Файл: Казацкер, А. А. Надежность систем автоматизации в пищевой промышленности.pdf

В техническом задании на разработку должны быть указаны: условия проведения испытаний на надежность. Все образцы, независимо от области и масштаба применения, подлежат ис­

метод испытания образца: по отдельным узлам или в целом; метод оценки результатов испытаний: количественные харак­ теристики общих показателей надежности — методом довери­ тельных интервалов; количественные характеристики специаль­ ных показателей безотказности САР — в виде точечных оценок; предполагаемая точность оценки результатов испытаний на надежность. При этом следует учесть, что допускается устанав­

ливать одностороннюю доверительную вероятность ctH= св 0,8 при оценке общих показателей надежности. Допускается

проведение производственных испытаний с числом отказов, рав­ ным нулю. Точность оценки результатов испытаний для получе­ ния количественных характеристик специальных показателей безотказности САР не устанавливается.

НОРМИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Система автоматизации должна удовлетворять требо­ ваниям по точности, устойчивости, надежности, стоимости и т. и. Требования эти часто противоречивы, и обычно систему оптими­ зируют по одному из этих требований, в большинстве случаев целесообразно оптимизировать по показателям надежности [58].

Отказы систем автоматизации наносят экономические ущер­ бы, часто значительные. Это особенно касается систем автома­ тической защиты, где отказы могут повлечь за собой аварии и несчастные случаи. Стоимость устройств автоматизации обыч­ но составляет незначительный процент от стоимости автомати­ зируемого технологического оборудования (для пищевой про­ мышленности в среднем 5—10%). Изменение стоимости различ­ ных вариантов систем, как правило, незначительно изменяет этот процент. Как указывалось, показатели надежности и точ­ ности систем автоматического регулирования определяются че­ рез статические и динамические допуски. Таким образом, эко­ номические критерии (например, экономическая эффективность ■систем автоматизации) зависят не только от точности, стоимо­ сти, ущербов от отказов, но в значительной мере и от показа­ телей надежности [63],.

Расчет системы на надежность (безотказность) заключается в поиске таких функциональных связей системы и значений ее элементов, которые обеспечат необходимую надежность. Други­ ми словами, требуется найти координаты случайного вектора, конец которого разместится в области работоспособности систе­

80

мы наилучшим образом, т. е. с заданной вероятностью выхода за границы этой области. При таком подходе результаты расче­ та системы по надежности в значительной мере совпадают с ре­ зультатами расчета системы по устойчивости, определяемой ка­ чеством переходного процесса [58] .

Если проанализировать работу наладчика системы автома­ тизации, то можно отметить, что он пытается с учетом извест­ ных возмущений найти параметры настройки, при которых ве­ роятность выхода регулируемого параметра за допуски будет минимальна, т. е. пытается обеспечить наиболее надежную ра­ боту системы.

Все изложенное подтверждает целесообразность при разра­ ботке систем автоматизации технологических процессов считать показатели надежности основными техническими показателями работы системы и соответственно этому подходить к нормиро­ ванию этих показателей.

Методика общего подхода к нормированию надежности САУ построена на базе идеи прототипа. В соответствии с этим на этапе составления технического задания на разработку опытно­ го образца САУ подбирается существующая система, примерно аналогичная проектируемой. Показатели надежности прототипа корректируются с учетом ряда факторов и включаются в зада­ ние на разработку опытного образца.

Практически выбор и обоснование технических требований к разрабатываемой системе (прибору) начинается с поиска про­ тотипа. Такой подход необходимо применять и при обосновании требований по надежности разрабатываемых САУ. Существую­ щее автоматическое устройство, выбираемое в качестве прото­ типа, должно иметь возможно большее сходство с проектируе­ мым устройством по техническим характеристикам. В качестве прототипа необходимо (по возможности) выбирать приборы (системы), для которых известны оценки показателей надежно­ сти. При этом желательно, чтобы оценки показателей надежно­ сти были подтверждены опытом эксплуатации.

При выборе прототипа необходимо учитывать и сопоставлять следующие факторы: назначение и область применения; номи­ нальные значения (либо диапазоны) управляемых разрабаты­ ваемым устройством параметров объекта и погрешность либо точность управления; характеристики объектов управления (не­ прерывный либо периодический процесс; статические и дина­ мические характеристики и т. д.); последствия отказов САУ; вид автоматизации (контроль, сигнализация, управление, регу­ лирование) ; наличие функционального резервирования по авто­ матизируемому процессу (например, САУ осуществляет регули­ рование температуры и давления, между которыми в объекте управления имеется связь); тип управляемого параметра (каче­ ственный — кислотность, вязкость, мутность и т. п.; или режим­ ный— температура, давление, уровень, проток и т. п.); условия

эксплуатации (характеристики окружающей среды, способы и качество технического обслуживания); характер, частота и ам­ плитуда возможных возмущающих воздействий; степень связи с другими устройствами автоматизации объекта.

