Файл: Баясанов, Д. Б. Автоматизированные системы управления трубопроводными объектами коммунального хозяйства.pdf

нелинейной, однако общая закономерность изменения экс­ плуатационных расходов A3iT.Mв зависимости от колебаний параметров системы сохраняется. Большое изменение экс­ плуатационных расходов АЭ;Т.М возможно только при зна­ чительных колебаниях независимых параметров регулиру­ емого и управляемого технологического процесса. Этот важный вывод позволяет получить весьма эффективный

критерий оценки целесообразности внедрения ЭВМ в систе­

мы управления теми или иными объектами. Очевидно, что

использование ЭВМ в АСУ для выбора оптимальных значе­

ний независимых параметров управляемого технологическо­ го процесса тогда целесообразно, когда диапазон изменения этих параметров является значительным.

Это утверждение, однако, не означает, что для всех непрерывных технологических процессов, управляемых локальными системами автоматического регулирования

с малой неравномерностью, применение ЭВМ в качестве

элементов управления всегда неоправдано. Без глубокого и всестороннего анализа общей ситуации такое утверждение

может быть оспоримо. Например, на нефтехимических пред­

приятиях, установки которых оснащены средствами совре­

менной автоматики, такие параметры как давления, темпе­

ратуры и расходы сырья, топлива, воды, электроэнергии

и т. п. поддерживаются практически постоянными с нерав­

номерностью не более 2—4%. Если здесь используют в ка­ честве управляющих элементов ЭВМ, то общий эффект

изменения всех этих параметров при выборе машиной гло­ бального оптимума не может быть большим. Однако в таком процессе существуют и другие независимые переменные, например состав исходного сырья, количество и качество конечных продуктов, температура внешней среды, актив­ ность катализаторов, степень загрязнения теплообменной

аппаратуры и т. п. Степень изменения этих параметров, вли­

яющих на основной технологический процесс косвенно, может быть значительно больше, чем степень изменения

ность использования ЭВМ в АСУ технологическими процес­

сами на этих объектах.

Значительное изменение независимых переменных пара­

метров, в том числе и таких основных технологических, как

давления, температуры, расходы и составы продуктов, имеет место во многих периодических и непрерывных про­

цессах со значительными степенями неравномерности, при

247

переключениях агрегатов, объектов или отраслей в целом,

аварийных режимах всех процессов, при расчетной опти­

мизации проектирования технологических систем, конст­

руирования оборудования для этих систем и т. п.

Если обратиться к анализу режимов работы отраслей

коммунальных хозяйств и, в особенности, трубопроводных

систем, то станет ясным, что речь идет о технологических

объектах, в которых независимые параметры основных процессов в силу их специфических особенностей изменяют­

ся в очень широких пределах. Поэтому применение в авто­

матизированных системах управления этих объектов в ка­

честве управляющих элементов ЭВМ может дать большой

технико-экономический эффект.

§ 3. НАДЕЖНОСТЬ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АСУ

Прежде чем осветить вопросы надежности функцио­ нирования АСУ, кратко остановимся вообще на задачах надежности работы управляемой системы на примере слож­

ной схемы газоснабжения. Эта постановка интересна тем,

что в связи с организацией единых схем газоснабжения

Рис. 34. Структурный элемент большой газовой системы

как отдельных городов, населенных пунктов, так и целых территориальных районов вопросы надежности работы этих комплексов приобретают существенное значение для общей структуры коммунальных хозяйств страны, с уче­

том ее эффективного функционирования. В качестве

структурного элемента такой большой газовой системы рассмотрим схему, представленную на рис. 34. Анализ на­

дежности этой системы может явиться предверием к решению

аналогичных вопросов и для иных более сложных много­

контурных и многосвязанных газовых систем. Однако сама

по себе и эта задача анализа надежности такой схемы газо­ снабжения имеет весьма важное значение. Решение ее за­

висит от улучшения режимных показателей эксплуатации

248

локальных газовых систем и от показателей функциони

рования всей системы газоснабжения в целом. Из при­

веденной структурной схемы ясно, что надежность газо­ снабжения потребителей в коммунальных хозяйствах и промышленности в основном будет зависеть от выполнения условий:

Qi (/) < Q2 (t) — в нормальном режиме;

Qi (О < Ф г ( 0 + Ф з ( 0 —в режиме пиковой нагрузки,

где (t), Q2 (t) и Qs (t) — количество газа соответственно потреб­ ляемого, поступающего к потребителю из газопровода и подавае­ мого из газохранилища.

