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

ки) эффективность разрабатываемой системы (прибора). Ха­ рактеристики, изложенные и обоснованные при разработке тех­ нического задания, являются на всех дальнейших стадиях «жизни» системы (прибора) основными критериями, позволяю­ щими оценить качество разработки. Как показывает опыт, на стадии разработки технического задания очень часто допуска­ ются ошибки, влекущие за собой в конечном счете снижение надежности.

Одна группа ошибок связана с тем, что недостаточно полно учитываются условия работы проектируемой системы (прибо­ ра) как с точки зрения нормальных, так и особенно предельных значений. Очень часто не учитываются условия хранения и тран­ спортировки (в частности, тряска, вибрация, предельно возмож­ ные значения температуры и влажности), что иногда приводит к необходимости проведения до наладки системы ее капиталь­ ного ремонта.

Другая, наиболее важная группа ошибок, связана с назначе­ нием и обоснованием допустимых крайних значений регулируе­ мых (контролируемых) технологических параметров как в ста­ тическом, так и в динамическом режимах. Часто в данном во­ просе разработчики идут «на поводу» у технологов и принима­ ют узкие диапазоны предельных значений без каких-либо суще­ ственных технико-экономических обоснований, что значительна усложняет разработку и снижает ее надежность. Кроме того, разработчик в процессе разработки всегда должен знать, хотя бы приближенно, «цену отказа», т. е. технические и экономиче­ ские последствия длительных или кратковременных отклонений регулируемых (контролируемых) параметров от заданных зна­ чений.

Часто в процессе проектирования выясняется, что допусти­ мость хотя бы кратковременного выхода за заданные пределы позволяет значительно упростить разработку, повысить ее на­ дежность . без серьезного ущерба для качества регулируемого процесса, т. е. позволяет получить в конечном счете значитель­ ный технико-экономический эффект. В ряде случаев при боль­ шой «цене отказа» с целью повышения надежности необходимо применять резервирование. Это особенно касается устройств ав­ томатической защиты.

Существенное влияние на надежность системы оказывает принятый объем автоматизации (количество устанавливаемых приборов.) Если при малом объеме автоматизации контроль и управление технологическим процессом затруднены, то каждый лишний прибор, каждый ненужный контур регулирования яв­ ляются источником дополнительных отказов. Остальные вопро­ сы перечислены ниже и специальных пояснений не требуют.

1. Содержатся ли в задании на проектирование (технич ском задании) все сведения, характеризующие условия работы приборов и средств автоматизации? Указаны ли номинальные-

104

и предельные значения величин, характеризующих указанныеусловия?

2.Какие специальные требования предъявляются с точки зрения взрыво- и пожаробезопасности, агрессивности сред и допускаемых к применению материалов?

3.Указаны ли номинальные и допустимые крайние значе­ ния на контролируемые, регулируемые технологические пара­ метры?

4.Указано ли время, в течение которого допустимы крайниезначения регулируемых параметров?

5.Имеются ли обоснования для требований, содержащихся

взадании на проектирование (техническом задании)?

6.Нельзя ли без существенного ущерба для эффективности системы (прибора) расширить пределы допусков регулируемых

технологических параметров? Какие технические, экономические последствия вызовет указанное расширение пределов?

7.Достаточно ли обоснован объем автоматизации, соотно­ шение между автоматизированным, централизованным и мест­ ным (ручным) режимами управления?

8.Какие имеются обоснования для требуемых характери­ стик надежности?

9.Предъявляются ли к системе (прибору) специальные требования в части согласования ее (его) работы с другими системами (приборами)?

10.Какая возможна серийность разрабатываемой системы?

11.Какие требования предъявляются условиями транспор­ тировки, хранения системы (прибора)?

Разработка проектного задания, технического предложения,

рабочих чертежей. На этих этапах проектирования разработчик должен задаваться следующими вопросами:

1.Рассматривалась ли возможность использования отрабо­ танных типовых решений?

2.Как нужно изменить требования к схеме, чтобы можно

было использовать типовые решения?

3.Нельзя ли упростить схему, сохранив ее функции в задан­ ных пределах?

4.Учтены ли требования при выборе типа н характеристик

источников питания, возникающие при автоматизации других объектов данного предприятия?

5. Не возникнет ли необходимость в двух типах источников, питания?

6.Нельзя ли использовать более простые приборы за счетизменения выбранного закона регулирования без нарушения требований технического задания (задания на проектирование)?1

7.Какие элементы схемы являются нестандартными, несе­

рийными?

8. Нельзя ли изменить схему так, чтобы отпала необходи­ мость в использовании несерийных элементов?

