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

счет бутылок на ликеро-водочных заводах) применяется резер­ вирование датчиков по способу мажоритарной логики (два из трех). Кроме того, в ряде случаев получается фактическое ре­ зервирование локальных систем через процесс. Так, например, температура и давление в агрегате часто связаны. Поэтому системы, регулирующие эти параметры (прямо или косвенно), фактически резервируют друг друга. Резервирование отдельных элементов систем автоматизации должно найти широкое при­ менение в пищевой промышленности, особенно в системах авто­ матической защиты.

Четвертым направлением схемных методов является разра­ ботка систем (приборов), малочувствительных к изменениям параметров составляющих элементов. Во время эксплуатации элементы систем подвергаются воздействию широкого спектра дестабилизирующих факторов (температура, вибрации, износ и т. п.). Под воздействием этих факторов возникают измене­ ния (обратимые или необратимые) параметров элементов, ко­ торые могут привести к выходу за допуск выходного параметра системы. Ослабить влияние этого явления можно несколькими путями. Можно подобрать такие элементы, у которых измене­ ния параметров под действием наиболее сильных факторов хотя бы частично компенсируют друг друга. Вторым перспек­ тивным путем является применение в системах управления ал­ горитмов функционирования малочувствительных к изменениям элементов. Для приборов следует рекомендовать максимальное использование элементов, работающих в ключевом режиме. Для систем автоматизации перспективным в смысле надежности яв­ ляется применение позиционных (релейных) систем регулиро­ вания вместо систем непрерывного действия. Этот вопрос тре­ бует самостоятельного рассмотрения, однако даже беглый ана­ лиз показывает, что в пищевой промышленности неоправданно широкое распространение получили системы регулирования, реализующие сложные (в основном ГШД) законы регулирова­ ния. Эти системы обладают значительно более низкими показа­ телями надежности, чем, например, позиционные. Такое явле­ ние объясняется главным образом незначительным вниманием, уделяемым при разработке систем автоматического управления технологическими процессами вопросу обоснования допускаемых отклонений на регулируемые параметры. Вследствие более низкой надежности и недостаточного уровня эксплуатации фак­ тическая эффективность систем непрерывного действия во мно­ гих случаях ниже эффективности позиционных.

Наиболее существенными направлениями конструктивных методов повышения безотказности является использование вы­ соконадежных элементов и создание благоприятного режима работы элементов.

Разработчик, как правило, при проектировании системы (прибора) использует элементы и детали, выпускаемые про­

109

мышленностью. Однако в ряде случаев разрабатываются спе­ циальные приборы. В таких случаях, учитывая значительные сроки разработки и последующего широкого внедрения, следу­ ет задавать повышенные требования к надежности. При исполь­ зовании серийных элементов следует отдавать предпочтение элементам повышенной надежности: бесконтактные логические элементы, тиристоры, герметические магнитоуправляемые контакты и т. п. Применение указанных элементов наиболее ра­ ционально в схемах сигнализации, блокировок, дистанционного и программного управления, в системах диспетчеризации и учета.

Порядок применения приборов, средств и элементов должен соответствовать техническим условиям. Облегчение, условий, ре­ жимов работы аппаратуры значительно (иногда в десятки раз) повышает ее безотказность. Для количественной оценки измене­ ния условий применяют так называемые коэффициенты нагруз­ ки, отношение фактического значения параметра к максимально допустимому. Рекомендуется принимать возможно более низкие значения коэффициентов, повышающие безотказность. Умень­ шая нагрузки, не следует впадать в другую крайность. Так, например, целый ряд электрокоммутирующих устройств имеет ограничения по коммутируемому напряжению не только «свер­ ху», но и «снизу». Причем эти ограничения, к сожалению, не всегда приводятся в заводских инструкциях. А в условиях пи­ щевой промышленности, когда на контактах возможны отложе­ ния пыли или образование различного рода пленок, чрезмерно низкое коммутируемое напряжение может вызвать отказ. То же касается частоты работы контактных элементов. Вообще в условиях вероятного пыле- и пленкообразования следует при­ менять устройства бесконтактной коммутации.

Установить действенность всех принятых мер повышения безотказности можно только с помощью испытаний действую­ щих макетов и опытных образцов или опытных партий. Эти

и производственные. Во время лабораторных испытаний уста­ навливается принципиальная работоспособность прибора или элемента, узлов системы. Стендовые испытания, проводимые с помощью различного рода испытательных камер и стендов, позволяют оценить влияние на технические характеристики из­ делия отдельных дестабилизирующих факторов, а в некоторых случаях — сочетания этих факторов. Производственные испы­ тания опытных образцов позволяют окончательно установить степень соответствия разработанного изделия требованиям тех­ нического задания.

Вопрос планирования и обработки результатов лаборатор­ ных и стендовых испытаний довольно сложен и здесь не рас­ сматривается.