Опишем определение некоторых новых характеристик

надежности системы газоснабжения в целом. Пусть в про­

цессе эксплуатации системы газоснабжения в первом при­

ближении общая вероятность ее безотказной работы Р Б бу­ дет выражена в виде зависимости

где Pj, Р2 и P-j — вероятность безотказной работы системы соот­ ветственно при выходе из. строя компрессорной станции, при не­ достаточном для покрытия пиковой нагрузки количестве газа, по­ ступающего в систему (аварии на газопроводе, падение давления в городском газовом коллекторе и т. п.), при образовании гидратов или разрывов труб.-

Предположим, что все время система работает в режиме

максимальной нагрузки и вероятность появления отказов распределена по закону Пуассона. Это предположение имеет

в своей основе анализ верхней границы показателей надеж­

ности в целом. Рассмотрим определение вероятности показа­ теля безотказной работы Р г. Известно, что эквивалентная наработка на отказ, скажем, компрессорных станций с х г ра­ ботающими компрессорными агрегатами равна:

В свою очередь

(4.15)

249

ft

где rx = 7p — интенсивность отказов; ( f x — общее число отказов

агрегатов на компрессорной станции в течение некоторого интервала времени Т ; Т — общее время работы); i = I, х х — число агре­ гатов на компрессорной станции.

Определим величину коэффициента ремонтопригодности M Xl. Пусть г1 — среднее число отказов агрегата за вре­

мя ср; Фх — среднее время ремонта одного агрегата. Введем

величину Рх = ^— интенсивность восстановления. Так

как время отказа агрегата на компрессорной станции по сравнению с общим временем работы мало, т. е. срг ^ 7\,

то вероятность того, что все агрегаты откажут в тот же самый

интервал времени фх, равна:

Приняв yjT = d — коэффициент -простоя, то D x‘ — коэф­

фициент простоя для компрессорной станции с х х агрегата­ ми. Также можно отметить, что ф*, — среднее время ре­ монта всей компрессорной станции в х х раз больше среднего

времени ремонта каждого агрегата в отдельности при усло­

вии, что все агрегаты идентичны и ремонтные работы про­

водят в порядке очередности. Тогда имеем:

(4.16)

(4.17)

Следовательно, исходя из величины коэффициента простоя

D для всей компрессорной станции, получим вклад эксплу­

атации в эквивалентную интенсивность отказов:

(4.18)

Итак,

Следовательно,

250

О тсю д а

с х х работающими агрегатами равна:

т

r1[1~ l+xl \ixLl 1

(4.22)

Выше уже отмечалось, что магистральный газопровод может

быть представлен как последовательная совокупность ло­

кальных систем: компрессорная станция — отводящий

участок газопровода (рис. 35). Кроме того, если рассматри-

4 -

Рис. 35. Структурная схема единичного газопровода

вать всю систему газоснабжения, то можно говорить и о по­ следовательном соединении цепочек, показанных на рис. 35, в каждой нитке параллельно соединенных газопроводов. Характерным примером такой системы является схема газо­ снабжения Москвы и прилегающей к ней территории.

На рис. 35 общее "число компрессорных станций одного

газопровода составляет у. Если рассматривать надежность

такой системы как последовательной совокупности локаль­ ных элементов, то она может быть выражена:

Но следует отметить, что не на всех компрессорных стан­

циях системы имеется одинаковое количество комприми­

рующих агрегатов, уже не говоря о их разнотипности. Поэтому значение надежности РХг надо находить для каж­ дой станции в отдельности. Если теперь рассматривать за­

дачу надежности для всей системы газоснабжения и учиты-

251

Весьма важен и коэффициент готовности оборудования

объектов газоснабжения, т. е. вероятность того, что уста­ новленное количество оборудования будет готово к работе

вмомент времени Т благодаря наличию действующих узлов и элементов и восстановлению вышедших из строя элемен­ тов до нормального режима работы за счет обслуживания

втечение времени, равного или меньшего, чем предельно

допустимое время обслуживания t. Его величину определя­

ют формулой

Следует отметить, что величина ремонтопригодности опре­

деляется многими факторами, не учитываемыми в данном

случае и представляющими предмет самостоятельного даль­

нейшего исследования и описания: квалификацией обслу­ живающего персонала, степенью механизации и автомати­

зации. Кроме того, агрегаты на компрессорных станциях

можно запускать с помощью различных схем включения, что также отражается на общей оценке надежности.

Рассмотрим определение вероятности безотказной ра­ боты системы при образовании гидратов и при разрыве труб газопроводов. Ввиду трудности определения ремон­

топригодности находим вероятность Р 2 по формуле

где г я = — интенсивность отказов (/3 — общее число аварий на

трассах газопроводов втечение некоторого интервала времени Т — общего времени работы системы).

Ввиду того что существующие трудности по выделению групп аварийных ситуаций, т. е. определения элемента отказа, заставляют при определении вероятности Р 2 также пренебрегать ремонтопригодностью оборудования, то:

h

где r2 = тр ■— интенсивность отказов (f2 — общее число аварий на

источниках подачи газа в течение некоторого интервала времени).

252