Методи підвищення надійності

Резервування в СА

 

1. Методи підвищення надійності

Розрахунок визначення основних характеристик надійності ТС показує, що надійність систем залежить від її структури і надійності елементів. Тому для складних систем можливі 2 шляхи підвищення надійності: підвищення надійності елементів і зміна елементів.

Підвищення надійності елементів на 1-й погляд представляє найбільш простим прийомом підвищення надійності системи. Дійсно, теоретично завжди можна вказати такі характеристики надійності елементів, щоб ймовірність безвідмовної роботи системи задовольняла заданим вимогам. Однак практична реалізація такої високої надійності елементів може виявитися неможливою. Розгляд методів забезпечення надійності елементів ТС є предметом спеціальних технологічних і фізико-хімічних дисциплін і виходить за рамки теорії надійності. Однак, у кожному разі, високонадійні елементи, як правило, мають більші габарити, масу й вартість. Виключення становить використання більше зробленої елементної бази, реалізованої на принципово нових фізичних і технологічних принципах (наприклад, у РЭС - перехід від дискретних елементів на інтегральні схеми).

Зрад структ система із метою підвищення надійності має на увазі 2 аспекти.

1-й - означає перебудову конструктивної або функціональної схеми ТС (структури зв'язків між складеними елементами), зміна принципів функціонування окремих частин системи (наприклад, перехід від аналогової обробки сигналів до цифрового). Такого роду перетворення ТС можливі винятково рідко, так що цей прийом, загалом, не вирішує проблеми надійності.

2-й - зміна структури розуміється як введення в ТС додаткових, надлишкових елементів, що включаються в роботу при відмові основних. Застосування додаткових засобів і можливостей з метою збереження працездатного стану об'єкта при відмові одного або декількох його елементів називається резервуванням.

Принцип резервування подібний розглянутому раніше паралельному з'єднанню елементів і з'єднанню типу “n з m”, де за рахунок надмірності можливе забезпечення більше високої надійності системи, чим її елементів.

Резервування в СА

Виділяють кілька видів резервування (тимчасове, інформаційне, функціональне та ін.). Для аналізу структурної надійності ТС інтерес представляє структурне резервування - введення в структуру об'єкта додаткових елементів, що виконують функції основних елементів у випадку їхньої відмови.

Класифікація різних способів структурного резервування здійснюється по наступних ознаках:

1) за схемою включення резерву:

- загальне резервування, при якому резервується об'єкт в цілому;

- роздільне резервування, при якому резервуються окремі елементи або їхні групи;

- змішане резервування, при якому різні види резервування сполучаються в одному об'єкті;

2) по способу включення резерву:

- постійне резервування, без перебудови структури об'єкта при виникненні відмови його елемента;

- динамічне резервування, при якому при відмові елемента відбувається перебудова структури схеми. У свою чергу підрозділяється на:

а) резервування заміщенням, при якому функції основного елемента передаються резервному тільки після відмови основного;

б) ковзне резервування, при якому кілька основних елементів резервується одним або декількома резервними, кожний з яких може замінити будь-який основний (ті групи основних і резервних елементів ідентичні).

3) по стані резерву:

- навантажене резервування, при якому резервні елементи (або один з них) перебувають у режимі основного елемента;

- полегшене резервування, при якому резервні елементи (принаймні один з них) перебувають у менш навантаженому режимі в порівнянні з основними;

- ненагружене резервування, при якому резерв елементів до початку виконання ними функцій находження у ненагруженому режимі.

Основні характеристики структурного резервування включають кратність резервування - відношення числа резервних елементів до числа резервуємих ними основних елементів, виражене не скорочується дробью, що (типу 2:3; 4:2 і т.п.).

Резервування одного основного елемента одним резервним (тобто із кратністю 1:1) називається дублюванням.

 

 

Тема 2.10 Алгоритми визначення стану засобів	Лекція	2-49	4-52
автоматизації.			СРС
	[2]c. 224
	[3]c. 185 -192
	[3]c. 199 -212

 

ПЛАН

 

Питання надійності при налагодженні приладів і систем автоматизації

Стани засобів автоматизації

Питання надійності при налагодженні приладів і систем автоматизації

З погляду надійності системи автоматичного контролю і регулювання є системами з послідовними елементами, так як для більшості систем відмова деталі, елемента або блоку призводить до відмови всієї системи. Основною причиною відмов є відхилення реальних характеристик вимірюваних параметрів і зовнішнього середовища від нормованих для конкретних типів приладів.

