Файл: Штейнберг, Ш. Е. Промышленные автоматические регуляторы.pdf

часто может осуществлять управление даже более чем одним регулирующим органом.

Наличие резервирования с помощью оператора не­ сколько снижает требования к надежности регуляторов (но повышает при этом требования к надежности аппа­ ратуры дистанционного и ручного управления).

17-2. ХАРАКТЕРИСТИКИ Н А Д Е Ж Н О С Т И

а) КЛАССИФИКАЦИЯ ОТКАЗОВ

В зависимости от характера изменения параметров до момента возникновения отказа отказы можно разделить на внезапные и постепенные. Отказы, которые наступа­ ют в результате резкого, скачкообразного изменения одного из параметров регулятора, называются внезапны­ ми, а наступающие в результате длительного, по­ степенного изменения параметров, — постепенными. Раз­ граничение отказов на внезапные и постепенные является в некоторой степени условным и зависит от возможно­ сти контроля процессов изменения параметров. Внезап­ ные отказы регулятора обычно имеют характер обрывов, поломок, замыканий и часто проявляются в нарушении цепи прохождения сигнала (например, сгорание термо­ пары, залипание контактов магнитного пускателя). По­ степенные отказы часто имеют характер разрегулировок (например, дрейф нуля усилителя, изменение зоны воз­ врата релейных элементов). Восстановление регулятора после внезапных отказов, как правило, производится пу­ тем замены или ремонта отказавшего устройства (эле­ мента). Восстановление регулятора после постепенных отказов, имевших характер разрегулировки, производит­ ся путем изменения задания или параметров настройки с помощью специально предназначенных для этого при­ способлений (например, переменных резисторов в элек­ трических регуляторах или переменных дросселей в гид­ равлических и пневматических регуляторах).

В зависимости от последствий отказы 'можно разде­ лить на полные и частичные. Отказы, при которых регу­ лятор полностью прекращает функционирование, назы­ ваются полными. К ним, например, относятся отказы, при которых прерывается цепь прохождения сигнала. От­ казы, которые приводят только к ухудшению качества

526

процесса регулирования сверх допустимых пределов, на­ зываются частичными.

Отказы регуляторов можно также разделить на пер­ вичные и вторичные. Первичными называются такие, ко­ торые не являются следствием других, ранее возникших отказов; вторичными — отказы, являющиеся следствием ранее возникших. Например, первичным отказом регу­ лятора может быть разрегулировка концевых выключа­ телей, вторичным — сгорание электродвигателя исполни­ тельного механизма.

Классификация отказов устройств, входящих в регу­ лятор, аналогична приведенной.

6) ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕЗОТКАЗНОСТИ

Рассмотрим график функционирования регулятора (рис. 17-1, а) . Отключения регулятора могут иметь ме­ сто как из-за отказов, так и из-за планово-профилакти-

Рис. 17-1. График функционирования регулятора с учетом всех про­ стоев (а) и с учетом простоев только из-за отказов (б).

ческих работ, отключений технологического агрегата, на котором установлен регулятор, из-за циклического графи­ ка работы, когда регулятор выключается на определен-

527

ные промежутки времени, определяемые режимом рабо­ ты агрегата.

Продолжительность работы регулятора определяет его наработку. Наработка регулятора измеряется едини­ цами времени (часами, сутками).

Исключим из графика функционирования регулятора периоды простоя по всем причинам, кроме отказов (рис. 17-1,6), и рассмотрим полученную при этом после­

надежности промышленных регуляторов показал, что

для анализа безотказности можно рассматривать только случайную последовательность моментов отказов, прене­ брегая продолжительностью восстановления. Эта случай­ ная последовательность носит название потока отказов. Длительности восстановления, характеризующие ремон­ топригодность, при этом изучаются отдельно от момен­ тов отказов и интервалов времени между ними.

Основными характеристиками безотказности регуля­ торов и входящих в них устройств являются интенсив­ ность потока отказов u(t), наработка на отказ tcp и ве­ роятность безотказной работы Р(х, т - И) на некотором отрезке времени (т, x-\-t).

Интенсивностью потока отказов называется функция

Определение интенсивности потока можно упростить, приняв предположение о наличии у потока определен­ ного свойства — стационарности.