110

Результаты испытаний используются для корректировки тех­ нической документации и при разработке технических условий на изготовление промышленных образцов.

Методы повышения ремонтопригодности

Время восстановления работоспособности изделия после от­ каза складывается из нескольких составляющих: времени уста­ новления факта отказа, времени установления места неисправ­ ности и причин отказа, собственно времени ремонта и времени включения изделия в работу. Доля каждого из составляющих различна для различных изделий и зависит от конструктивных особенностей изделия, от уровня эксплуатации и других факто­ ров. Общим обстоятельством является увеличение доли времени поиска места неисправности по мере усложнения изделия, по мере увеличения количества составляющих элементов.

Рассмотрим методы уменьшения составляющих времени вос­ становления работоспособности, которые могут быть использо­ ваны на стадии разработки.

Факт отказа устанавливается относительно просто, если в составе системы имеется самопишущий прибор, регистрирую­ щий изменения определяющих параметров. Если отказ связан со значительными экономическими и другими последствиями, должна быть предусмотрена специальная сигнализация превы­ шения определяющим параметром предельного значения. Это особено важно, если граница допуска находится вблизи области аварийных значений.

Для сокращения второй и третьей составляющих времени восстановления следует применять модульно-блочный принцип конструирования. Суть его заключается в том, что элементы схемы, выполняющие одну элементарную функцию (логическая функция, усиление и т. и.), объединяются конструктивно в один обособленный модуль, используемый затем как единое неремонтируемое целое. Некоторые модули выпускаются серийно, на­ пример серия «Логика», серия УСЭППА и т. д. Модули затем конструктивно объединяются в блоки, каждый из которых осу­ ществляет определенную функцию в схеме управления (напри­ мер, блок питания, блок согласующих устройств и т. и.) или функцию по управлению отдельным технологическим узлом (например, блок управления насосами). Объединение в модули и блоки делается таким образом, чтобы количество типов бло­ ков и модулей было минимальным. Это позволяет при неболь­ шом числе запасных модулей и блоков иметь стопроцентный, резерв.

Блоки подсоединяются к схеме с помощью штепсельных разъемов, что позволяет быстро проводить с блоками необхо­ димые коммутационные операции. Блочное построение систем позволяет при нарушении какой-либо функции управления срав­

11Ь

нительно быстро найти отказавший блок и заменой его на заведомо исправный резервный восстановить работоспособность ■системы. Отказавший блок после замены неисправных модулей переводится затем в резервный.

При сложных разветвленных системах управления только блочно-модульное построение систем оказывается недостаточ­ ным. Для контроля исправности и локализации неисправности таких систем применяют методы технической диагностики, в ча­ стности методы тестового контроля.

В институте «Пищепромавтоматика» были разработаны си­ стемы автоматизации технологических процессов с применением транзисторных логических элементов серии «Логика-Т». При разработке этих систем, внедренных на Львовском гормолзаводе, Волго-Донском химкомбинате, Одесском хлебозаводе № 4 и других, использован модульно-блочный принцип конструиро­ вания, а также синтезированы контрольные и диагностические тесты. Алгоритм проверки исправности и- поиска мест повреж­ дений, мало зависящий от квалификации обслуживающего пер­ сонала, реализуется путем контроля выходной реакции схемы на табулированные проверяющие и диагностические тесты, по­ даваемые на вход схемы с помощью специальных тестеров. После подачи тестового набора сигналов на цифровом табло тестера появляется набор цифр. Если этот, набор совпадает с контрольным, схема исправна. Если набор цифр отличается от контрольного, то соответствующий набор находят в диагно­ стическом словаре с указанием места неисправности с точно­ стью до модуля или до блока в зависимости от уровня диагно­ стики.

С целью механизации анализа схем и построения диагности­ ческих словарей, а также для исключения ошибок при проекти­ ровании сложных систем автоматизации на элементах «Логика» в лаборатории надежности института «Пищепромавтоматика» разработан и успешно эксплуатируется машинный анализатор

'релейных схем «Марс» [75]. В качестве основного способа анализа в анализаторе используется способ сравнения с этало­ ном. Значения выходных переменных исследуемой схемы срав­ ниваются с соответствующими значениями выходных перемен­ ных ее функциональной модели с автоматической фиксацией результатов сравнения.

Спомощью машинного анализатора могут быть реализова­ ны следующие операции: сравнение двух схем одного принципа действия, но различных исполнений с целью выявления их логической эквивалентности; определение полной или частичной таблицы состояний заданной комбинационной схемы; определе­ ние значений выходных переменных последовательностной схе­ мы, соответствующих строкам ее таблицы переходов; определе­ ние соответствия логических функций, реализуемых схемами отдельных блоков, заданным функциям; проверка правильности

112