З погляду місця виникнення відмов систему автоматизації можна представити з електричних, механічних (пневматичних, гідравлічних) і комбінованих (електропневматичних, електрогідравлічних) елементів. Для першої і третьої групи характерні відмови, викликані обривом ланцюга або коротким замиканням, для другої - поломками, заклинюванням, деформаціями елементів і поверхонь. Зменшити ймовірність появи відмов можна за рахунок підвищення якості проведення стендової перевірки й ретельного контролю за монтажем приладів і засобів автоматизації.

У процесі проведення стендової перевірки зовнішнім оглядом необхідно переконатися в цілості ізоляції провідників приладу, всі пайки, зроблені під час настроювання апаратури, повинні бути покриті лаком. Нарізні сполучення повинні бути щільно підтягнуті, а контровочні і стопорні гвинти - затягнуті. Тертьові і обертові деталі приладів повинні бути очищені, промиті спиртом і змазані.

 

Стани засобів автоматизації

При перевірці монтажу необхідно переконатися в наявності актів на перевірку опору ізоляції електричних і герметичності трубних трас. Для усунення обривів ланцюгів всі з'єднання електричних трас повинні бути обтягнуті.

По характеру наслідків, відмови можуть бути небезпечними, пов'язаними з виникненням небезпеки для цілості агрегату (вибух) або для обслуговуючого персоналу (загазованість, пожежа), і без небезпечних наслідків. До першої групи відносяться відмови систем блокування і захисту, а також деяких систем контролю і регулювання. Для усунення небезпечних наслідків відмов системи першої групи, як правило, дублюють і, крім того, передбачають додатковий технологічний захист (наприклад, запобіжні клапани на трубопроводах, вогнеперешкоди). При налагодженні таких систем передбачається значно більший обсяг їхніх випробувань у режимах, що імітують аварійний.

По можливості усунення відмови можна розділити на остаточні і перемежовані. Перемежовані відмови, інакше названі збоями, носять випадковий тимчасовий характер. З появою відмови такого виду наладчик зобов'язаний розкрити причину її появи і переконатися в тому, що вона носить випадковий характер.

Відмови приладу або елемента можуть бути первинними, виникаючими в самих приладах і елементах, і вторинними, які виникають у результаті іншої відмови. Наприклад, відмова електронного потенціометра в результаті виходу з ладу термопари через різке підвищення температури в печі в порівнянні з номінальною. У цьому випадку

вторинна відмова може бути усунута розширенням діапазону виміру приладу, встановленням захисних арматур і т.д.

По легкості виявлення відмови можуть бути явними (видимими) і схованими.

Характеризуються відмови систем інтенсивністю відмов . Чисельно ця величина дорівнює

де t _ср середній наробіток до першої відмови. Для розглянутої формули дорівнює числу відмов в одиницю часу. При t _ср = 10 000 год інтенсивність відмов буде дорівнювати .

На графіку зміни інтенсивності відмов систем автоматичного керування в часі можна спостерігати три характерних періоди (рис. 45).

У період часу 0 - відбувається так зване пророблення елементів і вузлів систем, у результаті чого інтенсивність відмов підвищена. Причинами цього є дефекти у виготовленні апаратури, недоліки монтажу, необхідність спільного настроювання вузлів і блоків складних систем. Тривалість цього періоду лежить звичайно в межах 100-200 год роботи систем.

Основним заходом, що забезпечує зменшення відмов САУ на діючому технологічному устаткуванні в даному періоді, є включення максимально більшого числа систем при випробуванні, сушінні або обкатуванні агрегатів на нейтральних середовищах або вхолосту. Так, з огляду на те, що найбільш ймовірним є відмова кінeматики стрічкопротягувального механізму вторинних приладів, вони повинні включатися в роботу за 5-6 діб до пуску технологічного процесу. У цей же період велика кількість відмов виникає в результаті непідготовленості персоналу КВП і технологів до роботи з новою апаратурою, тому налагоджувальний персонал до включення систем автоматизації в роботу повинен провести інструктаж з персоналом замовника по правилам роботи з апаратурою. У цей період необхідно цілодобове чергування наладчиків. Період - характерний постійною , а в період після інтенсивність відмов зростає внаслідок старіння і зношування елементів системи.

