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

кпроверке соблюдения условия (31) при реально достижимых е

и5 ,с учетом законов распределения величины у.

Поскольку с течением времени изменяются характеристики элементов САР (износ, изменение настройки и т. п.), значения s и оу являются функциями времени. Изменения во времени одной из этих величин либо обеих вместе учитываются характеристика­ ми надежности САР. которые в данном случае выступают как характеристики сохранения показателей точности САР во вре­ мени. На стадии проектирования можно использовать данные о связи между точностью и надежностью приборов автоматиза­ ции. Исследованиями [25] установлена корреляционная зависи­ мость, показывающая, что с увеличением точности применяемых приборов надежность их уменьшается.

Таким образом, для обеспечения «запаса» удовлетворения условия (31) необходимо обеспечить уменьшение е и оу, т. е. увеличить точность САР. С другой стороны, чем точнее приме­ няемые приборы, тем ниже их надежность и тем больше вероят­ ность нарушения условия (31). Приходится искать компромисс­ ные, оптимальные решения. В качестве примера необоснованно завышенных требований к точности средств автоматизации можно привести случай замены лабораторных анализов техноло­ гических параметров автоматическими анализаторами. При этом, как правило, требуют, чтобы погрешность анализатора не пре­ вышала погрешности заменяемого лабораторного анализа. Это приводит к резкому усложнению анализатора и. как следствие, к снижению его надежности. Литературные данные показывают, что уменьшение дискретности анализа (предел — непрерывное измерение) позволяет значительно снизить требования к точно­ сти автоматических анализаторов иногда в десятки раз [26],

Показатели безотказности систем автоматического регулирования

В изложенной выше методике обоснования допускаемых от­ клонений регулируемых параметров САР уже заложены основы для формулировки требований по надежности в виде ряда пока­ зателей [27, 28].

Для САР пищевой промышленности в качестве показателей безотказности следует применять параметр потока отказов со (t), наработку на отказ Т и вероятность безотказной работы за вре­ мя t — Р (t) либо за число циклов с — Р(с).

Основное целевое назначение САР — обеспечить нахождение регулируемого параметра в пределах допускаемых отклонений при эксплуатации в условиях, оговоренных в технической доку­ ментации. Выход регулируемого параметра за установленный допуск следует понимать как отказ САР.

Для характеристики САР технологических процессов принято задавать два вида допусков, накладывающих ограничения на

37

динамическую и статическую ошибки системы: динамический до­ пуск для текущих значений регулируемого параметра и статиче­ ский допуск для средних значений. С учетом этого показатель безотказности Рсар(0 следует рассматривать как вероятность отсутствия за время t выхода за соответствующий вид допусков.

Отказы САР по их проявлениям можно разбить на две груп­ пы. К первой целесообразно отнести отказы, проявляющиеся

нию) САР. Причинами выключения САР в данном случае яв­ ляются в основном внезапные отказы отдельных аппаратов (эле­ ментов) системы. Безотказность САР, обусловленную такого ро­ да отказами, назовем аппаратной. Показатель безотказности, учитывающий вероятность отсутствия отказов первой группы, обозначим Ра (£).

Ко второй группе следует отнести отказы, проявляющиеся в относительно небольших и непродолжительных выходах пара­ метра за допуск (выбросах). Характеристики этих отказов зави­ сят от функциональных связей элементов САР, их статических и динамических характеристик, выбранных алгоритмов функцио­ нирования, постепенных отказов аппаратов (элементов) САР

ит. п. Такие отказы проявляются при определенном, случайно возникающем сочетании возмущающих воздействий. Выход за допуск при этом устраняется обычно без вмешательства обслу­ живающего персонала при исчезновении возмущений либо при отработке регулирующего воздействия системы. Безотказность САР, определяемую такими отказами, назовем функциональной

иобозначим через Рф(£).

Вобщем случае с учетом независимости обеих групп отказов вероятность отсутствия отказов САР определяется по формуле

В соответствии с двумя видами допусков целесообразно рас­ сматривать два вида отказов САР — динамические и статиче­ ские, а также два вида показателей P№m(t) и Рстат(() —вероят­ ности отсутствия за время t соответственно динамических и ста­ тических . отказов, определяющих функциональную надеж­ ность САР.

