ПРИНЦИПЫ ОПИСАНИЯ НАДЕЖНОСТИ АСУ ТП. ОТКАЗЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ - Надежность систем автоматизации
Автоматизированную систему управления, как и любую сложную систему, целесообразно рассматривать как совокупность элементов с определенной взаимосвязью между собой. Выбор элементов в зависимости от способа декомпозиции АСУ ТП может быть различен. При декомпозиции по составу в качестве элементов могут быть приняты комплекс технических средств, информационное обеспечение (включающее в себя нормативно-справочную информацию, системы классификации и кодирования информации и др.) и организационное обеспечение (документы, регламентирующие действия персонала). Свойства информационного и организационного обеспечения влияют на надежности АСУ ТП косвенно, через функционирование технических средств, программного обеспечения и действия персонала, поэтому отдельно не учитываются. При функциональной декомпозиции АСУ ТП как многофункциональной системы в качестве элементов системы рассматриваются ее функции, в этом случае говорят об функциональной эффективности АСУ ТП. В общем случае АСУ ТП принято рассматривать как совокупность ТСА (технические средства автоматизации), ПО (программное обеспечение) и ОП (оперативный персонал).
Надежность комплекса технических средств оказывает наиболее существенное влияние на надежность АСУ ТП, поэтому приближенно надежность АСУ ТП зачастую оценивают с учетом только комплекса технических средств.
Критерии отказов технических средств (ТСА) устанавливаются в соответствии с требованиями, указанными в стандартах, технических условиях или другой технической документации на эти ТСА. Поскольку большинство ТСА имеют общепромышленное назначение, то требования задаются безотносительно к тем системам, в которых эти ТСА функционируют. Критерии отказов ТСА при этом не зависят от характеристик управляемого объекта и требований к качеству управления.
Рассмотрим классификацию отказов комплекса технических средств системы.
Отказ - Случайное событие, заключающееся в нарушении работоспособности системы. Кроме того, отказ автоматической системы определяется как выход пара-метра за границы установленного допуска.
Рис. 4.1. К случайному процессу изменения пара-метра.
В эксплуатационных условиях изменение выходного параметра системы представляет случайную функцию. Если вы-ход параметра K за границу допуска является опасным, то графи-чески переход из исправного состояния прибора в неисправное, можно изобразить как пересечение случайной функцией одной из границ допуска А и или B (рис. 4.1).
При этом выход параметра за границу допуска может происходить либо скачком (график 1), либо в результате постепенного непрерывного изменения параметра прибора (график 2).
Поэтому, если исходить из характера изменения параметра, целесообразно разделить отказы приборов и элементов на Внезапные и Посте-пенные. Такое деление удобно при расчете безотказности системы (приборов), поскольку внезапный отказ ее вызывается как отка-зом элементов принципиальной схемы, так и отказом конструктив-ных и вспомогательных элементов. Для большинства систем и при-боров постепенный отказ определяется лишь изменением парамет-ров принципиальной и кинематической схем.
При появлении внезапных отка-зов не резервированная система не может выполнять предназначае-мые функции, в то время как при постепенных отказах небольшие отклонения параметра за границу допусков обычно приводят не к отказу системы, а лишь к изменению ее эффективности (в зави-симости от величины отклонения параметра прибора за границу допуска).
При оценке безотказности системы, в слу-чае постепенных отказов, влияние величины отклонения параметра системы за границу допуска можно харак-теризовать эффективностью параметра системы.
При таком делении отказов элементов на внезапные и постепенные можно считать, что:
Отсутствие внезапного отказа свидетельствует о прочности элемента,
Постепенное изме-нение параметра свидетельствует о его точности.
Следовательно, отсутствие обоих отказов может быть интерпретировано как условная проч-ность.
Для фиксированного интервала времени работы системы без-отказность представляет вероятность совместного осуществления двух событий, у которых отсутствуют внезапные и постепенные отказы.
Если внезапные и постепенные отказы независимы, то в со-ответствии с правилом умножения вероятностей безотказность определяется формулой:
Р = Рвн * Р пост ( 4.1 )
Где Рвн - безотказность системы при возникновении внезапных отказах;
Pпост - безотказность системы, при возникновении постепенных отказах.