Поток отказов называется стационарным, если его вероятностная структура не зависит от сдвига во време­ ни. В частности, в стационарном потоке закон распреде-

528

ления числа отказов на любом отрезке времени (т, т + / ) зависит только от величины промежутка t и не зависит от момента т его начала. Причинами нестационарности потока отказов регуляторов являются наличие периодов приработки после пуска в эксплуатацию, изменение ус­ ловий эксплуатации (например, температуры) по опре­ деленному, неслучайному закону.

зателем, не зависящим от времени. В этом случае интен­ сивность потока отказов можно определить как матема­

определение) интенсивности потока отказов одного регу­ лятора, получаемая при испытаниях k одинаковых ре­ гуляторов с наработкой т каждого регулятора, нахо­ дится из равенства

здесь ПІ — число отказов t-ro регулятора.

Величина т 2 носит название суммарной наработки.

Приведенная выше оценка интенсивности потока от­ казов носит название точечной: она характеризует вели­ чину оцениваемого показателя в виде точки на числовой оси, ничего не говоря о точности и достоверности полу­ ченной оценки. Для учета точности и достоверности по­ следней введем верхнюю одностороннюю доверительную границу интенсивности потока ив. Она определяется со­ отношением

« в ] , который с фиксированной вероятностью 1—q «на­ крывает» неизвестное нам истинное значение интенсив­ ности и. Значение верхней доверительной границы ин-

529

тенсивиости потока отказов зависит от числа отказов п, имевших место при испытаниях надежности. Чем боль­ ше число п, т. е. чем больше число испытываемых регу­ ляторов k и длительность испытаний т, тем верхняя гра­ ница ив ближе к истинному значению и.

Точечная оценка интенсивности и не зависит от вида потока, верхняя доверительная граница ив, как будет по­ казано ниже, зависит от вида потока.

Следующей характеристикой безотказности регулято­ ра — наработкой на отказ — называется математическое ожидание времени между отказами; оценка наработки на отказ находится из соотношения

п

или момент включения регулятора после профилактиче­ ского обслуживания в предположении, что это обслужи­ вание полностью восстанавливает свойства регулятора. Тогда т = 0, вероятность безотказной работы на отрезке (О, t) является функцией только времени t и обозначает­ ся P(t). Если фиксировать и время /, то вероятность без­ отказной работы является количественным показателем.

где kt — число регуляторов, отказавших в течение време­ ни t; k — число испытываемых регуляторов.

Доверительные границы наработки на отказ и веро­ ятности безотказной работы определяются по соотноше­ ниям, аналогичным (17-3).

ГОСТ 13216-67 установлены ряды показателей безот­

530

сивности потока отказов при доверительной вероятности 1—# = 0,8 должна выбираться из ряда

(0,8; 1,6; 3,2; 6,3; 12,5; 25; 50; 100; 200; 400; 800; 1 600; 3 200)- 10~6 \/ч.

Нижняя граница вероятности безотказной работы PH(t) за заданное время t при доверительной вероятно­ сти 0,8 должна выбираться из ряда

0,999; 0,99; 0,98; 0,96; 0,94; 0,92; 0,9; 0,85; 0,8; 0,75.

Время t обычно принимается равным 2 000 ч. Эти по­ казатели устанавливаются для условий работы, близких к номинальным, например, температуре окружающего воздуха 20+5 °С.

в) МОДЕЛИ ПОТОКОВ ОТКАЗОВ

Рассмотрим некоторые наиболее распространенные мо­ дели потоков отказов и характеристики безотказности, получаемые при применении этих моделей. Для этого приведем еще два основных свойства потока, помимо ука­ занного выше свойства стационарности.

Поток отказов называется потоком без последейст­ вия, если числа отказов на любых не пересекающихся друг с другом отрезках времени представляют собой не­ зависимые случайные величины. В частности, выполне­ ние требования отсутствия последействия означает, что закон распределения числа отказов на любом отрезке времени не зависит от числа отказов до и после этого отрезка. Причинами последействия в потоках отказов ре­ гуляторов являются случайное изменение условий экс­ плуатации (температуры, влажности, вибрации), а так­ же изменения квалификации обслуживающего персона­ ла и связанного с этим качества профилактических мероприятий.

Поток отказов считается ординарным, если практи­ чески невозможно одновременное наступление двух или более отказов. Практика исследования потоков отказов регуляторов показала, что неординарность незначитель­ но влияет на свойства потока и поэтому влиянием неор­ динарности можно пренебречь.

Наибольшее распространение для описания безотказ­ ности регуляторов получил так называемый простейший поток, который одновременно обладает свойствами ста­ ционарности, отсутствием последействия и ординарности,

531