105

при расчете предполагаемого технико-экономического эффекта от проектируемой системы?

Основное внимание должно быть обращено на характери­ стики отдельных узлов и элементов и режимы их работы. Каче­ ственный анализ разработки с точки зрения надежности необ­ ходимо на этой стадии проводить одновременно с расчетом надежности, учитывая режимы и условия работы.

Большое внимание должно быть обращено на анализ воз­ можных возмущений регулируемого процесса при отказе от­ дельных элементов, приборов, при перерывах в снабжении вспомогательной энергией. Даже кратковременный перерыв в снабжении энергией часто вызывает большие возмущения. На­ пример, пневматические исполнительные механизмы при пре­ кращении подачи сжатого воздуха стремятся занять конечное положение. Это положение должно быть наиболее безопасным.

Необходимо помнить, что источник вспомогательной энергии должен отличаться особенно высокой надежностью. В этом случае резервирование является обязательным.

Такое же положение наблюдается при использовании много­ контурных, каскадных систем регулирования. Отказ одного из элементов контуров предыдущего каскада может воспринимать­ ся в последующих контурах как возмущение по процессу или изменение уставки с вытекающими отсюда, возможно весьма нежелательными, последствиями. Необходимо предусмотреть меры для предотвращения опасных последствий. Для этого мо­ гут использоваться сигнализация, блокировка, резервирование, специальные схемные решения [78, 79].

При анализе проектируемых схем наряду с повышением на­ дежности необходимо применять все рациональные меры для уменьшения последствий отказов.

Большое влияние на надежность оказывает качество вспо­ могательной энергии. Например, исследования универсальных пневматических регуляторов показали, что количество отказов из-за применения недостаточно высушенного и очищенного воз­ духа в 6 раз превысило число отказов, вызванных погрешностью

приборов [80].

При расчете выходных параметров проектируемых систем очень часто не оценивают начальную надежность, т. е. свойст­ во аппаратуры сохранять свои выходные параметры в задан­ ных пределах на момент выхода из производства (монтажа) при наличии допусков на детали, узлы и источники питания [81], что, естественно снижает надежность системы. Опыт пока­ зывает, что в тех случаях, когда не учитывают возможное соче­ тание крайних значений (допусков) элементов и источников пи­ тания, оговоренных техническими условиями на эти элементы, крайние значения выходных параметров системы (прибора) выходят за пределы, оговоренные заданием на проектирование, (техническим заданием) еще на стадии наладки, а если приня­

107

тые запасы невелики,— через некоторое время после начала эксплуатации.

Большое влияние режимов работы элементов на их надеж­ ность достаточно освещено в литературе. Здесь следует лишь предостеречь от очень часто встречающейся ошибки, когда при учете условий работы элементов не принимают во внимание их конструктивное расположение и при расчете принимают темпе­ ратуру помещения, а не температуру внутри корпуса, около самого элемента, что очень существенно при наличии тепло­ выделяющих элементов. Для определения фактических условий необходимо проводить исследования действующих макетов и опытных образцов. Для ориентировки можно использовать ли­ тературные данные [76, 78].

Приведенный перечень вопросов, безусловно, может быть до­ полнен и детализирован с учетом опыта проектирования. Си­ стематическое его использование позволит значительно повысить надежность разработок.

Методы повышения безотказности

Чтобы в процессе проектирования разработать или приме­ нить методы повышения безотказности конкретного изделия,, необходимо тщательно проанализировать наиболее вероятные' условия и режимы его эксплуатации, возможные источники и каналы возникновения и распространения отказов. Необходимо также, используя техническое задание и другие материалы, тща­ тельно проанализировать целевую функцию изделия с потреби­ тельской точки зрения.

Методы повышения безотказности можно условно разделить на схемные и конструктивные [78].

Схемные методы повышения безотказности являются наибо­ лее рациональными, так как могут быть реализованы без суще­ ственных капитальных затрат. Самым эффективным и трудным по реализации направлением схемных методов является созда­ ние возможно более простых схем, выполняющих заданные функции. К сожалению, простота решения в основном опреде­ ляется только эрудицией и опытом разработчика. Только лишь при разработке схем, выполняющих логические функции (при контактной и бесконтактной реализации), для минимизации чис­ ла элементов схемы может быть использован инженерный алго­ ритм, основанный на алгебре логики [82].

Вторым направлением схемных методов является создание систем автоматизации с ограниченными последствиями отказов.

Третьим направлением является резервирование. В пищевой промышленности этот путь повышения надежности еще не на­ шел широкого применения. Только для систем автоматического счета продукции (счет мешков с сахаром на сахарных заводах*

108