Характер внезапных отказов определяется в свою очередь ти-пом элемента или прибора, его схемой и конструкцией. Для простейших элементов (детали и несложные узлы) внезап-ные отказы делятся на два вида:
- -обрыв, -короткое Замыкание.
Так как все возможные состояния элементов должны составлять полную группу событий, запишем основное уравнение безотказ-ности для этой группы элементов
Р + q0 +qЗ =1 (4.2 )
Где QО И qЗ -- вероятности отказа элемента вследствие обрыва и ко-роткого замыкания соответственно.
Приборы, содержащие источники энергии, а также элементы, коммутирующие энергию, характеризуются такими видами внезапных отказов, как обрыв и ложный сигнал на выходе устройства. Т. е., для приборов этой группы вид отказа определяется наличием или отсутствием сигнала на входе прибора.
Кроме внезапных и постепенных отказов, весьма полезно выде-лить при исследовании надежности автоматических систем Преры-вистые отказы, часто называемые сбоями (самовосстанавливаю-щимися отказами). Прерывистые отказы в основном определяются помехами, воздействующими на систему, а для контактных эле-ментов также и окружающими условиями, например вибрациями для контактов электромеханических реле. Характерную особен-ность прерывистых отказов составляют определенные трудности обнаружения и их устранения. Эффективным средством преду-преждения последствий прерывистых отказов может служить при-менение коды в дискретных системах.
Показатели надежности ТСА с учетом влияния отказа задаются из числа рассмотренных в Главах 2, 3. Как правило, эти показатели устанавливаются при следующих условиях: температура окружающего воздуха (2010) 0С; относительная влажность30-80%; давление 630-680 мм. рт. столба; отклонение напряжения питания сети +10-15%. Время на котором задается вероятность безотказной работы, обычно принимается равным 2000 ч. Задание показателей безотказности и долговечности для ТСА, входящих в состав ГСП, является обязательным.
Все рассмотренные выше виды отказов относятся к отказам комплекса технических средств АСУ ТП. Для описания надежности АСУ ТП в целом необходимо учитывать взаимосвязь системы и технологического объекта управления. Надежность АСУ ТП, прежде всего, связана со способностью системы выполнять требуемые функции. Тем самым становится естественным использование декомпозиции АСУ ТП как многофункциональной системы по выполняемым функциям. При таком подходе следует ввести понятие отказа функции. В общем случае Отказом функции является событие, заключающееся в нарушении хотя бы одного из основных установленных требований к качеству ее выполнения, возникающее при заданных условиях эксплуатации АСУ ТП и функционирующем при заданных режимах технологическом объекте управления.
Установление критериев отказов функций проводится с учетом классификации функций в зависимости от требования к качеству их выполнения. Функции АСУ ТП условно подразделяются на простые и составные; непрерывные и дискретные. Рассмотрим требования к выполнению функций АСУ ТП в соответствии с приведенной классификацией.
Требования своевременного и безошибочного выполнения функций, отсутствия задержек при их реализации задаются для дискретных функций;
Требования отсутствия вынужденных перерывов в выполнении функции и поддержания значений показателей качества их выполнения в заданных пределах задаются для непрерывных функций;
Отказ составной функции формулируется как нарушение требований к выполнению некоторого сочетания простых функций, при этом если последствия отказов каждой из простых функций одинаковы, может быть задано требование по ограничению числа одновременно не выполняемых простых функций.
Отказы функций можно классифицировать по следующим признакам:
По влиянию на работу объекта управления (вызвавшие аварию с повреждением оборудования, останов технологического процесса, ухудшение качества протекания технологического процесса);
По причинам возникновения (из-за отказов технических средств, ошибок программного обеспечения, неправильных действий персонала);
По степени нарушения работоспособности (например, полные и частичные);
По наличию внешних проявлений (например, явные и неявные);
По виду нарушения для дискретных функций (несрабатывание, заключающееся в отсутствии сигналов или команд на управление исполнительными механизмами при наличии условий, требующих их функционирования, и ложное срабатывание, заключающееся в выработке сигналов или команд при отсутствии условий, требующих их функционирования).
