицы по форме 4.1.

Данные выписывают по группам: преобразователи, регуляторы, исполнительные механизмы, регулирующие клапаны, линии связи, реле, разъемы, переключатели, предохранители, соединения, провода, источники питания, электродвигатели, управляющие вычислительные комплексы и т.д.

Если элемент, узел или блок управляющего устройства рассчитывали в данном проекте, то значения температуры и коэффициента нагрузки выбирают из специально составленной ведомости режимов работы элементов. Если таких данных нет, то температуру принимают номинальной для данного элемента, а коэффициент нагрузки k_н = 1.

Таблица 4.1

Данные для расчета надежности системы автоматического управления

№ п/п	Наименование и тип элемента	Обозначение по схеме	Число элементов ni	Интенсивность отказа номинальная 0i106,1/ч	Поправочный коэффициент	Режим работы		Поправочный коэффициент ai	Интенсивность отказов действительная
						коэффициент нагрузки kн	температура, °С		для одного элемента ai0i106, 1/ч	для элементов niai0i106, 1/ч

Интенсивность отказа элемента с учетом условий эксплуатации определяют по формуле:

, (4.1)

где _0i – номинальная интенсивность отказов; a_i -поправочный коэффициент, учитывающий влияние электрического режима и температуры; k_i  поправочный коэффициент, учитывающий влияние механических факторов и окружающей среды (табл. П1.2 и П1.3 приложения).

Номинальные значения интенсивности отказов определяют при нормальных условиях эксплуатации: температуре + 25 ± 10° С, относительной влажности 45 ... 80 %, атмосферном давлении 98 кПа, отсутствии механических воздействий и агрессивной газовой среды, номинальном электрическом режиме.

Коэффициент нагрузки k_н оценивает электрический режим работы элемента и определяется отношением значения параметра в рабочем режиме к номинальному значению параметра.

Надежность электронного узла, блока и СУ в целом определяется вероятностью безотказной работы (ВБР) и средней наработкой на отказ.

Вероятность безотказной работы

, (4.2)

где _  интенсивность отказов устройства; t₀  время, для которого определяется интенсивность отказов (1 год).

Интенсивность отказов устройства

, (4.3)

где _i – интенсивность отказов i-го элемента; n_i  количество i - х элементов (число элементов в группе); k  число групп элементов.

Интенсивности отказов некоторых элементов системы автоматического управления приведены в таблице П1.1 приложения.

Величина t₀ определяется цикличностью плановых ремонтов и технологическими условиями. Например, для предприятий энергетики она равна одному году.

Автоматика считается надежной, если Р  0,9.

Средняя наработка на отказ

Т_ср = 1/_. (4.4)

Это время должно быть по крайней мере больше, чем 10t₀.

Предложения по повышению надежности и надежность системы после реализации предложенных мероприятий. Если расчетные характеристики надежности уступают требуемым, то необходимо принять меры к повышению надежности. Для этого необходимо:

• выявить по таблице 4.1 наименее надежные элементы схемы и постараться их заменить эквивалентными по назначению и параметрам, но более надежными элементами;

• разработать несколько конкурирующих вариантов принципиальной схемы и сопоставить их по надежности;

• предусмотреть возможность быстрой замены наименее надежных узлов сменными блоками;

• предусмотреть в проекте средства контроля параметров отдельных элементов и узлов;

• предусмотреть в проекте специальные устройства быстрого определения и индикации неисправностей.

Кроме того, целесообразно предусмотреть следующие специальные меры повышения надежности:

• использование отдельных элементов СУ в облегченных режимах;

• тренировку элементов перед установкой в изделие;

• резервирование.