При независимости отказов

С точки зрения используемых для описания математических моделей все САР технологических процессов можно разбить на две группы: первая — САР, которые могут рассматриваться как квазилинейные; вторая — существенно нелинейные системы, си­ стемы позиционного, в основном двухпозиционного, регулирова­ ния.

38

В соответствии с имеющимися литературными данными изме­ нения регулируемого параметра на выходе квазилинейных САР приближенно могут быть описаны нормальной стационарной дифференцируемой случайной функцией. Рассматривая динами­ ческие и статические отказы как редкие выбросы за границы со­ ответствующих допусков, можно получить соотношение для вы­

числения оценок РдинСО и РСтат(0 по экспериментальным данным:

Для проверки соблюдения статического допуска необходимо усреднить значения регулируемого параметра за время усредне­ ния и полученное значение сравнить с заданными границами ста­ тического допуска. Здесь речь идет о выборках и выборочных средних. В соответствии с теорией выборок для нормально рас­ пределенных величин выборочная средняя также распределена нормально. Поэтому для расчета иСгат(() и РСтат(() могут быть использованы приведенные выше формулы с соответствующей за­ меной переменных.

В процессе эксплуатации возникают отказы элементов посте­ пенные и внезапные, которые проявляются в изменении величин Юдин(0 и (Остэт(0 при условии исключения отказов, вызывающих остановку САР. Таким образом, в процессе эксплуатации Р с а р (t) можно определить, получив значения Рэт н (() и РэСТат(() по диа­ граммам и используя записи в журналах учета отказов (ин­ декс «э» означает, что исходные данные получены по материалам эксплуатации данной САР). Исходные данные для определения

оценок ту, Оу, N0 можно получить при обработке диаграмм вто­ ричных регистрирующих приборов.

Если динамические характеристики и функциональные связи системы в процессе эксплуатации можно считать постоянными, то Яф(/) = const. В противном случае значение P${t) опреде­ ляется для каждого периода времени, для которого упомянутые характеристики можно считать постоянными.

39

Такой подход к оценке показателей надежности САР техноло­ гических процессов, для которых справедливы принятые допуще­ ния (линейность, стационарность), позволяет оценить надеж­ ность САР в целом, учесть функциональные связи и динамиче­ ские характеристики системы. Относительно легко могут быть оценены показатели безотказности САР во время эксплуатации. Всесоюзный проектно-конструкторский и научно-исследователь­ ский институт «Пищепромавтоматика» руководствуется методи­ кой, базирующейся на данном подходе.

Для САР второй группы основной трудностью является на­ хождение функции распределения параметра на выходе системы, так как до сих пор не найдено приемлемого решения.

Для систем, работающих в стационарном автоколебательном режиме, решение задачи удается получить за счет перехода от рассмотрения регулируемого параметра к рассмотрению значе­ ний амплитуд колебаний, изменения которых приближенно мо­ гут быть описаны нормальной стационарной случайной функ­ цией. Проводя дополнительную обработку экспериментальных данных и некоторые промежуточные вычисления, для получения при этом оценок Рдин(/) и Рстат(0 можно использовать приве­ денные выше соотношения.

При проектировании САР целесообразно рассчитывать от­ дельно ДтптП) и РСтат(t) I так как требуемые значения этих по­ казателей в большинстве случаев должны быть различными из-за различных технико-экономических последствий (ущербов) от отказов соответствующего типа. В частности, если в схеме САР предусмотрена защита от аварийных ситуаций, то следует предполагать, что в большинстве случаев последствия динамиче­ ского отказа существенно меньше статического, что и нужно учи­ тывать при проектировании.

Таким образом, для оценки САР технологическими процесса­ ми следует использовать две группы показателей надежности: общие показатели надежности (ОПН), характеризующие аппа­ ратную надежность САР, и специальные показатели безотказ­ ности САР (СПБ), характеризующие функциональную надеж­ ность САР. В качестве ОПН используются наработка на отказ. Т или параметр потока отказов со и среднее время восстановле­ ния Тв. В качестве СПБ САР используется параметр потока соответствующего типа отказов (статического — соСТат или ди­ намического — Юдин) или вероятность отсутствия указанных ти­ пов отказов.

ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ (САЗ)

Программа правильной работы устройства автомати­ ческой защиты в САУ пищевой промышленностью практически не отличается от программы нормального функционирования устройства релейной защиты энергетических систем, (см. [85]):

40