Показатели надежности функции АСУ ТП выбираются в соответствии с классификацией функции по временному режиму выполнения с учетом классификации и критериев отказов. Основным показателем безотказности различных непрерывных функции является средняя наработка на отказ. Вместо нее допускается использовать параметр потока отказов, если поток отказов функции является стационарным. При рассмотрении поведения функции до первого отказа показателем безотказности является средняя наработка до отказа.
В тех случаях, когда в работе АСУ ТП можно выделить характерные временные интервалы t1 (например, периодичность капитальных ремонтов технологического оборудования, периодичность остановов из-за изменений производственной программы), в качестве показателя безотказности может быть принята вероятность безотказного выполнения функции P(t1).
Основным показателем безотказности и ремонтопригодности дискретных функций по отказам типа "несрабатывание" является вероятность R успешного выполнения заданной процедуры при возникновении запроса.
Рекомендуемая литература для дополнительного чтения:
- 1. Балакирев В. С., Бадеников В. Я. Надежность технических и программных средств автоматизации. Учеб. пособие для ВУЗов. - Ангарск.: Ангарский технологический институт, 1994, - 64 с. 2. Ястребенецкий М. А., Иванова Г. М. Надежность АСУТП. Учеб. пособие для ВУЗов. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 264 с. 3. Надежность АСУ: Учеб. пособие для ВУЗов/ Под ред. Я. А. Хетагурова. - М.: Высшая школа, 1979. - 287 с. 4. Курочкин Ю. А. Надежность и диагностирование цифровых устройств и систем. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 240 с.
Похожие статьи
-
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НАДЕЖНОСТИ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ - Надежность систем автоматизации
Для оценки поведения автоматической системы в эксплуата-ционных условиях используется понятие надежности системы. При эксплуатации автоматическая система...
-
При создании и эксплуатации автоматических систем необхо-димо стремиться обеспечить заданную, а иногда и максимальную надежность системы при...
-
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ. - Надежность систем автоматизации
Если в результате проектирования нерезервированной системы не удается обеспечить требуемую безотказность, можно применять следующие методы повышения...
-
ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ ВОССТАНАВЛИВАЕМЫХ СИСТЕМ - Надежность систем автоматизации
После каждого отказа восстанавливаемой системы следует ее восстановление, проводимое заменой отказавшего элемента на идентичный работоспособный или...
-
ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ - Надежность систем автоматизации
Анализ надежности автоматических систем и ее состав-ляющих может быть разделен на две задачи: статическую и дина-мическую. Надежность системы (при...
-
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УСЛОВИЙ РАБОТЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ - Надежность систем автоматизации
Автоматические системы, а также их отдельные элементы при эксплуатации находятся под воздействием различных факто-ров, которые будем называть нагрузками....
-
НАДЕЖНОСТЬ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АСУТП - Надежность систем автоматизации
Одной из основных частей АСУ ТП является программное обеспечение (ПО), представляющее собой совокупность взаимосвязанных и автономных программ, описаний,...
-
Одной из важнейших задач на этапе проектирования является правильный выбор номенклатуры нормируемых показателей надежности. Необоснованный выбор...
-
ВВЕДЕНИЕ - Расчет надежности технических систем на стадии проектирования (прогнозирующие расчеты)
Целью данной работы является анализ особенностей расчетов надежности технических систем на стадии проектирования (прогнозирующих расчетов). Актуальность...
-
Алгоритм расчета надежности технических систем на этапе проектирования На этапе проектирования расчет надежности производится с целью прогнозирования...
-
Обоснование способа описания исходной АСР Для того чтобы проанализировать данную систему необходимо составить ее математическую модель. Каждый элемент...
-
Принцип работы системы и функциональная схема САР В данной работе рассматривается система автоматического регулир Ования температуры воды в баке. Схема...
-
Расчет прогнозной интенсивности отказов электрической схемы БСКЛ Эксплуатационная интенсивность отказов резисторов постоянного сопротивления ЛЭRпост =...
-
Модели расчета прогнозируемой интенсивности отказов распространяются на период постоянства интенсивности отказов во время эксплуатации аппаратуры....
-
Введение, Основные понятия - Основные показатели надежности
Современный человек не мыслит своего существования без различных механизмов, которые упрощают жизнь и делают ее намного безопаснее. Любая используемая...