 

 

Тема 2.11 Перелік визначних показників	Лекція	2-51	4-56
надійності. Розрахунок надійності системи			СРС
контролю та регулювання.
	[3]c. 211 -218

 

ПЛАН

 

1. Основні визначення

2. Розрахунок надійності системи

 

1. Основні визначення

Для аналізу надійності виробу необхідно визначити границю, за якої прилад перестає задовольняти вимогам надійності. Нерозривно пов'язана з надійністю працездатність - стан виробу, при якому він здатен виконувати задані функції з параметрами, установленими вимогами технічної документації (ДЕРЖСТАНДАРТ, ТУ і т.п.). Не рекомендується змішувати поняття «працездатність» і «справність». Якщо в приладу контролю температури перегоріла лампа контролю напруги, то вважати його справним не можна, хоча він і працездатний, тому що вимірює температуру в заданому діапазоні із заданою точністю. Подія, що полягає в порушенні працездатності приладу, називається відмовою. Правильне розуміння сутності відмов (причин, наслідків і способів боротьби з ними) є найважливішою умовою рішення практичних питань забезпечення надійності.

Надійність виробу характеризується рядом властивостей, оцінка кожного з яких необхідна при її аналізі: безвідмовністю, довговічністю, ремонтопридатністю, збереженням.

Основна властивість - безвідмовність - визначається як властивість виробу зберігати працездатність протягом деякого часу (наробітку) без змушених перерв.

Варто помітити, що всі визначення теорії надійності мають фізичний сенс тільки при їхньому розгляді в нерозривному зв'язку з тимчасовими проміжками. Так, при розрахунку надійності космічного апарата ймовірність безвідмовної роботи основних систем повинна бути забезпечена протягом строку, рівного або більшого, ніж час космічного польоту. Також важливо, щоб сільськогосподарська техніка, наприклад комбайн, працювала без відмов протягом усього строку збирання врожаю. Однак якщо для космічного корабля протягом польоту ремонт неприпустимий, а для комбайна під час збиральної небажаний, то для більшості виробів, у тому числі приладів і засобів автоматизації, ремонт - явище цілком нормальне. Тому надійність визначається і довговічністю - властивістю виробу зберігати працездатність до граничного стану з необхідними перервами для технічного обслуговування і ремонтів.

Властивість виробу, що визначає його пристосованість до проведення профілактичних заходів щодо попередження, виявленню і усуненню відмов і несправностей, називається ремонтопридатністю.

Кожен виріб повинен мати зберігаємість, тобто здатністю не змінювати обумовлені експлуатаційні характеристики протягом і після строку зберігання або транспортування, установленого в технічній документації.

 

2.Розрахунок надійності системи

З розглянутого матеріалу ясно, що точно розрахувати час виникнення відмови (а в багатьох випадках це необхідно) не представляється можливим. Різноманіття причин появи відмов, їхній складний взаємозв'язок пояснюють ту обставину, що теорія надійності оперує з випадковими величинами. Для визначення, наприклад, ймовірності безвідмовної роботи якого-небудь приладу в конкретних умовах протягом заданого проміжку часу надходять у такий спосіб. На стенд, що дозволяє моделювати реальні умови, у яких буде працювати прилад (температуру, вологість, рівень вібрації), установлюють прилад і визначають час його безаварійної (до першої відмови) роботи (наробіток на відмову). Такі експерименти проводять із багатьма однотипними приладами і за результатами випробувань визначають середній наробіток _. Якщо задано проміжок часу t, у якому необхідно визначити ймовірність безвідмовної роботи, то вона може бути приблизно визначена за формулою

Де P — ймовірність безвідмовної роботи в проміжку часу (t (приймає значення від 1 до 0); e — основа натуральних логарифмів (е 2,71); середній наробіток до першої відмови.

Наприклад, якщо середній наробіток сигналізатора рівня склала 10 000 год і потрібно визначити ймовірність безвідмовної роботи приладу протягом 5000 год, тоді

Отриманий результат говорить про те, що якщо десять сигналізаторів будуть установлені, то можна чекати, що шість із них протягом 5000 год пророблять безвідмовно, то в чотирьох відбудуться відмови. Середній наробіток можна також визначити шляхом збору статистичних даних на підприємствах, де вже працюють прилади, надійність яких повинна бути визначена.

З розглянутого приклада видно, що якщо зменшити заданий час безвідмовної роботи до 1000 год, то ймовірність Р = 0,9 і вже можна чекати, що дев'ять із десяти приладів протягом цього строку не дадуть відмов.

Для визначення ймовірності безвідмовної роботи якоїсь системи приладів (наприклад, системи контролю, що складає з перетворювача і вторинного приладу) протягом якого-небудь проміжку часу необхідно перемножити ймовірності безвідмовної роботи за той же час всіх елементів системи, тобто

Де , , — відповідно ймовірність безвідмовної роботи системи, перетворювача, вторинного приладу.

 

 

Тема 2.12 Методика розрахунку надійності	Лекція	2-53	4-60
системи контролю та регулювання.			СРС
	[4]c. 118 -127

 

ПЛАН