При выборе прототипа необходимо обратить внимание на то, чтобы приборно-элементный состав прототипа отражал сложив­ шиеся традиции и растущие тенденции применения определен­ ных приборов и элементов в конкретных классах САУ, т. е. в качестве прототипа должна быть выбрана система, имеющая современный приборно-элементный состав. Это требование мож­ но объяснить тем, что количественные показатели надежности прототипа, являющиеся функцией примененных в прототипе приборов и элементов, будут взяты в качестве базы для опреде­ ления нормативов надежности вновь разрабатываемого опыт­ ного образца САУ.

В качестве прототипа целесообразно брать систему, разра­ ботка которой закончена не более чем 4—5 лет тому назад.

Пользуясь методом прототипа, можно пронормировать пока­ затели безотказности и ремонтопригодности. Среднее время вос­ становления зависит от конструктивных особенностей изделия, но в значительно большей степени — от уровня обслуживания средств автоматизации на конкретном предприятии. Поэтому далее рассматривается нормирование показателей безотказно­ сти. Остановимся на нормировании общих показателей надеж­ ности.

Если оценки показателей надежности прототипа неизвестны, то их следует определить, пользуясь методикой априорных рас­ четов или справочными данными, приведенными в приложениях.

Оценки показателей надежности прототипа могут быть пред­ ставлены как эксплуатационными, так и только расчетными значениями, характеризующимися различной точностью и досто­ верностью. Оценки надежности прототипа необходимо откоррек­ тировать. При этом необходимо руководствоваться следующи­ ми рекомендациями:

а) если известна только одна расчетная оценка наработки на отказ прототипа, то в качестве основы норматива надежно­ сти опытного образца следует принимать минимальное (ниж­

каз прототипа, полученная при условии т — 0 (где т — число отказов), то в качестве основы норматива надежности опытного образца следует принимать величину Тр.и прототипа, предвари­ тельно оценив ее;

в) если известны эксплуатационные и расчетные значения наработки на отказ прототипа, то в случае получения эксплуа­ тационной оценки Тэ при пг = 0 следует руководствоваться ре­ комендацией пункта «б»; в случае получения Гэ при m > 0 сле­ дует отдать предпочтение эксплуатационной оценке.

82

В качестве норматива наработки на отказ (минимально до­ пустимого значения) опытного образца принимается одно из следующих рекомендуемых значений: 240, 320, 480, 630, 960, 1250, 1880, 2500, 3750, 5000, 7500 и 10000 ч.

Норматив наработки на отказ опытного образца устанавли­ вается путем округления откорректированной оценки наработки на отказ прототипа до ближайшего большого рекомендуемого выше нормативного значения.

Специфической является методика нормирования общих по­ казателей надежности для каналов автоматической защиты. Под каналом автоматической защиты (КАЗ) подразумевается сово­ купность приборов и средств автоматизации, предназначенных для выполнения функций защиты применительно к одному конт­ ролируемому параметру в одной точке, по одному значению па­ раметра.

При нормировании надежности различают классы КАЗ: 111, 112, 113, 211, 212, 214. Признаки деления КАЗ на классы указа­ ны на рис. 5, где каждому признаку соответствует определенная цифра.

Показателем надежности КАЗ является коэффициент опера­ тивной готовности Кот, определяемый через показатели KruP(t).

Единый норматив показателя Кг для КАЗ перечисленных классов должен соответствовать условию Кг7>0,99.

С учетом изложенного порядок нормирования показателей надежности опытных образцов КАЗ следующий:

определяется шифр класса опытного образца КАЗ; устанавливается норматив безотказности КАЗ в соответст­

вии с шифром последнего; определяется норматив надежности КАЗ.

Шифр присваивается разрабатываемому КАЗ путем сопо­ ставления информации, содержащейся в техническом задании на опытный образец, и классификации КАЗ (см. рис. 5).

Нормативы параметра потока отказов разрабатываемых опытных образцов КАЗ определенных классов устанавливаются в соответствии с рекомендуемыми значениями со, приведенными

ниж е.

Время, на которое следует задавать вероятность безотказной работы P(t) опытного образца КАЗ, должно выбираться из ряда