-
Общие рекомендации по повышению прогнозируемой надежности блока согласования каналов сводятся к следующему: - Для выявления ранних отказов необходимо...
-
Защита и сигнализация, Расчет надежности системы - Производство бумаги
В процессе работы сортирирующего гидроразбивателя в котором проиходит сортировка макулатурной массы. Так как по технологическим требованиям процесс...
-
По структурной схеме системы, приведенной на Рис. 6.1., составим математическую модель проектируемой системы для дальнейшего моделирования, которая...
-
Для обеспечения требуемых статических и динамических параметров определим требуемую структуру системы. Поскольку необходимо регулировать мощность...
-
Показатели надежности Требуемый уровень надежности технических объектов в процессе эксплуатации осуществляется путем проведения комплекса...
-
Описание процесса приготовления цементного клинкера в трубной шаровой мельнице Измельчение материалов в цементном производстве - один из технологических...
-
Системы автоматического регулирования, контроля и управления
Функциональные схемы систем автоматического регулирования, контроля и управления Под управлением понимают такую организацию процесса, которая...
-
Расчет нелинейных систем автоматического управления
1. Задание для расчета нелинейной САУ Фазовый плоскость траектория автоколебание 1. Исследовать динамические режимы системы методом фазовой плоскости для...
-
Отказ, Классификация и характеристики отказов - Основные показатели надежности
Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Критерий отказа - отличительный признак или совокупность признаков,...
-
Исходные допущения и предпосылки Блок согласования каналов (БСКЛ) предназначен для работы на усилительных пунктах и объединения выходов нескольких...
-
Для управления установкой нами запроектирован микропроцессорный контроллер АК2 - РС301А, производства компании "Danfoss" (Дания). Общие сведения Основное...
-
В своем законченном идеальном виде ГПС являются высшей, наиболее развитой формой автоматизации производственного процесса. Можно сформулировать основные...
-
Уравнения состояния и основные передаточные функции замкнутой системы В данной работе рассматривается АСР, управление в которой организованно по принципу...
-
Методы настройки двухсвязных систем регулирования - Автоматические регуляторы
Из общего числа систем регулирования около 15% составляют двухсвязные системы регулирования (рис.11). В таких системах даже при наличии устойчивой...
-
Построение кривой переходного процесса является в большинстве сл Учаев весьма трудоемкой операцией. Поэтому целесообразно использовать методы,...
-
Для исследования точности рассмотрим реакцию системы на типовое воздействие вида "Ступенька". Данное воздействие является одним из наиболее сложных для...
-
Основные передаточные функции исходной САР Найдем главный оператор замкнутой системы: оператор, связывающий главный вход, задающее воздействие, с главным...
-
Фазовая частотная характеристика определяет запаздывание выходного сигнала по отношению к входному. Найти зависимость фазы от частоты входного...
-
Исследование временных характеристик Для того, чтобы исследовать динамические свойства системы, рассмотрим временные и частотные характеристики системы....
-
ЗАКЛЮЧЕНИЕ - Расчет надежности технических систем на стадии проектирования (прогнозирующие расчеты)
Результаты анализа особенностей расчетов надежности технических систем на стадии проектирования (прогнозирующих расчетов), полученные в данной работе,...
-
Наладку систем автоматизации начинают до полного завершение всех монтажных работ на объекте. При этом необходимо убедиться в том, что отдельные приборы...
-
Описание функциональной схемы Рис 1. САР температуры сушильного шкафа Данная САР предназначена для управления температурой сушильного шкафа. Значит,...
-
Техническое задание - Разработка системы поверки манометров
1.1 Разработка системы поверки манометров. 1.2 Материалы научно-методических разработок кафедры ИСИТ 1.3 Назначение и цель 1.3.1 Данная система...
-
Перечень рекомендуемых элементов систем качества приведен в таблице, приложенной к стандарту ИСО 9000 - 1. В эту таблицу включены следующие элементы: 1....
-
Расчет коэффициента надежности закрепления К - Проектирование станочного приспособления
Так как в производственных условиях могут иметь место отступления от тех условий, применительно к которым рассчитывались по нормативам силы и моменты...
ПРИНЦИПЫ ОПИСАНИЯ НАДЕЖНОСТИ АСУ ТП. ОТКАЗЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ - Надежность систем автоматизации